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種結晶からエピ成長まで一気通貫のバルク結晶技術の実現に向けたAlNロッドの開発

开发AlN棒，实现从籽晶到外延生长的集成体晶技术

基本信息

批准号：
22K18896
负责人：
福山博之
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18896/
关键词：
窒化アルミニウム結晶成長気相成長

项目摘要

（１）AlN単結晶ロッドの成長プロセスの熱力学的検討本研究では、Fe-Al融液から蒸発するAlと窒素ガスが反応して固体のAlNが生成する。その際、AlN膜が、Fe-Al融液表面を覆ってしまうと，Alの蒸発が妨げられ、継続的な結晶成長ができない。そのため，融液表面ではAlNが生成しない条件を検討する必要がある．AlN生成反応の駆動力は，実験時の窒素分圧と反応の平衡定数およびFe-Al融液中のAlの活量によって支配される。各融液組成における駆動力の温度依存性を計算した結果、駆動力は、Fe-Al融液のAl濃度が上昇するほど，あるいは温度が低下するほど大きくなることが分かった。また，組成や温度によっては駆動力が負になる、つまりAlNが生成しない条件が存在することも分かった。この駆動力とAlの平衡蒸気圧を組み合わせて、Fe-Al融液表面では、AlN膜を生成させることなくAl蒸気を継続的に供給し，Al蒸気と窒素との反応によって、AlNを生成させる条件を明らかにした。（２）AlN単結晶ロッド成長実験上記の熱力学的考察に基づいて、Fe-Al合金から蒸発するAlを原料とした針状AlN結晶の気相成長を試みた。Fe-Al合金を入れたAlN坩堝を電気炉内に設置し、炉内を真空排気した後、Ar-N2ガスで置換した。その後、所定の温度に昇温し、一定時間保持して針状AlN結晶を成長させた。坩堝内壁には針状のAlN結晶が多数析出していた。この針状結晶は、SEM観察の結果、三角柱や六角柱等の多角柱形であることが分かった。六角柱状の結晶について、XRDを用いて結晶の極点図を取得したところ、長手方向が[001]方向であり、側面は(10-10)面から構成されている単結晶であることが分かった。また、この針状結晶のX線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅から配向性の高い単結晶であることが分かった。

(1) This study is based on the thermodynamics of the growth and growth of AlN single crystals, and the generation of AlN in the solid state of the Fe-Al melt. The surface of the AlN film, the surface of the Fe-Al melt is covered, the Al is steamed, and the crystal growth of the AlN film is achieved.そのため, the conditions for the generation of AlN on the melt surface are がある. AlN generates a reaction power, and the equilibrium constant of the reaction during the reaction is controlled by the activity of Al in the Fe-Al melt. Calculation results of temperature dependence of each melt composition and power, Fe-Al melt The Al concentration has increased, and the temperature has decreased, and the temperature has decreased.また, composition や temperature によっては駆 power が negative になる, つまりAlN が generation しない condition が existence することも分かった.この槆kinetic and とAl のequilibrium steam pressure を group み合わせて, Fe-Al melt surface では, AlN film をgeneration させることなくAl steaming and supplying, Al steaming and suffocation, and reaction of AlN, and AlN generation and conditions. (2) Thermodynamic investigation of the growth of AlN single crystals and the growth of needle-like AlN crystals of Fe-Al alloys. The Fe-Al alloy is placed in an AlN crucible and placed in an electric furnace. After vacuum exhaustion in the furnace, Ar-N2 is replaced. After that, the predetermined temperature is raised and maintained for a certain period of time, and the needle-like AlN crystal grows. The inner wall of the crucible is made of needle-like AlN crystals, and most of them are precipitated. The results of needle-like crystals, SEM observation, triangular prisms, hexagonal prisms, etc. are divided into polygonal prism shapes. Hexagonal columnar crystal について, XRD いて crystal のpole 図をobtained したところ, long hand direction が[00 1] The direction is であり, the side は (10-10) the surface から is composed of されている単crystal であることが分かった.また、このneedle crystal のX-ray ロッキングカーブをmeasurement したところ, そのhalf-width からalignment の高い単crystal であることが分かった.