CN108779580A - GaN结晶的制造方法 - Google Patents

GaN结晶的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108779580A
CN108779580A CN201780016941.6A CN201780016941A CN108779580A CN 108779580 A CN108779580 A CN 108779580A CN 201780016941 A CN201780016941 A CN 201780016941A CN 108779580 A CN108779580 A CN 108779580A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gan
crystal
less
growth
gacl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780016941.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108779580B (zh
Inventor
矶宪司
纐缬明伯
村上尚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Kasei Corp
Tokyo University of Agriculture
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
Tokyo University of Agriculture
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Kasei Corp, Tokyo University of Agriculture filed Critical Mitsubishi Kasei Corp
Publication of CN108779580A publication Critical patent/CN108779580A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108779580B publication Critical patent/CN108779580B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/301—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C23C16/303—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4488—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by in situ generation of reactive gas by chemical or electrochemical reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B23/025—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/38—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02387—Group 13/15 materials
    • H01L21/02389—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/02433—Crystal orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

Abstract

本发明提供一种GaN结晶的新型制造方法，其包括使用GaCl3和NH3为原料、在非极性或半极性GaN表面上使GaN从气相中生长。本发明所提供一种GaN结晶的制造方法的发明，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，其是准备GaN晶种的步骤，该GaN晶种具有非极性或半极性表面，该非极性或半极性表面的法线的方向与该GaN晶种的[0001]方向形成85°以上且小于170°的角度；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶种的包含该非极性或半极性表面的表面上。

Description

GaN结晶的制造方法
技术领域
本发明主要涉及GaN(氮化镓)结晶的制造方法。
背景技术
在GaN结晶的气相生长中使用GaCl3(三氯化镓)作为Ga(镓)源的方法原先就有人提出。
气体GaCl3可通过使固体GaCl3气化而生成(专利文献1)。
已经公开了通过使金属Ga与Cl2(氯气)反应生成GaCl(一氯化镓)、使该GaCl进一步与Cl2反应的方法来得到纯度更高的气体GaCl3(专利文献2、专利文献3)。
在专利文献2中记载了使用GaCl3和NH3(氨)为原料在蓝宝石(0001)基板上使GaN从气相中生长而得到的实验结果，但生长出的GaN结晶的取向不明确。
在专利文献3中记载了使用GaCl3和NH3为原料在GaN(000-1)基板上使GaN从气相中生长而得到的实验结果。
就本发明人所知，尚无人尝试过使用GaCl3为原料在非极性或半极性GaN表面上进行的GaN生长。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2007/143743号小册子
专利文献2：国际公开第2011/142402号小册子
专利文献3：国际公开第2015/037232号小册子
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的主要目的在于提供一种GaN结晶的新型制造方法，其包括使用GaCl3和NH3为原料在非极性或半极性GaN表面上使GaN从气相中生长。
本发明的目的包括提供一种GaN结晶的新型制造方法，其包括使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长。
解决课题的手段
本发明人尝试了使用GaCl3和NH3为原料在非极性或半极性GaN表面上使GaN从气相中生长。并且发现，在非极性或半极性GaN表面具有特定的取向时，GaN能够在其上生长。本发明的一个方面是基于该技术思想而完成的。
本发明的实施方式包括以下方案。
(1)一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，其是准备GaN晶种的步骤，该GaN晶种具有非极性或半极性表面，该非极性或半极性表面的法线的方向与该GaN晶种的[0001]方向形成85°以上且小于170°的角度；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶种的包含该非极性或半极性表面的表面上。
(2)如上述(1)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述非极性或半极性表面与上述GaN晶种的[0001]方向所成的角度为85°以上且小于90°、90°以上且小于93°、93°以上且小于97°、97°以上且小于102°、102°以上且小于107°、107°以上且小于112°、112°以上且小于122°、或122°以上且小于132°。
(3)如上述(1)或(2)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述非极性或半极性表面与上述GaN晶种的[0001]方向所成的角度为87°以下或93°以上。
(4)如上述(1)～(3)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的上述非极性或半极性表面上的GaN的生长速率为1μm/h以上。
(5)如上述(4)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长速率为50μm/h以上。
(6)如上述(4)或(5)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长速率小于150μm/h。
(7)如上述(1)～(4)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至上述GaN晶种。
(8)如上述(1)～(4)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，使供给至GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
(9)如上述(1)～(8)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述非极性或半极性表面与上述GaN晶种的C面的交线的方向为a轴方向±15°。
(10)如上述(9)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述交线的方向为a轴方向±3°。
(11)如上述(1)～(10)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，与上述非极性或半极性表面的法线平行或最接近平行的上述GaN晶种的低指数取向为<10-10>、<30-3-1>、<20-2-1>、<30-3-2>或<10-1-1>。
(12)如上述(1)～(11)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN晶种为GaN基板的至少一部分，上述非极性或半极性表面为该GaN基板的主表面。
(13)如上述(12)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN基板为GaN单晶基板。
(14)如上述(12)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN基板为具有基础基板以及生长在该基础基板上的GaN单晶层的模板基板。
(15)如上述(12)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN基板为具有基础基板以及与该基础基板接合的GaN单晶层的GaN层接合基板。
(16)如上述(12)～(15)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，生长出在上述非极性或半极性表面上的最大生长高度为300μm以上的块状GaN结晶。
