Ga-Al フラックスを用いた単結晶窒化アルミニウムの液相成長 Liquid

安達
助教
正芳
Masayoshi ADACHI
Assistant Professor
東北大学多元物質科学研究所
Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials Tohoku University
無機材料研究部門高温材料物理化学研究分野
High-temperature processes and measurements of materials, Division of inorganic material
research
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結晶成長
窒化物結晶
液相成長
高温融体物性
Crystal growth
Nitrides
Liquid phase epitaxy
thermophysical properties of liquid metals
Ga-Al フラックスを用いた単結晶窒化アルミニウムの液相成長
Liquid phase epitaxial growth of single crystalline AlN using Ga-Al solution
AlGaN 系 LED は，GaN と AlN の混合比により，3.4 から 6.2 eV までの範囲で発光波長を選択できるため，殺菌光源や樹
脂硬化光源等，幅広い用途での使用が期待されています．この AlGaN 系 LED の基板として，AlGaN との格子整合性が高
く且つ AlGaN よりも広いバンドギャップを有する AlN 単結晶が最適な材料です．しかしながら，これまで結晶のサイズお
よびコストの両方を同時に満足する製造プロセスは確立していません．
AlGaN-based LEDs are expected to have various applications, because the emitting photon energy can be tuned from
3.4 to 6.2 eV by selecting composition ratio of GaN and AlN. As a substrate for AlGaN-based LEDs, AlN is a good
candidate because of its wide bandgap and small lattice mismatch with AlGaN. However, fabricating larger diameter
bulk AlN crystals at reasonable cost has not been achieved to date.
AlGaN 系深紫外 LED 用の基板の実用化を目指し，Ga-Al をフラックスとして用いた独自の液相エピタキシャル成長法を開
発し，表面を窒化したサファイア基板上への AlN 単結晶成長技術の開発を行なっております．これまでの研究により，10
mm 角の基板ながら，1573 K，5 h のプロセスで厚さ 1.2 µm の高品質 AlN 単結晶の育成に成功しています．現在，大型化・
高速成長化に関する研究とともに，結晶成長機構の解明を目指した研究を行っており，本手法の実用化を目指しています．
We have developed an original liquid phase epitaxy (LPE) method using Ga-Al flux. In this method, 1.2-µm-thick AlN
can be grown on surface nitrided sapphire substrate at 1573 K for 5 h. Recently, we attempt to grow larger-diameter
AlN, moreover, we attempt to clarify the growth mechanism of AlN for this LPE method.
Fig.1. Cross-sectional TEM image of
AlN layer on sapphire substrate
grown using Ga-Al liquid phase
epitaxy. [Appl. Phys. Express, 6,
091001 (2013).]
Fig.2. High-resolution TEM image of
the interface of the sapphire
substrate / nitrided sapphire layer /
LPE layer taken along the [11-20]
AlN zone axis. [Appl. Phys. Express,
6, 091001 (2013).]
Fig.3. Schematic of the polarity inversion model
indicating trapped oxygen atoms at the surface of the
nitrided sapphire layer. [Phys. Stat. Sol. B, in press,
DOI: 10.1002/pssb.201451426.]
Phys. Stat. Sol. B, in press, DOI: 10.1002/pssb.201451426. Appl. Phys. Express, 6, 091001 (2013). Appl. Phys. Express, 5, 101001 (2012).
Mater. Trans., 53, 1295 (2012). Phys. Stat. Sol. A, 208, 1494 (2011). J. Mater. Sci., 45, 2002 (2010).
[email protected]
http://www.tagen.tohoku.ac.jp/modules/laboratory/index.php?laboid=17

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