ナトリウムフラックス法を用いた高品質窒化ガリウム結晶の高速成長

采用钠助熔剂法高速生长高质量氮化镓晶体

• 批准号: 22KJ2126
• 负责人: 中島 達彦
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2126/
• 关键词: Na-Flux法; 窒化ガリウム; ポイントシード

申請者は、これまで、微小種結晶(PS)上に窒化ガリウム(GaN)結晶を成長させるNa-Flux PS法を用いることで、無転位かつ酸素不純物が少ない超高品質GaN結晶作製に成功してきた。しかし、当該手法では種結晶が微小であるため、PS上に成長する結晶の大口径化が困難である。そこで、本申請研究では、横方向成長速度を200 μm/h以上にすることで、短時間でデバイス作製可能な2インチ程度までの大口径化を目指した。Na-Flux法では、原料であるGa-Na融液中の窒素溶解量が律速要因となるため、成長速度向上に向けて、窒素溶解量の向上が有効である。また、窒素ガスは融液の上部から加圧しているため、気液界面の窒素溶解量が高い。この特徴を利用し、本年度の研究ではGaN結晶を気液界面付近で成長させることで、高速成長の実現を目指した。本年度では、濡れ性向上に向けて、基板の物質変化に着目して実験を行った。これまで、Na-Flux法ではPSの基板としてサファイアを用いていた。しかし、サファイアの基板では、Na-Flux融掖に対して濡れ性が低く、PS上の原料保持が困難であった。そこで、本年度はまず濡れ性向上に向けて、サファイアを窒化させ基板の一部のAlN化を図った。具体的な実験としては、高周波加熱機でサファイア板を2000℃以上で10時間加熱し、X線の成分分析を用いて、実際のサファイア基板の変化を測定した。結果、サファイアの成分は残ったが、一部AlNのピークと見られるピークを確認することができた。次に、作製した基板について実際のNa-Flux融液に浸漬させ、浸漬跡から濡れ性を推定した。その結果、従来のサファイア基板に対して、一部AlN化したサファイア基板は8 mmほど浸漬距離が長かった。この結果から、サファイアの一部をAlN化することは濡れ性向上に向けて有効であることが分かった。以上の結果から、今後はサファイアの一部のAlN化によって、成長速度の向上に期待したい。

迄今为止，申请人通过使用Na-Flux PS方法，在微籽晶（PS）上生长氮化镓（GaN）晶体，成功地生产了无位错和低氧杂质的超高质量GaN晶体。然而，在该方法中，由于晶种微小，因此难以增加在PS上生长的晶体的直径。因此，在这项拟议的研究中，我们的目标是通过将横向生长速率提高到 200 μm/h 或更高，将直径增加到约 2 英寸，从而在短时间内实现器件制造。在Na-Flux法中，速率限制因素是原料Ga-Na熔体中溶解的氮量，因此增加溶解的氮量对于提高生长速率是有效的。此外，由于从熔体上方对氮气加压，因此在气液界面处溶解的氮气量较高。利用这一特性，今年的研究旨在通过在气液界面附近生长GaN晶体来实现高速生长。今年，我们进行了侧重于改变基材材料以提高润湿性的实验。到目前为止，Na-Flux法一直使用蓝宝石作为PS基板。然而，蓝宝石基板与Na-Flux熔体的润湿性较低，因此难以将原材料保留在PS上。因此，今年我们首先尝试对蓝宝石进行氮化，并将部分衬底转化为AlN，以提高润湿性。在具体实验中，使用高频加热机将蓝宝石板在2000℃以上加热10小时，并使用X射线成分分析来测量实际蓝宝石基板的变化。其结果是，虽然蓝宝石成分残留，但可以确认一些看似AlN峰的峰。接下来，将制造的基板浸入实际的 Na-Flux 熔体中，并根据浸入痕迹估计润湿性。结果，部分由AlN制成的蓝宝石衬底的浸入距离比传统蓝宝石衬底的浸入距离长约8mm。由该结果可知，将蓝宝石的一部分转化为AlN对于提高润湿性是有效的。基于以上结果，我们希望通过将部分蓝宝石转化为AlN来提高生长速率。