サファイア窒化法によるAlN薄膜をベースにした高品質バルク結晶への展開

采用蓝宝石氮化法开发基于 AlN 薄膜的高质量块状晶体

基本信息

批准号：
19360341
负责人：
福山博之
金额：
$ 12.98万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-19360341/
关键词：
窒化物半導体結晶成長窒化アルミニウム

项目摘要

次世代の光源として注目される紫外発光素子は,幅広い用途(蛍光灯の代替,高密度DVD,生化学用レーザー,光触媒による公害物質の分解,He-Cdレーザーや水銀灯の代替)が期待されており,裾野の広い基礎科学および新産業分野を創出する.この紫外発光素子は,ワイドギャップ半導体と呼ばれる窒化物(AINやGaN)を主成分とする半導体からなる.この半導体は,通常サファイアやSiCなどの異種基板上に成長が行われるが,基板との格子不整合が大きいため,未だに欠陥の少ない窒化物薄膜を得るのはきわめて難しく,多数の貫通転位が存在している.本研究では,AlN-Al_2O_3-C-N_2-CO系熱力学的相安定図を構築し,これに基づいたサファイア窒化法によるAIN膜の作製法を提案した.この相安定図を用いると,サファイアを窒化する場合に,炭素共存下でN_2-CO混合ガスを用いて,窒化駆動力を制御して窒化反応を進行させることができる.この熱力学的原理に基づいて作製したAlN膜は,結晶欠陥のない極めてきれいな膜であることが分かった.XRDの結果から,c面(0001)サファイア基板の面上には,c軸配向したAlNが生成し,Al_2O_3[11-20]方向とAlN[1-100]方向が平行であることが分かった.また,本研究における窒化条件では,AlN/Al_2O_3界面で生成したAl^<3+>およびO^<2->イオンがAlN膜内を外方拡散し,ガス/AlN界面ではAlNおよびCO(CO_2)ガスを生成して窒化反応が進行するものと考えられる.

紫外线发光装置作为下一代光源而备受关注，预计将具有广泛的应用（替代荧光灯、高密度DVD、生化激光器、利用光催化剂分解污染物、替代He-Cd）激光器和汞灯）这将创造广泛的基础科学和新的工业领域。这种紫外发光器件由主要成分为氮化物（AlN或GaN）的半导体制成，被称为宽禁带半导体。。这种半导体通常生长在蓝宝石或SiC等异质衬底上，但由于与衬底存在较大的晶格失配，因此获得缺陷很少的氮化物薄膜仍然极其困难，从而导致大量的穿透位错。在本研究中，我们构建了AlN-Al_2O_3-C-N_2-CO体系的热力学相稳定性图，并在此基础上提出了一种利用蓝宝石氮化法制备AlN薄膜的方法。利用该相稳定性图，在对蓝宝石进行氮化时，可以控制氮化驱动力，并在碳的共存下使用N_2-CO混合气体来促进氮化反应，并且发现基于该原理制造的AlN膜是一种氮化物薄膜。薄膜非常干净，没有晶体缺陷。 XRD结果表明，c面(0001)蓝宝石衬底上存在c轴取向的Al。发现生成N且Al_2O_3[11-20]方向与AlN[1-100]方向平行。此外,在本研究的氮化条件下,AlN/Al_2O_3界面处生成了Al^<3+ >和O^<2->离子在AlN薄膜内向外扩散，在气体/AlN界面处产生AlN和CO(CO_2)气体，并进行氮化反应。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

サファイア窒化の反応動力学

蓝宝石氮化反应动力学

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
福山博之
通讯作者：
福山博之

溶融Cu中のAlNの溶解平衡

AlN 在 Cu 熔液中的溶解平衡

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
福山博之
通讯作者：
福山博之

Structural and Optical Properties of Aluminium Nitride Thin Films Fabricated Using Pulsed Laser Deposition and DC Magnetron Sputtering on Various Substrates

采用脉冲激光沉积和直流磁控溅射在各种基底上制备的氮化铝薄膜的结构和光学性能

DOI：
10.2478/adms-2024-0001
发表时间：
2024-03-01
期刊：
Advances in Materials Science
影响因子：
1.3
作者：
I. Virt;P. Potera;G. Wisz;Andrzej Dziedzic;B. Cieniek;I. Lopatynskyi;M. Frugynskyi
通讯作者：
M. Frugynskyi

AlN Thin Films Fabricated by Sapphire Nitridation Method

蓝宝石氮化法制备AlN薄膜