大型高品質ガリウムナイトライド単結晶の育成

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GaN単結晶育成において、転位密度10^4cm^<-2>オーダーが容易に達成され、ロッキングカーブ半値幅が50arcsec以下であることが分かっているNaフラックス法を用いて2inchサイズGaN単結晶高速育成を目標に研究を行った。今年度の成果を以下にまとまる。(1)大型結晶育成装置の開発:結晶を2inchまで大型化しようとする場合、装置の根本的な見直しが必要であることが分かった。50気圧程度の大型容器を作った場合、最大で約100℃/cmという温度勾配が発生してしまう。この問題に対して、育成容器を密封した上で、下からの熱風により加熱するという改良を行った結果、温度勾配は約1℃/cmに低減することを可能とした。(2)転位減少メカニズムの解明:転位の多いMOCVD-GaN薄膜基板上にLPE成長させた場合でも、転位密度が大きく減少するメカニズムをTEM観察によって調査した。その結果、LPE成長初期段階で転位が劇的に減少していることが分かった。これは表面モフォロジーの経時変化と相関していることを明らかにした。(3)再現性の向上:Naフラックス法によるLPE成長の大きな問題点として、再現性に乏しいことが問題となっていた。この問題に対して、下地基板表面の状態や液の均一性、不純物の影響等を調査した結果、Na試薬中に含まれる不純物が再現性向上を妨げる原因となっていることを突き止めた。さらに、簡易的にNa中の酸素・炭素不純物を除去する方法として、Naの減圧脱泡処理法を確立した。このNa試薬を使用した育成によって坩堝上への多核発生の抑制・再現性の向上が確認された。