(17)如上述(16)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述块状GaN结晶的最大生长高度为300μm以上且小于500μm、500μm以上且小于1mm、1mm以上且小于3mm、3mm以上且小于5mm、5mm以上且小于10mm、10mm以上且小于25mm、25mm以上且小于50mm、50mm以上且小于75mm、75mm以上且小于100mm、或100mm以上且小于200mm。
(18)一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：晶种准备步骤，准备具有选自{10-10}小面和{10-1-1}小面中的一个以上小面的GaN晶种；以及生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在上述GaN晶种的包含上述一个以上小面的表面上。
(19)如上述(18)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN晶种的c轴方向的尺寸和与c轴正交的任意方向的尺寸的比例为0.1以上且为10以下。
(20)如上述(18)或(19)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述一个以上小面中的各个小面为生成态(アズグロン)表面。
(21)如上述(18)～(20)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN晶种进一步具有(000-1)小面。
(22)如上述(21)所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，也在上述(000-1)小面上生长GaN。
(23)如上述(18)～(22)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，在上述一个以上小面中的各个小面上的GaN的生长速率为1μm/h以上。
(24)如上述(23)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长速率为50μm/h以上。
(25)如上述(23)或(24)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长速率小于150μm/h。
(26)如上述(18)～(23)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至上述GaN晶种。
(27)如上述(18)～(23)和(26)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，使供给至GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
(28)如上述(1)～(27)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，间歇地重复进行GaN的生长。
(29)如上述(1)～(28)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，使金属Ga与Cl2反应生成GaCl，使该GaCl与Cl2反应，从而生成上述GaCl3。
(30)如上述(1)～(29)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的GaN的生长温度为1200℃以上。
(31)一种GaN晶片的制造方法，其具有下述步骤：结晶制造步骤，使用上述(1)～(30)中任一项所述的GaN结晶制造方法制造GaN结晶；以及结晶加工步骤，对于由该结晶制造步骤制造出的GaN结晶进行加工，形成至少一个GaN晶片。
(32)如上述(31)所述的GaN晶片制造方法，其中，由上述结晶加工步骤形成的GaN晶片包含选自{10-10}晶片、{30-3-1}晶片、{20-2-1}晶片、{30-3-2}晶片、{10-1-1}晶片、{30-31}晶片、{20-21}晶片、{30-32}晶片、{10-11}晶片、(0001)晶片和(000-1)晶片中的GaN晶片。
(33)一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，准备作为{20-2-1}晶片的GaN晶片；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶片上。
(34)如上述(33)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的GaN的生长速率为1μm/h以上。
(35)如上述(34)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长速率为1μm/h以上且小于50μm/h、50μm/h以上且小于100μm/h、或100μm/h以上且小于150μm/h。
(36)如上述(33)或(34)所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至上述GaN晶片。
(37)如上述(33)、(34)或(36)所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，使供给至上述GaN晶片的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
(38)如上述(33)～(37)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，在上述GaN晶片上形成包含(201)面X射线摇摆曲线的FWHM小于100arcsec的部分的GaN结晶。
(39)如上述(33)～(38)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，使金属Ga与Cl2反应生成GaCl，使该GaCl与Cl2反应，从而生成上述GaCl3。
(40)如上述(33)～(39)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的GaN的生长温度为1200℃以上。
(41)一种GaN晶片的制造方法，其中，使用上述(33)～(40)中任一项所述的GaN结晶制造方法制造出GaN结晶后，对该GaN结晶进行加工，形成GaN{20-21}晶片。
(42)一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，准备作为{10-10}晶片的GaN晶片；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶片上。
(43)如上述(42)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的GaN的生长速率为1μm/h以上。
(44)如上述(43)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长速率为1μm/h以上且小于50μm/h、50μm/h以上且小于100μm/h、或100μm/h以上且小于150μm/h。
(45)如上述(42)或(43)所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至上述GaN晶片。
(46)如上述(42)、(43)或(45)所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，使供给至上述GaN晶片的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
(47)如上述(42)～(46)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，在上述GaN晶片上形成包含(100)面X射线摇摆曲线的FWHM小于100arcsec的部分的GaN结晶。
(48)如上述(42)～(47)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，使金属Ga与Cl2反应生成GaCl，使该GaCl与Cl2反应，从而生成上述GaCl3。
(49)如上述(42)～(48)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的GaN的生长温度为1200℃以上。
(50)一种GaN晶片的制造方法，其中，使用上述(42)～(49)中任一项所述的GaN结晶制造方法制造出GaN结晶后，对该GaN结晶进行加工，形成GaN{10-10}晶片。
(51)一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，准备具有{10-10}表面的GaN晶种；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该{10-10}表面上。
(52)如上述(51)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的上述{10-10}表面上的GaN的生长速率为1μm/h以上。
(53)如上述(52)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长速率为1μm/h以上且小于50μm/h、50μm/h以上且小于100μm/h、或100μm/h以上且小于150μm/h。
(54)如上述(51)或(52)所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至上述GaN晶种。
(55)如上述(51)、(52)或(54)所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，使供给至上述GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
(56)如上述(51)～(55)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，在上述{10-10}表面上形成包含(100)面X射线摇摆曲线的FWHM小于100arcsec的部分的GaN结晶。
(57)如上述(51)～(56)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，使金属Ga与Cl2反应生成GaCl，使该GaCl与Cl2反应，从而生成上述GaCl3。
(58)如上述(51)～(57)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的GaN的生长温度为1200℃以上。
