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ナトリウムフラックス法による高品質大型窒化ガリウム単結晶の育成と特性評価

钠熔剂法高品质大氮化镓单晶的生长与表征

基本信息

批准号：
02J10722
负责人：
青木真登
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

Ga、Naおよび3d遷移金属元素(Cr、Mn、Fe、Co、Ni)を入れたBN坩堝を、ステンレススチール製圧力容器内においてN_2圧力下で加熱し、3d遷移金属元素添加のGaN単結晶成長への影響を調べた。Crを添加した場合は、CrN単結晶が晶出し、GaNの結晶成長への影響は見られなかった。Mn、Fe、CoおよびNiはGaNの-c方向の成長を促進し、結晶形態を板状からプリズム状に変化させた。特にNiにおいてその効果は著しく、最大で長さが1.5mm程度の無色透明なプリズム状単結晶が育成された。このプリズム状結晶の(10-10)回折におけるX線ロッキングカーブの半値幅は38arcsec.であり、高い結晶性を持つことが示された。また、MnのみがGaN中にドープされ、GaN単結晶は赤色を呈した。結晶中のMn濃度は最大でも0.35at%程度であり、MnドープGaNはキュリー常磁性的な挙動を示した。NaまたはLi_3Nを添加したNa中へのGaNの溶解量を650-800℃、N_2圧力3-5MPaの条件下で測定した。また、GaN粉末を原料に用い、Li_3Nを添加したNa-Ga融液中での温度勾配法による再結晶を行った。Na中へのGaNの溶解量は温度の上昇とともに増加した。800℃において、N_2圧力5MPaではNa1g当り18.4mgのGaNが溶解した。また、Na中にLi_3Nを添加することにより、GaNの溶解量が増加することが明らかとなった。温度勾配を利用したGaN粉末の再結晶により、GaN単結晶を育成できることを明らかにした。Li_3Nを添加したNa-Ga融液中での温度勾配法により、2mm程度の無色透明板状単結晶を育成した。得られた板状単結晶の(0002)回折におけるX線ロッキングカーブの半値幅は40-60arcsec.であり、高い結晶性を持つことが示された。

Ga, Na and 3d migration metal elements (Cr, Mn, Fe, Co, Ni) are introduced into BN crucible, and the influence of heating and 3d migration metal elements on GaN crystal growth under N_2 pressure in pressure vessel is modulated. CrN crystal growth and GaN crystal growth are affected by Cr addition. Mn, Fe, Co and Ni promote the growth of GaN in the-c direction, and the crystal morphology changes from plate to plate. In particular, Ni crystals are colorless and transparent with a maximum length of 1.5 mm. This is the case with the (10-10)-fold X-ray crystallographic half-amplitude of 38arcsec. GaN crystals are red in color. The Mn concentration in the crystal reaches a maximum of 0.35 at %, and the Mn concentration in GaN is very high. The solubility of GaN in Na + was measured at 650-800℃ and N2 pressure 3-5MPa. GaN powder is used as raw material, Li_3N is added to Na-Ga melt, and recrystallization is carried out by temperature matching method. The amount of dissolved GaN in Na increases with increasing temperature. At 800℃, GaN dissolved at 18.4mg/g Na under N_2 pressure of 5MPa. The amount of dissolved GaN increases with the addition of Li_3N in Na. The temperature of GaN powder is adjusted by recrystallization, and GaN crystal is grown in the future. Colorless transparent plate-like crystals of about 2mm in size were grown by temperature matching method in Na-Ga melt with Li_3N addition. It is found that the plate-like crystals (0002) are folded back and the half-value amplitude of the X-ray film is 40-60arcsec.