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赤外から深紫外領域の光電子材料の結晶成長技術の開発

結晶成長装置(高温成長中)

メンバー: 纐纈明伯、熊谷義直、村上尚、富樫理恵

分野: 応用物理学、材料化学、材料工学

所属: 工学研究院

キーワード: 結晶成長、赤外、深紫外、窒化物、酸化物、crystal growth、InN、LED

ウェブサイト:

研究概要

赤外から深紫外に渡る広い領域で発光する半導体単結晶を気相中から高速で成長させる手法を研究・開発しています。①成長系の熱力学解析により、目的とする結晶を成長可能とする原料分子を探索すると共に、最適な成長条件を検討する、②結晶表面の第一原理計算とその場測定システムを駆使した結晶成長メカニズムの解明、③流体解析を踏まえた結晶成長炉の設計と構築、の3つを共通のベース技術として、以下の研究を実施しています。
1)青色・白色照明用途の窒化ガリウム(GaN)結晶の超高速・厚膜成長によるバルク結晶の創製
2)窒化アルミニウム(AlN)超高純度結晶の高温・高速成長によるバルク結晶の創製と、殺菌・ウイルス不活性化用深紫外線LED作製への応用
3)窒化インジウム(InN)結晶の高速成長技術開発と、赤外発光材料としてのポテンシャル評価
4)窒化物混晶InGaN,AlGaNの高速成長によるバンドギャップ制御されたバルク結晶の創製
5)酸化亜鉛(ZnO)系結晶の高純度結晶成長技術開発と導電性制御の検討

主要論文・参考事項

1) "Ab initio calculation for an initial growth process of GaN on (0001) and (000-1) surfaces by vapor phase epitaxy", H. Suzuki, R. Togashi, H. Murakami, Y. Kumagai, and A. Koukitu, Phys. Stat. Sol. (c), 6 (2009) S301.
2) "Thermodynamic analysis on HVPE growth of InGaN ternary alloy", K. Hanaoka, H. Murakami, Y. Kumagai, and A. Koukitu, J. Cryst. Growth, 318 (2011) 441.
3) "Preparation of a Freestanding AlN Substrate from a Thick AlN Layer Grown by Hydride Vapor Phase Epitaxy on a Bulk AlN Substrate Prepared by Physical Vapor Transport", Y. Kumagai, Y. Kubota, T. Nagashima, T. Kinoshita, R. Dalmau, R. Schlesser, B. Moody, J. Xie, H. Murakami, A. Koukitu, and Z. Sitar, Appl. Phys. Express, 5 (2012) 055504.
4) 「Al系III-V族化合物半導体の気相成長方法」,日本国特許第3803788号,U.S. Patent 7,645,340

動画

結晶成長が生み出す新たな光 世界トップの深紫外線発光ダイオード

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東京農工大学・先端産学連携研究推進センター
urac[at]ml.tuat.ac.jp([at]を@に変換してください)

研究要素集検索

Development of crystal growth technology of optoelectric materials emitting light in the range from infrared to deep-UV

結晶成長装置(高温成長中)

Research members: Dr. Akinori Koukitu, Yoshinao Kumagai PhD., Hisashi Murakami PhD., Rie Togashi PhD.

Research fields: Applied physics, Materials chemistry, Material engineering

Departments: Institute of Engineering

Keywords: crystal growth, InN, LED

Web site:

Summary

Growth of semiconductor single crystals emitting light in infrared to deep-UV range is investigated in our laboratory. Our aim is quasi-bulk crystal growth from vapor phase by high-speed growth. We have expertise on i) thermodynamic analysis of growth system for selecting vapor species enabling crystal growth and for choosing suitable growth conditions, ii) first-principle calculation and in-situ monitoring of crystal surface to clarify growth mechanism of crystals at an atomic level, and iii) design and construction of growth apparatus with the aid of fluid analysis. The following researches are now underway in our laboratory.
1) Preparation of quasi-bulk GaN crystal for high performance white lighting,
2) Preparation deep-UV transparent AlN crystal and its application to deep-UV LED fabrication,
3) Development of a novel high-speed growth method of InN,
4) High-speed growth of InGaN and AlGaN alloy quasi-bulk crystals with a selected alloy composition,
5) Development of high-purity MgZnO crystal growth method.

Reference articles and patents

1) "Ab initio calculation for an initial growth process of GaN on (0001) and (000-1) surfaces by vapor phase epitaxy", H. Suzuki, R. Togashi, H. Murakami, Y. Kumagai, and A. Koukitu, Phys. Stat. Sol. (c), 6 (2009) S301.
2) "Thermodynamic analysis on HVPE growth of InGaN ternary alloy", K. Hanaoka, H. Murakami, Y. Kumagai, and A. Koukitu, J. Cryst. Growth, 318 (2011) 441.
3) "Preparation of a Freestanding AlN Substrate from a Thick AlN Layer Grown by Hydride Vapor Phase Epitaxy on a Bulk AlN Substrate Prepared by Physical Vapor Transport", Y. Kumagai, Y. Kubota, T. Nagashima, T. Kinoshita, R. Dalmau, R. Schlesser, B. Moody, J. Xie, H. Murakami, A. Koukitu, and Z. Sitar, Appl. Phys. Express, 5 (2012) 055504.
4) 「Al系III-V族化合物半導体の気相成長方法」,日本国特許第3803788号,U.S. Patent 7,645,340

Movie

New lights generated by the crystal growth science

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