(59)一种GaN晶片的制造方法，其中，使用上述(51)～(58)中任一项所述的GaN结晶制造方法制造出GaN结晶后，对该GaN结晶进行加工，形成至少一个GaN晶片。
本发明人尝试了使用GaCl3和NH3为原料的、在极性或非极性GaN表面上的GaN的SAG(选择区域生长，Selective Area Growth)。并且发现能够进行SAG、以及在SAG的初期形成了特定形状的GaN岛。本发明的一个方面是基于该技术思想而完成的。
本发明的实施方式进一步包括以下方案。
(60)一种GaN结晶制造方法，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，其是准备GaN晶种的步骤，该GaN晶种具有极性表面，该极性表面的法线的方向与该GaN晶种的[0001]方向形成175°以上180°以下的角度；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料，使包含以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分的GaN结晶从气相中生长在该GaN晶种的包含该极性表面的表面上。
(61)如上述(60)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述六棱柱部分由(000-1)小面终止端部。
(62)如上述(61)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述六棱柱部分在上述{10-10}小面与上述(000-1)小面之间具有作为{10-1-1}小面的斜面。
(63)如上述(60)～(62)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN晶种为GaN基板的至少一部分，上述极性表面为该GaN基板的主表面。
(64)如上述(63)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN基板为GaN单晶基板。
(65)如上述(63)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN基板为具有基础基板以及生长在该基础基板上的GaN单晶层的模板基板。
(66)如上述(63)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN基板为具有基础基板以及与该基础基板接合的GaN单晶层的GaN层接合基板。
(67)如上述(63)～(66)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，使在上述极性表面上的最大生长高度为300μm以上的块状GaN结晶生长。
(68)如上述(67)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述块状GaN结晶的最大生长高度为300μm以上且小于500μm、500μm以上且小于1mm、1mm以上且小于3mm、3mm以上且小于5mm、5mm以上且小于10mm、10mm以上且小于25mm、25mm以上且小于50mm、50mm以上且小于75mm、75mm以上且小于100mm、或100mm以上且小于200mm。
(69)一种GaN结晶制造方法，其包括使用GaCl3和NH3为原料使GaN结晶从气相中生长的生长步骤，所述GaN结晶包含以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分、在[000-1]侧具有生长端。
(70)如上述(69)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述六棱柱部分由(000-1)小面终止端部。
(71)如上述(70)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述六棱柱部分在上述{10-10}小面与上述(000-1)小面之间具有作为{10-1-1}小面的斜面。
(72)如上述(69)～(71)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，使上述GaN结晶在具有三维形状的GaN晶种上生长。
(73)如上述(72)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述具有三维形状的GaN晶种具有以{10-1-1}小面作为侧面的六棱锥部分。
(74)如上述(73)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述具有三维形状的GaN晶种具有配置在上述六棱锥部分的[0001]侧的、以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分。
(75)如上述(72)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述具有三维形状的GaN晶种具有以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分，该六棱柱部分的[000-1]侧由(000-1)表面终止端部。
(76)如上述(75)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述具有三维形状的GaN晶种具有以{10-10}小面为侧面的六棱柱部分、以及配置在该六棱柱部分的[000-1]侧的以(000-1)小面作为顶面且以{10-1-1}小面作为侧面的六棱锥台部分。
(77)如上述(72)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述具有三维形状的GaN晶种具有以(000-1)小面作为顶面、以(0001)小面作为底面、以{10-1-1}小面作为侧面的六棱锥台状。
(78)如上述(72)～(77)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN晶种的c轴方向的尺寸和与c轴正交的任意方向的尺寸的比例为0.1以上且10以下。
(79)如上述(60)～(78)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，间歇地重复进行上述GaN结晶的生长。
(80)如上述(60)～(79)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，使金属Ga与Cl2反应生成GaCl，使该GaCl与Cl2反应，从而生成上述GaCl3。
(81)如上述(60)～(80)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的GaN的生长温度为1200℃以上。
(82)一种GaN晶片的制造方法，其具有下述步骤：结晶制造步骤，使用上述(60)～(81)中任一项所述的GaN结晶制造方法制造GaN结晶；以及结晶加工步骤，对于由该结晶制造步骤制造出的GaN结晶进行加工，形成至少一个GaN晶片。
(83)如上述(82)所述的GaN晶片制造方法，其中，由上述结晶加工步骤形成的GaN晶片包含选自{10-10}晶片、{30-3-1}晶片、{20-2-1}晶片、{30-3-2}晶片、{10-1-1}晶片、{30-31}晶片、{20-21}晶片、{30-32}晶片、{10-11}晶片、(0001)晶片和(000-1)晶片中的GaN晶片。
另外，本发明的其他方面涉及GaN基板表面具有特定的半极性表面的情况，本发明的实施方式进一步包括以下方案。
(84)一种GaN结晶制造方法，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，其是准备具有半极性表面的GaN晶种的步骤，与该半极性表面的法线的方向平行或最接近平行的该GaN晶种的低指数取向为<10-1-1>；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶种的包含该半极性表面的表面上。
(85)如上述(84)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述半极性表面的法线的方向与上述GaN晶种的<10-1-1>之间形成5°以下的角度。
(86)如上述(84)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述半极性表面为{10-1-1}表面。
(87)如上述(84)～(86)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN晶种为GaN{10-1-1}晶片。
(88)如上述(84)～(87)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的上述半极性表面上的GaN的生长速率为1μm/h以上。
(89)如上述(84)～(88)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至上述GaN晶种。
(90)如上述(84)～(89)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，使供给至上述GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
(91)如上述(84)～(87)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，在上述半极性表面上形成包含(101)面X射线摇摆曲线的FWHM小于50arcsec的部分的GaN结晶。
(92)如上述(84)～(87)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，在上述半极性表面上形成包含(202)面X射线摇摆曲线的FWHM小于30arcsec的部分的GaN结晶。
(93)如上述(92)所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，在上述半极性表面上形成包含(202)面X射线摇摆曲线的FWHM小于20arcsec的部分的GaN结晶。
(94)如上述(91)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的上述半极性表面上的GaN的生长速率为50μm/h以上。
(95)如上述(94)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的上述半极性表面上的GaN的生长速率为100μm/h以上。
(96)如上述(92)或(93)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的上述半极性表面上的GaN的生长速率为200μm/h以上。
