低転位大型バルクガリウムナイトライド単結晶の育成

低位错大块氮化镓单晶的生长

• 批准号: 04J08321
• 负责人: 森下 昌紀
• 金额: $ 1.66万
• 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: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J08321/
• 关键词: 準安定領域の広がり; 不均一核発生の抑制; 炭素添加; 熱対流による溶液攪拌; 不純物混入防止; 大型結晶; 低転位; 過飽和度の定量化; 窒素溶解の促進; 液中窒素濃度の測定; 転位減少メカニズム; 超高純度; 不純物の徹底除去; 大面積

GaN系半導体は蛍光灯に替わる白色発光デバイスや次世代電子デバイスへの応用が期待されているが、デバイス中に残存する多くの転位がデバイス特性を悪化させている。転位低減のためには、低転位GaN基板上にデバイス作成する必要があり、低転位大型GaN単結晶の実現が望まれている。私は、Naフラックス法を用いたGaN単結晶育成にLPE成長技術を応用することで、基板サイズの単結晶を得ることに成功し、得られた結晶の転位密度が下地に比べて数桁低い値であることを確認した。Naフラックス法の実用化に向けて、2インチサイズのGaN基板育成技術の確立が必須であるが、(1)基板以外での多結晶成長によってLPE成長速度が低下する、(2)転位密度の面内分布が激しい、(3)再現性が悪い、などの問題が残されていた。(1)については、基板以外での多結晶成長が起こらずLPE成長のみが起こる条件と温度と圧力の関係を調査した。その結果、育成温度が高いほど基板以外での多結晶成長を抑制しながら高いLPE成長速度を維持できることが明らかになった。また、Naに炭素を微量添加することで基板以外での多結晶成長が劇的に抑制できることを発見した。(2)については、溶液の上部と下部で温度差をつけ、熱対流を起こすことで溶液を攪拌させることを試みた。その結果、結晶の表面平坦性が劇的に改善され、成長速度を増加させることにも成功した。(3)については、不純物の混入防止を徹底することで改善できると考え、炉の構造を改善した。新育成炉の開発によって再現性は飛躍的に向上した。以上で述べたように(1)〜(3)の問題はほぼ解決され、2インチサイズで厚さが約2mm(成長速度20μm/h)の結晶が再現良く得られるようになった。得られた結晶の転位密度は、多少の面内分布はあるものの、平均して10の5乗前半の値を示しており、市販のGaN基板に比べて約1桁低い値であることがわかった。

GaN-based semiconductors are expected to be used for white light emission and next-generation electron emission in the light lamp, and their characteristics are expected to be improved. It is necessary to fabricate GaN crystals on low-level GaN substrates and to realize the realization of GaN crystals on low-level GaN substrates GaN crystal growth technology is successfully used in the production of GaN crystal by the method of crystal growth, and the crystal density is lower than that of GaN crystal. In order to realize the GaN substrate growth technology, it is necessary to establish (1) the growth rate of LPE is low in the case of polycrystalline growth outside the substrate,(2) the in-plane distribution of site density is excited, and (3) the reproducibility is poor. (1)To investigate the relationship between temperature and pressure and the initiation of polycrystalline growth outside the substrate. As a result, the growth temperature is higher than that of the substrate, and the growth rate of the polycrystalline is suppressed. The addition of trace amounts of carbon and Na to the substrate inhibits the growth of polycrystalline silicon. (2)The temperature difference between the upper part and the lower part of the solution, the heat flow, the agitation of the solution, and the temperature difference between the upper part and the lower part of the solution. As a result, the surface flatness of the crystals has been greatly improved, and the growth rate has been increased. (3)To prevent impurities from mixing, improve the structure of the furnace The development of new breeding furnaces is a leap forward in reproducibility. The above problems of (1)~(3) were solved. The crystal thickness of 2mm(growth rate of 20μm/h) was reproduced well. The crystal site density is about 10%, the average is about 10%, the average is about 5%, and the average is about 1%.