IMRAM

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

東北大学
多元物質科学研究所

LAST UPDATE 2021/05/06

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    安達正芳　Masayoshi ADACHI
    講師　Lecturer

  • 所属
    Professional Affiliation

    東北大学多元物質科学研究所
    Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

    金属資源プロセス研究センター　高温材料物理化学研究分野
    Center for Mineral Processing and Metallurgy,  High-temperature Physical Chemistry of Materials

  • 研究キーワード
    Research Keywords

    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
研究テーマ
Research Subject
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

研究の背景 Background

AlGaN系LEDは，GaNとAlNの混合比により，3.4から6.2eV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.

研究の目標 Outcome

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，10mm角の基板ながら，1573K，5hのプロセスで厚さ1.2㎛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-㎛-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.

研究図Research Figure

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.]

文献 / Publications

Phys. Stat. Sol. B, published online, DOI:10.1002/pssb.201700478. Mater. Trans., 58, 509 (2017). Phys. Stat. Sol. B, 252, 743 (2015). Appl. Phys. Express, 6, 091001 (2013). Appl. Phys. Express, 5, 101001 (2012). Phys. Stat. Sol. A, 208, 1494, (2011). J. Mater. Sci., 45, 2002 (2010).

研究者HP