(97)如上述(87)所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，使在上述半极性表面上的最大生长高度为300μm以上的块状GaN结晶生长。
(98)如上述(97)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述块状GaN结晶的最大生长高度为300μm以上且小于500μm、500μm以上且小于1mm、1mm以上且小于3mm、3mm以上且小于5mm、5mm以上且小于10mm、10mm以上且小于25mm、25mm以上且小于50mm、50mm以上且小于75mm、75mm以上且小于100mm、或100mm以上且小于200mm。
(99)一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：晶种准备步骤，准备具有{10-1-1}小面的GaN晶种；以及生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料，使GaN从气相中生长在该GaN晶种的包含该{10-1-1}小面的表面上。
(100)如上述(99)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN晶种的c轴方向的尺寸和与c轴正交的任意方向的尺寸的比例为0.1以上且10以下。
(101)如上述(99)或(100)所述的GaN结晶制造方法，其中，上述{10-1-1}小面为生成态表面。
(102)如上述(99)～(101)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN晶种进一步具有(000-1)小面。
(103)如上述(102)所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，也在上述(000-1)小面上生长GaN。
(104)如上述(99)～(103)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述GaN晶种不具有{10-10}小面。
(105)如上述(99)～(104)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的上述{10-1-1}小面上的GaN的生长速率为1μm/h以上。
(106)如上述(99)～(105)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至上述GaN晶种。
(107)如上述(99)～(106)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，使供给至上述GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
(108)如上述(99)～(107)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，在上述{10-1-1}小面上形成包含(202)面X射线摇摆曲线的FWHM小于30arcsec的部分的GaN结晶。
(109)如上述(108)所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，在上述{10-1-1}小面上形成包含(202)面X射线摇摆曲线的FWHM小于20arcsec的部分的GaN结晶。
(110)如上述(84)～(109)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，间歇地重复进行GaN的生长。
(111)如上述(84)～(110)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在上述生长步骤中，使金属Ga与Cl2反应生成GaCl，使该GaCl与Cl2反应，从而生成上述GaCl3。
(112)如上述(84)～(111)中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，上述生长步骤中的GaN的生长温度为1200℃以上。
(113)一种GaN晶片的制造方法，其具有下述步骤：结晶制造步骤，使用上述(84)～(112)中任一项所述的GaN结晶制造方法制造GaN结晶；以及结晶加工步骤，对于由该结晶制造步骤制造出的GaN结晶进行加工，形成至少一个GaN晶片。
(114)如上述(113)所述的GaN晶片制造方法，其中，由上述结晶加工步骤形成的GaN晶片包含选自{10-10}晶片、{30-3-1}晶片、{20-2-1}晶片、{30-3-2}晶片、{10-1-1}晶片、{30-31}晶片、{20-21}晶片、{30-32}晶片、{10-11}晶片、(0001)晶片和(000-1)晶片中的GaN晶片。
另外，本发明的实施方式中进一步包括以下方案。
(115)一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：(i)GaN晶种准备步骤，其是准备GaN晶种的步骤，该GaN晶种具有主表面和配置在该主表面上的图案掩模，该主表面的法线的方向与该GaN晶种的[0001]方向形成85°以上且为180°以下的角度；以及(ii)SAG(选择区域生长，Selective Area Growth)步骤，通过该图案掩模且使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶种的该主表面上。
(116)如上述(115)所述的制造方法，其中，上述图案掩模包含无定形无机薄膜。
(117)如上述(116)所述的制造方法，其中，上述无定形无机薄膜包含硅化合物。
(118)如上述(117)所述的制造方法，其中，上述无定形无机薄膜包含SiNx。
(119)如上述(115)～(118)中任一项所述的制造方法，其中，上述图案掩模具有点形开口，在上述SAG步骤中，在该点形开口上形成GaN岛。
(120)如上述(119)所述的制造方法，其中，上述图案掩模具有包含第一点形开口和第二点形开口的两个以上的点形开口，在上述SAG步骤中，在该第一点形开口上和该第二点形开口上分别形成GaN岛。
(121)如上述(120)所述的制造方法，其中，在上述SAG步骤中，进一步将在上述第一点形开口上形成的GaN岛与在上述第二点形开口上形成的GaN岛合并。
(122)如上述(115)～(121)中任一项所述的制造方法，其中，在上述SAG步骤中，GaN的生长持续到形成覆盖上述主表面的GaN层为止。
(123)如上述(115)～(122)中任一项所述的制造方法，其中，在上述SAG步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至上述GaN晶种。
(124)如上述(115)～(122)中任一项所述的制造方法，其中，在上述生长步骤中，使供给至上述GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
(125)如上述(115)～(124)中任一项所述的制造方法，其中，上述GaN晶种为GaN基板的至少一部分。
(126)如上述(125)所述的制造方法，其中，上述GaN基板为GaN单晶基板。
(127)如上述(115)～(126)中任一项所述的制造方法，其中，上述主表面的法线的方向与上述GaN晶种的[0001]方向形成175°以上的角度。
(128)一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：(i)GaN晶种准备步骤，其是准备GaN晶种的步骤，该GaN晶种具有极性表面和配置在该极性表面上且设有点形开口的图案掩模，该极性表面的法线的方向与该GaN晶种的[0001]方向形成175°以上且为180°以下的角度；以及(ii)SAG(选择区域生长，Selective Area Growth)步骤，通过该图案掩模且使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶种的该极性表面上；在该SAG步骤中，在该点形开口上形成包含六棱柱部分的GaN岛。
(129)如上述(128)所述的制造方法，其中，上述六棱柱部分的侧面为{10-10}小面。
(130)如上述(129)所述的制造方法，其中，上述六棱柱部分由(000-1)小面终止端部。
(131)如上述(130)所述的制造方法，其中，上述六棱柱部分在上述{10-10}小面与上述(000-1)小面之间具有作为{10-1-1}小面的斜面。
(132)如上述(128)～(131)中任一项所述的制造方法，其中，上述GaN晶种为GaN基板的至少一部分。
(133)如上述(132)所述的制造方法，其中，上述GaN晶种为GaN单晶基板。
(134)如上述(133)所述的制造方法，其中，上述GaN单晶基板为偏切(off cut)的(000-1)晶片。
(135)如上述(128)～(134)中任一项所述的制造方法，其中，上述图案掩模包含无定形无机薄膜。
(136)如上述(135)所述的制造方法，其中，上述无定形无机薄膜包含硅化合物。
(137)如上述(136)所述的制造方法，其中，上述无定形无机薄膜包含SiNx。
(138)如上述(128)～(137)中任一项所述的制造方法，其中，在上述SAG步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至上述GaN晶种。
(139)如上述(128)～(138)中任一项所述的制造方法，其中，在上述生长步骤中，使供给至上述GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
发明的效果
根据本发明的一个实施方式，提供一种GaN结晶的新型制造方法，其使用GaCl3和NH3为原料在非极性或半极性GaN表面上使GaN从气相中生长。
根据本发明的另一实施方式，提供一种GaN结晶的新型制造方法，其使用GaCl3和NH3为原料使特定形状的GaN结晶从气相中生长。
附图说明
图1示出实施方式的GaN结晶制造方法的流程图。
图2为示出可在实施方式的GaN结晶制造方法中使用的GaN基板的一例的立体图。
图3示出对于具有第一主表面作为表面的GaN单晶从平行于该GaN单晶的C面与该第一主表面的交线的方向观察的情况。
图4为示出GaN晶种的形状例的立体图。
图5为示出GaN晶种的形状例的立体图。
图6为示出GaN晶种的形状例的立体图。
图7为示出GaN晶种的形状例的立体图。
图8为示出GaN晶种的形状例的立体图。
图9为示出GaN晶种的形状例的立体图(a)和截面图(b)。
图10为可在实施方式的GaN结晶制造方法中使用的结晶生长装置的示意图。
图11为可在实施方式的GaN结晶制造方法中使用的结晶生长装置的示意图。
