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最終更新 2026-10-28

ウルツ鉱構造とは(ウルツ鉱型)

Wurtzite Structure

ウルツ鉱構造とは、2種類の原子が交互に並び、原子の層をABABの2層周期で重ねた六方晶の結晶構造です。GaN、AlN、ZnOなどの窒化物・酸化物半導体がこの構造で、c軸の方向に極性があり、結晶自体が電気的な偏りを持ちます。この偏りがGaN HEMTの二次元電子ガスを生み出します。

目次7項目
  1. 定義・解説
  2. 図解
  3. よくある質問
  4. 設備の製造メーカー
  5. 関連用語
  6. 比較・違いを学ぶ
  7. 出典・参考資料

定義・解説

ウルツ鉱構造(ウルツ鉱型構造)とは、2種類の原子が交互に並び、それぞれが六方最密構造の骨組みを作って重なった、六方晶の結晶の構造です。名前は、この構造をとる硫化亜鉛の鉱物ウルツ鉱に由来します。閃亜鉛鉱構造と同じく、どの原子も異なる種類の原子4個に正四面体の形で囲まれていますが、原子の層の重ね方がABABの2層周期になっている点が違います。

GaN、AlN、InN、ZnOなど、青色LEDやパワー・高周波のデバイスに使われる窒化物や酸化物の半導体の多くがこの構造です。六方晶なので、結晶の大きさは横方向のaと縦方向(c軸)のcの2つの格子定数で表し、GaNではa≒0.319nm、c≒0.519nmです。基板の上には、ふつうc軸の方向(c面)に成長させます。

ウルツ鉱構造の大きな特徴は、c軸の方向に正と負の偏りがある(極性がある)ことです。GaNではGa側の面とN側の面で性質が異なり、結晶そのものが電気的な偏り(自発分極)を持ちます。AlGaNとGaNを重ねると、この偏りとひずみによる偏り(ピエゾ分極)の差で界面に電子が集まり、HEMTの二次元電子ガスになります。一方、LEDでは偏りが発光効率を下げる原因にもなるため、偏りの小さい面(m面・a面)での成長も研究されています。

図解

GaN、AlN、ZnOの格子定数と用途、およびウルツ鉱構造の極性と分極の特徴を並べた表

図をタップで2倍に拡大

格子定数は室温での代表値。

よくある質問(FAQ)

ウルツ鉱構造と閃亜鉛鉱構造の違いは何ですか?
どちらも2種類の原子が交互に並び、各原子が異種の原子4個に正四面体の形で囲まれた構造ですが、原子の層の重ね方が違います。閃亜鉛鉱構造はABCの3層周期の立方晶、ウルツ鉱構造はABの2層周期の六方晶です。GaAsは閃亜鉛鉱構造、GaNはふつうウルツ鉱構造です。
GaNのc面・m面・a面とは何ですか?
六方晶のGaNの結晶の面の名前です。c面はc軸に垂直な面で、ふつうの基板の上の成長に使われますが、極性があります。m面とa面はc軸に平行な面で、極性による電気的な偏りが表面に現れにくいため、LEDの発光効率の改善などを目的に研究されています。

設備の製造メーカー

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出典・参考資料

  1. 室蘭工業大学 亀川厚則「セラミックス材料学2019(3回目) 配位数と結晶構造」(2026/10/28 確認)