51探花

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　福山博之
多元物质科学研究所　助教　李森

【発表のポイント】

• アルミニウム蒸気の直接窒化法において、反応の駆动力を热力学的平衡点近傍に制御する革新的なアプローチを考案しました。
• 従来は多結晶粉末やナノワイヤしか得られなかった直接窒化法において、過剰な核生成を抑制することで、長さ数センチメートル、直径最大300 ?m に達する針状の窒化アルミニウム（AlN）^（注１）高品质単结晶の育成に成功しました。
• 得られた結晶を種結晶として用いた溶液成長法により、高い結晶性を維持したまま、最大175 ?m/h という高速な径拡大（大口径化）を実証し、次世代ウルトラワイドバンドギャップ半導体^（注２）基板としての実用化へ道を拓きました。

【概要】

窒化アルミニウム（AlN）は、優れた熱伝導性、高い化学的安定性、および約6.2 eVの超ワイドバンドギャップを持つことから、深紫外線LED^（注３）や高出力パワーデバイス^（注４）、などの基板材料として极めて有望视されています。しかし、従来の直接窒化法は强い駆动力下で行われるため、反応が激しく进み、多结晶の粉末しか得られないという课题がありました。

东北大学多元物质科学研究所の李森助教、飴井千晃大学院生、安达正芳准教授、大塚诚准教授、福山博之教授らの研究グループは、热力学计算に基づきアルミニウム蒸気を直接窒化させるプロセスにおいて、合金组成、窒素分圧、反応温度を厳密に制御し、反応の駆动力を热力学的平衡の近傍（近平衡状态）に维持する新しい础濒狈结晶成长法を开発しました。

本研究では、Fe-Al合金融体からのAl蒸気供給と窒素ガスの反応において、駆動力を小さく制御し過剰な結晶核の発生を抑制することにより、数センチメートル長に及ぶ高品質な針状AlN単結晶を得ることに成功しました。さらに、得られた結晶を種結晶として用いて、Fe-Crフラックスを用いた溶液成長法を行うことで、結晶の品質を損なうことなく、最大175 ?m/h の速度で横方向へのエピタキシャル成長（大口径化）ができることを実証しました。

本成果は、安価なアルミニウム原料から直接、高品质な础濒狈バルク単结晶基板を製造するための新しい製造プロセスの基盘技术となるものであり、次世代半导体デバイスの普及を大きく加速させることが期待されます。

本研究成果は、2026年6月8日付で、材料科学分野の国際学術誌Materials & Designにオンライン掲載されました。

【用语解説】

注1. 窒化アルミニウム（AlN）：アルミニウムの窒化物で、高い熱伝導率と6.2 eVという大きなバンドギャップ（禁制帯幅）を有する半導体材料です。

注2. ウルトラワイドバンドギャップ半導体：ウルトラワイドバンドギャップ半導体とは、従来のシリコン（Si）やガリウムヒ素（GaAs）に比べ、非常に大きなバンドギャップ（禁制帯幅）を持つ次世代の半導体材料を指します。

注3. 深紫外線LED：紫外線の中でも特に波長が短い領域を深紫外(UVC)領域と呼び、UVCの光を発光できるLEDを深紫外LEDと言います。

注4. 高出力パワーデバイス：電気エネルギーの変換や制御を行う半導体デバイスのことです。通常の半導体よりも大きな電圧?電流を扱うことができ、電気自動車（EV）や産業用モーター、家電などに不可欠です。

【论文情报】

タイトル：Near-equilibrium thermodynamic control of AlN nucleation and crystal growth via direct nitridation of aluminum
著者：Sen Li*, Chiaki Amei, Masayoshi Adachi, Makoto Ohtsuka, Hiroyuki Fukuyama*
*責任著者：东北大学多元物质科学研究所 助教 李森、教授 福山博之
掲載誌：Materials & Design
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详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
教授　福山博之
TEL: 022-217-5178
Email: hiroyuki.fukuyama.b6*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所 広報情報室
TEL: 022-217-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）