图12为示出生长区中的GaCl3分压和NH3分压的积与GaN的生长速率的关系的图。
图13示出利用SAG在GaN基板上形成的GaN岛的SEM图像，图13(a)为平面图像、图13(b)为鸟瞰图像(照片)。
图14示出利用SAG在GaN基板上形成的GaN岛的SEM图像，图14(a)为平面图像、图14(b)为鸟瞰图像(照片)。
图15示出利用SAG在GaN基板上形成的GaN岛的SEM图像，图15(a)为平面图像、图15(b)为鸟瞰图像(照片)。
图16示出利用SAG在GaN基板上形成的GaN岛的SEM图像，图16(a)为平面图像、图16(b)为鸟瞰图像(照片)。
图17(a)为利用SAG在GaN(000-1)基板上形成的GaN岛的鸟瞰SEM图像，图17(b)为利用SAG在GaN(10-10)基板上形成的GaN岛的鸟瞰SEM图像(照片)。
图18(a)为利用SAG在GaN(000-1)基板上形成的GaN岛的鸟瞰SEM图像，图18(b)为利用SAG在GaN(10-10)基板上形成的GaN岛的鸟瞰SEM图像(照片)。
具体实施方式
GaN具备属于六方晶系的纤锌矿型的晶体结构。在GaN中，将平行于[0001]和[000-1]的结晶轴称为c轴、平行于<10-10>的结晶轴称为m轴、平行于<11-20>的结晶轴称为a轴。将与c轴正交的结晶面称为C面(C-plane)、与m轴正交的结晶面称为M面(M-plane)、与a轴正交的结晶面称为A面(A-plane)。
与c轴正交的GaN表面具有(0001)表面(镓极性表面)和(000-1)表面(氮极性表面)。这些表面也被称为极性表面。
与c轴平行的GaN表面、即{10-10}表面或{11-20}表面这样的米勒指数{hkil}的l为0(零)的GaN表面被称为非极性表面。
不是极性表面也不是非极性表面的GaN结晶表面被称为半极性表面。
在本说明书中，在提到结晶轴、结晶表面、晶体取向等的情况下，只要不特别声明，是指GaN的结晶轴、结晶表面、晶体取向等。
1.GaN结晶的制造方法
如图1中的流程图所示，实施方式的GaN结晶制造方法包括下述2个步骤。
(S1)晶种准备步骤，其是准备GaN晶种的步骤，该GaN晶种具有非极性或半极性表面，该非极性或半极性表面的法线的方向与该GaN晶种的[0001]方向形成85°以上且小于170°的角度。
(S2)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料，使GaN从气相中生长在由晶种准备步骤准备的GaN晶种的包含该非极性或半极性表面的表面上。
由上述晶种准备步骤(S1)准备的GaN晶种可以具有2个以上的非极性或半极性表面，这种情况下，该2个以上的非极性或半极性表面中的至少1个满足法线的方向与该GaN晶种的[0001]方向形成85°以上且小于170°的角度的条件即可。
在实施方式的GaN结晶制造方法中，除了上述的晶种准备步骤和生长步骤以外，还可以进一步具有其他步骤。
以下参照附图更详细地进行说明。
1.1.GaN晶种
[1]GaN基板
在实施方式的GaN结晶制造方法中使用GaN晶种。该GaN晶种可以为GaN基板或GaN基板的一部分。
图2为示出可在实施方式的GaN结晶制造方法中作为晶种使用的GaN基板的一例的立体图。参照图2，GaN基板10具有作为一侧的主表面的第一主表面11、以及作为相反侧的主表面的第二主表面12。第一主表面和第二主表面藉由侧面13连接。
GaN基板10的第一主表面11和第二主表面12为矩形的，但其并不限定，也可以为圆形、六边形、其他任意的形状。第一主表面11与第二主表面12通常相互平行。
第一主表面11的面积通常为1cm2以上、优选为2cm2以上、更优选为4cm2以上、更优选为10cm2以上。第一主表面11的面积可以为10cm2以上且小于40cm2、40cm2以上且小于60cm2、60cm2以上且小于120cm2、120cm2以上且小于180cm2、或180cm2以上。
GaN基板10的厚度t通常为200μm以上、优选为250μm以上、更优选为300μm以上，也可以根据第一主表面11的面积使其更厚。
GaN基板10的至少包含第一主表面11的部分由GaN单晶构成。即，第一主表面11为GaN单晶的表面。
图3示出对于GaN基板10的构成包含第一主表面11的部分的GaN单晶1从平行于该GaN单晶1的C面与该第一主表面的交线的方向观察的情况。第一主表面11为GaN单晶1的表面。图3中，GaN单晶1的C面和第一主表面11的交线与纸面垂直。
第一主表面11的法线的方向Dn与GaN单晶1的[0001]方向形成角度θ。该角度θ为85°以上且小于170°。该角度θ可以为85°以上且小于90°、90°以上且小于93°、93°以上且小于97°、97°以上且小于102°、102°以上且小于107°、107°以上且小于112°、112°以上且小于122°、122°以上且小于132°等。
在优选例中，第一主表面11的法线的方向Dn与GaN单晶1的[0001]方向所成的角度θ为87°以下或93°以上。这是由于，该角度θ为90°±约2°的范围内时，在后述的生长步骤中使GaN在第一主表面上外延生长时，具有会形成品质相对较低的GaN结晶的倾向。
第一主表面11的法线的方向Dn与GaN单晶1的[0001]方向处于下述关系：在以GaN单晶1的C面与第一主表面11的交线作为旋转轴使前者旋转时，与后者相互重叠。
该交线的方向并不限定，优选为a轴方向±15°、更优选为a轴方向±5°、更优选为a轴方向±3°、更优选为a轴方向±2°、更优选为a轴方向±1°。
在优选例中，与第一主表面11的法线的方向平行或最接近平行的GaN单晶1的低指数取向可以为<10-10>、<30-3-1>、<20-2-1>、<30-3-2>或<10-1-1>。
此处，将米勒指数<hkil>中的整数h、k、i和l的绝对值均为3以下的晶体取向称为低指数取向。
第一主表面11的法线的方向与GaN单晶1的<10-10>平行时，该法线的方向与GaN单晶1的[0001]方向所成的角度为90°，第一主表面11与GaN单晶1的C面的交线的方向为a轴方向。
第一主表面11的法线的方向与GaN单晶1的<30-3-1>平行时，该法线的方向与GaN单晶1的[0001]方向所成的角度为100.1°，第一主表面11与GaN单晶1的C面的交线的方向为a轴方向。
第一主表面11的法线的方向与GaN单晶1的<20-2-1>平行时，该法线的方向与GaN单晶1的[0001]方向所成的角度为104.9°，第一主表面11与GaN单晶1的C面的交线的方向为a轴方向。
第一主表面11的法线的方向与GaN单晶1的<30-3-2>平行时，该法线的方向与GaN单晶1的[0001]方向所成的角度为109.5°，第一主表面11与GaN单晶1的C面的交线的方向为a轴方向。
第一主表面11的法线的方向与GaN单晶1的<10-1-1>平行时，该法线的方向与GaN单晶1的[0001]方向所成的角度为118°，第一主表面11与GaN单晶1的C面的交线的方向为a轴方向。
第一主表面11的法线的方向与GaN单晶1的<20-2-3>平行时，该法线的方向与GaN单晶1的[0001]方向所成的角度为128.6°，第一主表面11与GaN单晶1的C面的交线的方向为a轴方向。
GaN基板10优选为GaN单晶基板。
已知可通过将利用HVPE法、助熔剂法、升华法等各种方法生长的块状GaN单晶沿任意方向切片而制作出具有各种面取向的GaN单晶基板。例如在国际公开第2008/059875号中公开了从在相互相邻地配置的2个以上的矩形基板上生长的块状GaN结晶中切割出的大面积的非极性或半极性GaN单晶基板。
GaN基板10可以为由基础基板和在该基础基板上外延生长的GaN单晶层构成的模板基板。这种情况下，与第一主表面11对应的是该GaN单晶层的表面。
基础基板代表性地为蓝宝石基板、尖晶石基板、AlN基板、SiC基板、Si基板等由与GaN的组成不同的材料形成的单晶基板(异质基板)。外延生长的方法可以为MOVPE法、HVPE法之类的气相生长方法，也可以为助熔剂法。
GaN基板10也可以为由基础基板以及与该基础基板接合的GaN单晶层构成的GaN层接合基板。这种情况下，与第一主表面11对应的是该GaN单晶层的表面。
GaN层接合基板通过在基础基板上接合块状GaN单晶后按照GaN单晶层残留在基础基板侧的方式对该块状GaN单晶进行切割的方法来形成。基础基板可以为各种单晶基板，此外还可以为金属基板、陶瓷基板、多晶GaN基板等。
GaN基板10的第一主表面11优选为如下得到的表面：在利用机械研磨(磨碎、磨光等)平坦化后，为了除去通过该机械研磨而导入的结晶缺陷，实施包含干蚀刻和/或CMP(化学机械抛光)的精加工。
在一例中，GaN基板10的第一主表面11可以为生成态GaN表面。
在一例中，在GaN基板10的第一主表面11上可以配置用于发生SAG(选择区域生长，Selective Area Growth)的图案掩模。图案掩模的材料例如为SiNx。在SiNx薄膜上抑制了由GaCl3和NH3的GaN的气相生长。由其他材料形成的无定形无机薄膜、例如氧化硅或氮氧化硅的薄膜也具有能够作为图案掩模材料使用的可能性。
在图案掩模中可以设置圆形或正多边形之类的点形开口。点形开口例如可以最密配置。在最密配置中，各开口配置在正三角形格子的格子位置(正三角形的顶点)。
在图案掩模中也可以设置线状的开口。由此，图案掩模可以为条纹掩模。
[2]三维形状的GaN晶种
实施方式的GaN结晶制造方法中使用的GaN晶种可以为具有三维形状的GaN结晶。三维形状的GaN晶种中，其c轴方向的尺寸和与c轴正交的任意方向的尺寸的比例优选为0.1以上且10以下。该比例可以为0.2以上、进而可以为0.3以上，并且可以为5以下、进而可以为3以下。
在图4～图9中示出了可在实施方式的GaN结晶制造方法中使用的三维形状的GaN晶种的形状例。
图4所示的GaN晶种具有以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分、以{10-1-1}小面作为侧面的第一六棱锥部分、以及以{10-11}小面作为侧面的第二六棱锥部分。该第一六棱锥部分配置在该六棱柱部分的[000-1]侧，该第二六棱锥部分配置在该六棱柱部分的[0001]侧。
图4所示的GaN晶种可利用Na助熔剂法、氨热法等液相生长法制造。
图5所示的GaN晶种具有以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分、以及配置在其[000-1]侧的以{10-1-1}小面作为侧面的六棱锥部分。六棱柱部分的[0001]侧由(0001)表面终止端部。
图5所示的GaN晶种例如可以通过利用切断或研磨从图4所示的GaN晶种中除去第二六棱锥部分来制造。
图6所示的GaN晶种具有以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分、以及配置在其[0001]侧的以{10-11}小面作为侧面的六棱锥部分。六棱柱部分的[000-1]侧由(000-1)表面终止端部。
图6所示的GaN晶种例如可以通过利用切断或研磨从图4所示的GaN晶种中除去第一六棱锥部分来制造。
图7为示出利用晶种准备步骤准备的GaN晶种的又一示例的立体图。
图7所示的GaN晶种具有以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分、以及配置于其[000-1]侧的以(000-1)小面作为顶面且以{10-1-1}小面作为侧面的六棱锥台部分。六棱柱部分的[0001]侧由(0001)表面终止端部。
图7所示的GaN晶种可使用例如日本特开2013-212978号公报中公开的结晶生长方法来制造。
图8所示的GaN晶种具有以(000-1)小面作为顶面、以(0001)小面作为底面、以{10-1-1}小面作为侧面的六棱锥台形状。
图8所示的GaN晶种可使用例如日本特开2013-212978号公报中公开的结晶生长方法来制造。
图9示出了可使用日本特开2013-212978号公报中公开的结晶生长方法来制造的GaN晶种，图9(a)为立体图，图9(b)为利用与该结晶的长度方向正交的平面进行切断时的截面图。
在图4～图9中例示的各GaN晶种中，{10-10}小面和{10-1-1}小面可以为生成态表面。或者，这些小面可以为经蚀刻的表面。
1.2.气相生长装置
在实施方式的GaN结晶制造方法中，为了由GaCl3和NH3生长GaN，可以优选使用具备第一区、第二区和生长区的气相生长装置。在第一区，Cl2与金属Ga反应生成GaCl。在第二区，由第一区生成的GaCl与Cl2反应生成GaCl3。在生长区，包含GaCl3的气体氯化镓与NH3反应，所生成的GaN在GaN晶种上外延生长。
图10中示意性示出了上述的具有第一区、第二区和生长区的气相生长装置的一例。
参照图10，气相生长装置100具有第一反应管110和第二反应管120。第一区Z1和第二区Z2设于第一反应管110内，生长区Z3设于第二反应管120内。
对第一反应管110和第二反应管120没有限定，可以由石英形成。
在第一反应管110内的第一区Z1设置金属Ga。装入金属Ga的容器例如为石英舟。
第一反应管110具有设于第一区Z1的上游侧的第一Cl2供给口111、以及设于第一区Z1的下游侧的第二Cl2供给口112。第二区Z2从第二Cl2供给口112的位置开始，向下游侧延伸。
在第一反应管110的外部配置外部加热手段(未图示)，第一区Z1和第二区Z2可利用该外部加热手段各自独立地加热。作为外部加热手段，可示例出电阻加热器、感应加热器、灯加热器等。
在第一区Z1，由第一Cl2供给口111导入的Cl2与金属Ga反应，生成气体氯化镓。该气体氯化镓的主成分为通过下述反应生成的GaCl。
Ga(l)+1/2Cl2(g)→GaCl(g)
上述反应式中，(l)、(s)和(g)分别表示物质为液体(liquid)、固体(solid)和气体(gas)(以下也是相同的)。
在第二区Z2中，由第二Cl2供给口112导入的Cl2与由第一区Z1传输的气体氯化镓反应。主要反应为下述的GaCl3生成反应。
GaCl(g)+Cl2(g)→GaCl3(g)
第一反应管110在下游侧的末端具有气体出口113。第一反应管110的下游部分被插入到第二反应管120的内部，在第一反应管内生成的氯化镓通过气体出口113被传输到第二反应管120内。
第二反应管120具有设于生长区Z3的上游侧的NH3供给口121、以及设于生长区Z3的下游侧的排气口122。第一反应管110的气体出口113位于生长区Z3的上游侧。
在生长区Z3设置用于放置GaN晶种的基座130。基座130例如由碳形成。
在第二反应管120的外部配置用于对设置于基座130上的GaN晶种连同该基座进行加热的外部加热手段(未图示)。作为外部加热手段，可示例出电阻加热器、感应加热器、灯加热器等。在一例中，可以不使用外部加热手段、或在外部加热手段的基础上，在基座130的内部设置电阻加热器。
在生长区Z3，包含GaCl3的气体氯化镓与NH3反应，生成GaN。所生成的GaN在GaN晶种上外延生长。
在生长步骤中使用的气相生长装置可以与图10所示的气相生长装置具备相同的基本构成、并加以各种变更。将该气相生长装置的一例示于图11。在图11中，对于与图10所示的气相生长装置所具备的构成相对应的构成赋以相同的符号。
在图10的装置中，第一反应管110为L字管，仅将包含气体出口113的下游部分插入到第二反应管120的内部；与之相对，在图11的装置中，第一反应管110为直管，其整体被设置在第二反应管120的内部。
图11的装置与图10的装置的不同点不仅于此。
例如，在图11的气相生长装置100中，在第一反应管110内的第一区Z1与第二区Z2之间设置流路的截面积从上游侧向下游侧逐渐减小的漏斗形管114。其目的在于通过增加下游侧的流路阻力而提高第一区Z1中的Cl2分压、提高该区中的GaCl的生成效率。
进而，在图11的气相生长装置100中，通过在第二区Z2内设置导流板115，可实现GaCl3的生成效率的改善。通过设置导流板，流路长被延长，GaCl和Cl2在第二区内停留的时间延长，还能够期待通过扰乱气流而促进GaCl和Cl2的混合的效果。
在优选例中，在图10和图11所示的任一气相生长装置100中，均可使其为下述构成：使第一反应管110的气体出口113为套管结构，从内管放出氯化镓气体、从外管放出阻隔气体。这是为了使从气体出口113放出的氯化镓气流被阻隔气流包围、防止在到达生长区Z3之前氯化镓与NH3发生反应。阻隔气体使用作为惰性气体的N2(氮气)或稀有气体(Ar等)。
此外，在图10或图11的气相生长装置100中，在第一反应管110和第二反应管120中可以适宜地设置载气专用的气体供给口。载气使用作为惰性气体的N2(氮气)或稀有气体(Ar等)。
在图10所示的气相生长装置中，L字型的第一反应管110可以按照直线部分的一侧垂直、另一侧水平的方式配置，或者也可以按照直线部分的两侧为水平的方式配置。
在图11所示的气相生长装置中，第一反应管110和第二反应管120的方向可以为垂直和水平中的任一方向，并且也可以是倾斜的。
在图10或图11的气相生长装置中，可以适宜地设置使基座130旋转的机构。
以上对于在使用GaCl3和NH3为原料的GaN的气相生长中可以优选使用的气相生长装置的示例进行了说明，但可在实施方式的GaN结晶制造方法中使用的气相生长装置并不限于上述说明的示例。例如也可以使用专利文献1所公开的使固体GaCl3气化而产生气体GaCl3的类型的气相生长装置。
1.3.GaN的气相生长
可以使用图10或图11所示的气相生长装置100通过以下的过程使GaN在GaN晶种上气相生长。
首先，将GaN晶种放在配置于第二反应管120内的基座130上。
在第一反应管110的第一区Z1内设置放入有金属镓的石英舟。
接下来，在第一反应管110内和第二反应管120内流通载气，使这些反应管内部的气氛为载气气氛。如上所述，载气使用作为惰性气体的N2或稀有气体。阻隔气体也可以在此时开始流动。
载气可以通过Cl2供给口或NH3供给口导入到反应管内，还可以通过适当地设置于反应管中的惰性气体专用的供给口导入到反应管内。
进而，通过NH3供给口121开始向第二反应管120内供给NH3。NH3在必要的情况下与载气一起导入到第二反应管120内。
在开始供给NH3后，使用外部加热手段(未图示)将GaN晶种加热至规定的生长温度。
生长温度通常为900℃以上。如后述的实验结果所示，即使为1200℃以上、进而为1300℃以上的生长温度，也能够以足以实用的生长速率使GaN生长。
对生长温度没有特别的上限，为了防止由于以反应管为代表的部件的热劣化而导致气相生长装置发生不良状况，生长温度优选小于1500℃、更优选小于1400℃。
第二反应管120内的压力(生长区的压力)使用与第二反应管的排气口122连接的外部排气手段(例如风扇)调整为例如0.8～1.2atm范围内的一定的值。
在GaN晶种达到规定的生长温度之前，第一反应管预先使用外部加热手段(未图示)进行加热，使其达到规定的温度。
通过使第一区Z1的温度为400℃以上，可以使在该区生成的氯化镓种类大部分为GaCl(参照专利文献2的图5)。
从提高GaCl的生成速度的方面出发，第一区Z1的温度优选为500℃以上、更优选为700℃以上。从防止因热劣化而使第一反应管的寿命变短的方面出发，第一区Z1的温度优选为1000℃以下、更优选为900℃以下、更优选为850℃以下。
第二区Z2至少被加热至由第一区Z1供给的GaCl不会在反应管壁上析出的温度。
通过使第二区Z2的温度为200℃以上，可以使在该区生成的氯化镓种类大部分为GaCl3(参照专利文献2的图6)。
第二区Z2的温度可以小于200℃，这是由于可以使所生成的氯化镓种类大部分为由GaCl3或(GaCl3)2表示的三氯化镓的二聚物。该二聚物在加热至高温的生长区Z3变化为GaCl3。
从提高GaCl3的生成速度的方面出发，第二区Z2的温度优选为500℃以上、更优选为700℃以上。从防止因热劣化而使第一反应管的寿命变短的方面出发，第二区Z2的温度优选为1000℃以下、更优选为900℃以下、更优选为850℃以下。
从使气流稳定的方面出发，优选使第二区Z2的温度与第一区Z1的温度相同。
在GaN晶种达到规定的生长温度时，立即从第一Cl2供给口111和第二Cl2供给口112分别向第一反应管110内供给Cl2，生成氯化镓。Cl2根据需要与载气一起导入到第一反应管110内。载气使用作为惰性气体的N2或稀有气体。
在第一反应管110内生成的氯化镓到达第二反应管120的生长区时，开始进行GaN晶种上的GaN的外延生长。
对供给至第一反应管110中的Cl2的流量和供给至第二反应管120中的NH3的流量进行设定，以使得第一区Z1和第二区Z2的各区中的全压和Cl2分压、以及生长区Z3中的全压及GaCl3分压和NH3分压分别处于所期望的范围内。
在第一区Z1中，例如使Cl2分压为1.0×10-3atm以上、全压为0.8～1.2atm。
在第二区Z2中，例如使Cl2分压为2.0×10-3atm以上、全压为0.8～1.2atm。
在生长区Z3中，例如使GaCl3分压为9.0×10-3～1.0×10-1atm、NH3分压为5.0×10-2～2.5×10-1atm、全压为0.8～1.2atm。
关于生长区Z3中的GaCl3分压，换言之，是供给至GaN晶种的GaCl3的分压。
生长区Z3中的GaCl3分压可以低于9.0×10-3atm，例如可以为1.5×10-3atm以上且小于2.4×10-3atm、2.4×10-3atm以上且小于4.1×10-3atm、或4.1×10-3atm以上且小于9.0×10-3atm。
GaN的生长速率可利用供给至GaN晶种的GaCl3和NH3的分压进行控制。例如，生长区Z3中的GaCl3分压与NH3分压之积可以设定为9.5×10-5atm2以上且小于3.2×10-4atm2、3.2×10-4atm2以上且小于7.0×10-4atm2、7.0×10-4atm2以上且小于9.8×10-4atm2、或9.8×10- 4atm2以上。
在GaN的生长结束时，通过停止向第一反应管110中供给Cl2而停止向生长区Z3中供给氯化镓。同时停止GaN晶种的加热，使该第二反应管的反应管温度降低至室温。为了防止生长出的GaN的分解，在降温时也在第二反应管120内流通NH3和载气。
在GaN晶种的表面中，在其上能够由GaCl3和NH3生长GaN的表面是法线的方向与该GaN晶种的[0001]方向形成85°以上且为180°以下的角度的表面。该表面上的GaN的生长速率可以为1μm/h以上。
该生长速率可以设定为1μm/h以上且小于5μm/h、5μm/h以上且小于10μm/h、10μm/h以上且小于15μm/h、15μm/h以上且小于20μm/h、20μm/h以上且小于25μm/h、25μm/h以上且小于50μm/h、50μm/h以上且小于75μm/h、75μm/h以上且小于100μm/h、100μm/h以上且小于125μm/h、125μm/h以上且小于150μm/h、150μm/h以上且小于175μm/h、175μm/h以上且小于200μm/h、200μm/h以上且小于250μm/h、250μm/h以上且小于300μm/h、300μm/h以上且小于400μm/h、400μm/h以上且小于500μm/h、500μm/h以上且小于2000μm/h等。
某一GaN表面上的GaN的生长速率可以通过在该GaN表面上使GaN结晶层生长、将该GaN结晶层的厚度除以生长时间来研究。
在使用图10或图11所示类型的结晶生长装置的情况下，可以将从开始向第一反应管中供给Cl2时到停止该Cl2供给时为止的时间作为生长时间。在使用其他类型的结晶生长装置的情况下，可以将从向生长腔室内供给GaCl3的供给开始到供给停止为止的时间作为生长时间。
作为一般的倾向，生长速率越低，生长出的GaN结晶的结晶性越好。因此，GaN的生长速率优选小于150μm/h、更优选小于125μm/h。
例外情况是在GaN的{10-1-1}表面上生长GaN结晶的情况，以200μm/h以上的速率生长出的GaN结晶可以具有与以约100μm/h的速率生长出的GaN结晶同等以上的品质。
由此可以理解，像GaN{10-1-1}晶片那样，在使用具有与法线的方向平行或最接近平行的低指数取向为<10-1-1>的半极性表面的GaN晶种时，在高效地制造高品质的GaN结晶的方面是特别有利的。
作为GaN晶种使用GaN基板的情况下，在该GaN基板上生长出的GaN可以为具有该GaN基板的厚度以下的厚度的膜，或者可以为在该GaN基板的主表面上的最大生长高度大于该GaN基板的厚度的块状结晶。
此处所说的生长高度是指，在以底层GaN表面作为基准面时在该底层GaN表面上生长的块状GaN结晶的高度，换言之，是从该底层GaN表面到该块状GaN结晶的上表面的距离。最大生长高度是该生长高度为最大的位置处的生长高度。
在GaN基板上使块状GaN结晶生长的情况下，该GaN基板的主表面上的该最大生长高度可以为300μm以上且小于500μm、500μm以上且小于1mm、1mm以上且小于3mm、3mm以上且小于5mm、5mm以上且小于10mm、10mm以上且小于25mm、25mm以上且小于50mm、50mm以上且小于75mm、75mm以上且小于100mm、100mm以上且小于200mm等。
在GaN晶种具有2个以上的可在其上发生以GaCl3和NH3作为原料的GaN的气相外延生长的表面的情况下，可以使GaN在该各个表面上以上述的生长速率生长。
例如，在使用图4或图5所示的GaN晶种的情况下，可以在6个{10-10}小面和6个{10-1-1}小面的各个小面上使GaN以1μm/h以上的生长速率生长。
例如，在使用图7所示的GaN晶种的情况下，可以在6个{10-10}小面、6个{10-1-1}小面和(000-1)小面的各个小面上使GaN以1μm/h以上的生长速率生长。
GaN晶种上的GaN的生长可以间歇地重复进行。换言之，GaN的生长可以分多次进行。这种情况下，第2次以后的生长通常被称为再生长。
GaN的生长分N次进行的情况下，第n次的生长与第(n+1)次的生长中使用的结晶生长装置和/或结晶生长条件可以相同、也可以不同[此处，N为2以上的整数，n为1以上(N-1)以下的整数]。另外，在第(n+1)次生长前，可以对第n次的生长中形成的结晶的表面实施包含蚀刻的清洁处理。
在一例中，可以通过向载气中添加微量的氧气(O2)、或者将添加有微量的氧气的惰性气体与其他气体一起导入到第二反应管120中而用氧对生长的GaN进行掺杂。由于在GaN中氧(О)起到作为供体的作用而生成n型载体，因而经氧掺杂的GaN显示出n型导电性。
2.用途
实施方式的GaN结晶制造方法可用于氮化物半导体器件用的GaN膜的形成、块状GaN结晶的制造等各种用途中。
氮化物半导体器件是器件结构的主要部分使用氮化物半导体的半导体器件。氮化物半导体也被称为氮化物系III-V族化合物半导体、III族氮化物系化合物半导体、GaN系半导体等，除了包含GaN以外，还包含GaN中的一部分或全部的Ga被置换成其他周期表13族元素(B、Al、In等)而得到化合物。具体地说，可示例出AlN、InN、AlGaN、AlInN、GaInN、AlGaInN等。
作为氮化物半导体器件的具体例，有发光二极管、激光二极管等发光器件、整流器、双极性晶体管、场效应晶体管、HEMT(高电子迁移率晶体管，High Electron MobilityTransistor)等电子器件、温度传感器、压力传感器、放射线传感器、可见-紫外光检测器等半导体传感器、SAW(表面声波，Surface Acoustic Wave)器件、振子、共振子、振荡器、MEMS(微电子机械系统，Micro Electro Mechanical System)部件、压电致动器、太阳能电池等。
使用实施方式的GaN结晶制造方法制造出的块状GaN结晶可作为GaN晶片(GaN单晶基板)的材料使用。即，可以使用实施方式的GaN结晶制造方法制造块状GaN结晶，通过对该块状GaN结晶进行加工来制造出GaN晶片。
可以根据块状GaN结晶的尺寸和所要制造的GaN晶片的尺寸从磨削、磨光、CMP、蚀刻、切片、钻孔、激光加工等中适宜地选择必要的加工。
块状GaN结晶的尺寸足够大时，可通过将其沿任意的方向切片而得到具有任意的面取向的GaN晶片。所得到的GaN晶片可以为{10-10}晶片、{30-3-1}晶片、{20-2-1}晶片、{30-3-2}晶片、{10-1-1}晶片、{30-31}晶片、{20-21}晶片、{30-32}晶片、{10-11}晶片、(0001)晶片或(000-1)晶片。
要注意的是，对GaN晶片的名称所附的面取向是与该晶片所具有的主表面中的按照能够用于外延生长的方式进行了精加工的主表面平行或最接近平行的低指数面的取向。例如，具有通过CMP处理而处于可直接用于外延生长的状态(epi-ready state)的(30-3-1)表面的GaN晶片被称为{30-3-1}晶片。
晶片的实际主表面通常相对于该晶片的名称所附的低指数面稍微倾斜。这样的晶片有时被称为“被偏切”。该倾斜的角度被称为偏离角，通常可以为5°以下、4°以下、3°以下、2°以下或1°以下。
块状GaN结晶的切片可以使用线锯、内周刃切片机等进行。通常将通过切片得到的空白晶片的原切片表面利用机械研磨(磨削和/或磨光)进行平坦化，接着进行选自CMP、干蚀刻和湿蚀刻中的一种以上的处理，从而除去通过该机械研磨而在表面形成的损伤层。
GaN晶片可优选作为用于氮化物半导体器件的基板来使用。即，可以通过使用MOCVD、MBE、脉冲蒸镀、溅射等薄膜形成技术使一种以上的氮化物半导体薄膜在GaN晶片上生长，从而形成各种器件结构。
此外，GaN晶片可以作为用于使块状GaN结晶生长的晶种使用。
3.实验结果
在以下记述的实验中，使用与图10和图11所示的装置相同类型的气相生长装置。即为具备在内部设有第一区和第二区的石英制造的第一反应管、以及在内部设有生长区的石英制造的第二反应管的气相生长装置。如上所述，在第一区中使Cl2与金属Ga反应生成GaCl，在第二区中使第一区中生成的GaCl与Cl2反应生成GaCl3，在生长区中使包含GaCl3的气体氯化镓与NH3反应，使所生成的GaN在GaN晶种上外延生长。
在下文中，在提及气体流量的情况下，只要不特别声明，是指换算成标准状态的体积流量(由“sccm”等单位表示的流量)。
在下文中，GaN基板的“第一主表面”是指试图在其上生长GaN结晶的主表面、或GaN结晶的生长中使用的主表面。
3.1.实验1
作为晶种，准备如下述表1所示的面取向不同的9种GaN基板A～I。
GaN基板A～I均为GaN单晶基板，其制作过程如下所述。
(a)在C面GaN/蓝宝石·模板上通过使用氯化氢(HCl)的HVPE法使块状GaN结晶生长。
(b)将该块状GaN结晶用线锯切片，得到具有规定的面取向的原切片基板。
(c)将该原切片基板的各主表面通过机械研磨平坦化后，利用CMP(化学机械研磨)除去通过该机械研磨形成的损伤层和刮痕。
[表1]
表1
表1中，设GaN基板E的第一主表面的面取向为(10-10)是为方便起见，GaN基板E的第一主表面的面取向是(10-10)与(30-3-1)的大致中间。
使用上述的气相生长装置研究在GaN基板A～I的各第一主表面上是否由GaCl3和NH3产生GaN的生长。条件如下述表2所示，生长时间为2小时。
[表2]
表2
表2所示的第一区的Cl2分压由下式1计算出。
P1(Cl2)＝P1(t)×F1(Cl2)/{F1(Cl2)+F1(N2)}···式1
上述式1中：
P1(Cl2)：第一区的Cl2分压。
P1(t)：第一区的全压(1atm)。
F1(Cl2)：供给至第一区的Cl2的流量。
F1(N2)：供给至第一区的载气(N2)的流量。
表2所示的第二区的Cl2分压由下式2计算出。
P2(Cl2)＝P2(t)×F2(Cl2)/{F1(N2)+F2(Cl2)+F2(N2)}···式2
上述式2中：
P2(Cl2)：第二区的Cl2分压。
P2(t)：第二区的全压(1atm)。
F1(N2)：供给至第一区的载气(N2)的流量。
F2(Cl2)：供给至第二区的Cl2的流量。
F2(N2)：供给至第二区的载气(N2)的流量。
表2中，假定生长区的GaCl3分压与第二区的Cl2分压相等。
表2所示的生长区的NH3分压由下式3计算出。
PG(NH3)＝PG(t)×FG(NH3)/{F1(N2)+F2(Cl2)+F2(N2)+FG(NH3)+FG(N2)}···式3
上述式3中：
PG(NH3)：生长区的NH3分压。
PG(t)：生长区的全压(1atm)。
F1(N2)：供给至第一区的载气(N2)的流量。
F2(Cl2)：供给至第二区的Cl2的流量。
F2(N2)：供给至第二区的载气(N2)的流量。
FG(NH3)：供给至生长区的NH3的流量。
FG(N2)：供给至生长区的载气(N2)的流量。
在经过了2小时的生长时间后，停止向生长区的GaCl3供给并停止对GaN基板的加热，在反应管的温度降低到室温后，将GaN基板从气相生长装置中取出，利用荧光显微镜调查生长出的GaN层的厚度。
其结果可知，在第一主表面的法线的方向与GaN基板的[0001]方向所成的角度为95°以上的GaN基板A～E中，在第一主表面上生长了超过100μm厚度的GaN层。与之相对，在该角度为80°以下的GaN基板F～I中，未能确认到第一主表面上的GaN的生长。
关于由在各第一主表面上生长的GaN层的厚度和生长时间计算出的GaN的生长速率，在GaN基板A上为88μm/h，与之相对，在GaN基板B～D上超过100μm/h，在GaN基板E上超过200μm/h。在该生长速率的计算中，在GaN层的厚度在层内不一样的情况下，使用最大厚度(厚度最大的位置的厚度)。
由X射线摇摆曲线测定确认了在GaN基板A～E上生长的各GaN层是通过外延生长形成的单晶层。该X射线摇摆曲线测定是使用采用CuKα为射线源的X射线衍射装置进行的(在其他实验中的X射线摇摆曲线测定中也是同样的)。
将由实验1得到的结果汇总列于表3中。
[表3]
表3
3.2.实验2
使用与实验1相同的气相生长装置，在上述GaN基板A～E上使GaN生长。关于生长条件，除了生长温度外，与上述表2所示的条件相同。
其结果，各GaN基板的第一主表面上的GaN的生长速率如下述表4所示。
[表4]
表4
3.3.实验3
作为晶种，准备下述表5所示的两种GaN基板J和K。
GaN基板J和K为GaN单晶基板，利用与上述的GaN基板A～I相同的方法制作。
GaN基板J是在[0001]方向具有+1°的偏离角并且在a轴方向具有3°的偏离角的(10-10)基板(M面基板)。
GaN基板K是在[0001]方向具有+3°的偏离角并且在a轴方向具有3°的偏离角的(10-10)基板(M面基板)。
[表5]
表5
使用与实验1相同的气相生长装置，调查在GaN基板J和K的各第一主表面上是否由GaCl3和NH3产生GaN的生长。条件如下述表6所示，生长时间为1小时。
[表6]
表6
表6所示的各区中的各气体分压的计算方法与上述实验1相同。
在经过了1小时的生长时间后，停止向生长区的GaCl3供给并停止对GaN基板的加热，在反应管的温度降低到室温后，将GaN基板从气相生长装置中取出，利用荧光显微镜调查生长出的GaN层的厚度。
其结果可知，在GaN基板J和GaN基板K这两者中，在第一主表面上生长了超过100μm的厚度的GaN层。
由X射线摇摆曲线测定确认了在GaN基板J和GaN基板K上生长的各GaN层是通过外延生长形成的单晶层。
将由实验3得到的结果汇总列于表7中。
[表7]
表7
3.4.实验4
使用与实验1相同的气相生长装置，在上述GaN基板A和GaN基板E的各第一主表面上以下述表8所示的4种条件(条件1～4)使GaN生长。该4种条件之间，生长区中的GaCl3分压与NH3分压之积不同。
表8中还一并示出了在各条件下得到的GaN的生长速率。
[表8]
表8
以图来表示表8所示的结果所得到的图为图12。如图12所示可知，GaN的生长速率与生长区中的GaCl3分压和NH3分压之积大致成比例，可通过调节原料气体的分压来控制GaN的生长速率。
3.5.实验5
使用与实验1相同的气相生长装置，在第一主表面的取向不同的5种GaN基板(单晶基板)的各第一主表面上由GaCl3和NH3生长GaN层。设生长温度为1280℃。SIMS(二次离子质谱，Secondary Ion Mass Spectroscopy)测定在各GaN基板上生长的GaN层中包含的氧(O)和硅(Si)的浓度，将所得到的结果列于下表9。
[表9]
表9
如表9所示，由任一GaN层中均检测出了硅。据推测，由于并未有意地进行硅的添加，因而可推测所检测出的硅来自作为反应管的材料的石英。
在非极性或半极性GaN表面上生长出的GaN层的硅浓度小于2×1017原子/cm3，为在(000-1)表面上生长出的GaN层中的浓度8×1017原子/cm3的四分之一以下。这暗示出，在非极性或半极性GaN表面上的生长适于通过氧掺杂来进行载体浓度的控制。
3.6.实验6
作为晶种，准备由通过氨热法生长出的GaN单晶形成的GaN基板L。GaN基板L是在[0001]方向具有+5°的偏离角的(10-10)基板(M面基板)，其第一主表面的法线的方向与[0001]方向所成的角度为85°。
使用与实验1相同的气相生长装置，在生长区中的GaCl3分压为4.8×10-3atm、NH3分压为2×10-1atm、温度为1230℃的条件下调查GaN是否在GaN基板L的第一主表面上生长。其结果，GaN层以40μm/h的速率生长。由X射线摇摆曲线测定确认了该GaN层为通过外延生长形成的单晶层。所测定的(100)面的X射线摇摆曲线的FWHM(半峰全宽，Full Width at HalfMaximum)为30arcsec。
3.7.实验7
作为晶种，准备均由通过氨热法生长的GaN单晶形成的两种GaN基板M和N。
GaN基板M为无偏切的(10-10)基板(M面基板)，其第一主表面的法线的方向与[0001]方向所成的角度为90°。
GaN基板N为在[0001]方向具有-5°的偏离角的(10-10)基板(M面基板)，其第一主表面的法线的方向与[0001]方向所成的角度为95°。
使用与实验1相同的气相生长装置，在下述表10所示的3种条件下在GaN基板M和N的各第一主表面上使GaN生长。
表10中还一并示出了各条件下的GaN的生长速率的测定结果以及在生长出的GaN层中测定到的(100)面X射线摇摆曲线的FWHM。
[表10]
表10
为了观察堆垛层错，在温度83K获得生长出的GaN层表面在波长364nm的单色CL(阴极发光，Cathodoluminescence)图像。在c轴方向对于约5mm范围中的试样中央部进行观察，结果在表10中所说的条件2或3下在GaN基板M上生长出的GaN层的表面到处存在有堆垛层错密集的区域，与之相对，在相同条件2或3下在GaN基板N上生长出的GaN层的表面的堆垛层错比较少，仅部分地存在堆垛层错密集的区域。
3.8.实验8
作为晶种，准备由通过氨热法生长的GaN单晶形成的GaN基板O。
GaN基板O为(10-1-1)基板，其第一主表面的法线的方向与[0001]方向所成的角度为118°。
使用与实验1相同的气相生长装置，在GaN基板O的第一主表面上在下表11所示的3种条件下使GaN生长。
表11中还一并示出了各条件下的GaN的生长速率的测定结果、以及在生长出的GaN层中测定到的(101)面X射线摇摆曲线的FWHM。
[表11]
表11
进一步地，在表11所说的条件1下，使用具有更高的角分辨率的X射线衍射装置[Spectris株式会社制造PANalytical X’Pert Pro MRD]，对于在GaN基板O上生长出的GaN层的(202)X射线摇摆曲线进行测定。入射侧光学系统使用1/2°发散狭缝、聚光镜、Ge(440)4晶体单色仪和w0.2mm×h1mm的交叉狭缝。受光光学系统使用作为半导体像素检测器的PIXcel3D(注册商标)的0D模式。光学系统的角分辨率为5～6arcsec。
关于GaN层表面的X射线的光束尺寸，在X射线的入射角为90°(X射线的入射方向与GaN层表面正交)的情况下按照其为0.2mm×5mm来进行设定。在测定时，使该光束尺寸为5mm的方向与X射线入射面正交。
在X射线摇摆曲线测定中，首先在位于穿过GaN层表面的大致中心且平行于a轴的直线上的7个测定点进行测定。设测定点间的间距为1mm。各测定中的X射线入射面与a轴平行。即，对于GaN层表面，从与c轴正交的方向入射X射线，进行ω扫描。
在该平行于a轴的直线上的7个测定点间，(202)面X射线摇摆曲线的FWHM的最大值为26.8arcsec、最小值为14.9arcsec、平均值为18.1arcsec。
接着，在位于穿过GaN层表面的大致中心且与a轴正交的直线上的7个测定点进行测定。设测定点间的间距为1mm。各测定中的X射线入射面与a轴垂直。即，对于GaN层表面，从与a轴正交的方向入射X射线，进行ω扫描。
在该与a轴正交的直线上的7个测定点间，(202)面X射线摇摆曲线的FWHM的最大值为18.9arcsec、最小值为13.3arcsec、平均值为15.0arcsec。
3.9.实验9
在实验9中，为了研究是否能够进行使用GaCl3和NH3为原料的GaN结晶的SAG(选择区域生长，Selective Area Growth)，准备与上述GaN基板A同等品质且在(000-1)基板的第一主表面上配置有图案掩模的GaN基板P、以及与上述GaN基板E同等品质且在[0001]方向具有-5°的偏离角的(10-10)基板的第一主表面上配置有图案掩模的GaN基板Q。
配置在GaN基板P和GaN基板Q的各第一主表面上的图案掩模如下形成：使用通常的照相平版印刷和蚀刻的方法，在利用等离子体CVD法进行堆积而成的厚度为80nm的SiNx薄膜以10μm间距设置最密配置的直径5μm的圆形开口，从而形成该图案掩模。
使用与实验1相同的气相生长装置，在GaN基板P和GaN基板Q的各第一主表面上由GaCl3和NH3生长GaN。使生长区中的GaCl3分压和NH3分压分别为2.2×10-3atm和9.0×10- 2atm。使生长温度为1050℃和1230℃这两个温度。
作为结果，在GaN基板P上和GaN基板Q上的任一基板上、并且在任一生长温度下均观察到了SAG。即，通过短时间的生长而在图案掩模的圆形开口上形成了GaN岛。
图13(a)和图13(b)分别示出了在生长温度为1050℃时通过SAG在GaN基板P上形成的GaN岛的平面SEM图像和鸟瞰SEM图像。
图14(a)和图14(b)分别示出了在生长温度为1230℃时通过SAG在GaN基板P上形成的GaN岛的平面SEM图像和鸟瞰SEM图像。
图15(a)和图15(b)分别示出了在生长温度为1050℃时通过SAG在GaN基板Q上形成的GaN岛的平面SEM图像和鸟瞰SEM图像。
图16(a)和图16(b)分别示出了在生长温度为1230℃时通过SAG在GaN基板Q上形成的GaN岛的平面SEM图像和鸟瞰SEM图像。
如图13和图15所示，在于温度1050℃形成的GaN岛的表面出现了清晰的(000-1)小面和{10-10}小面，但未观察到{11-20}小面、l>0的{hkil}小面。此处，l>0的{hkil}小面是法线的方向与[0001]方向所成的角度小于90°的小面，包括(0001)小面。
如图13所示，在GaN基板P上生长出的GaN岛的上部形成由平坦的顶面终止端部的六棱柱形，该顶面为(000-1)小面，六棱柱的侧面为{10-11}小面。该顶面的取向通过调查该顶面是否可利用KOH进行蚀刻的方法来确认。在GaN中，已知(0001)表面实质上不会被KOH进行蚀刻，与之相对，(000-1)表面容易被KOH蚀刻。
如图14和图16所示，在于温度1230℃生长出的GaN岛的表面出现了清晰的(000-1)小面、{10-1-1}小面和{10-10}小面，但未观察到{11-20}小面、l>0的{hkil}小面。
如图14所示，在GaN基板P上生长出的GaN岛的上部形成由平坦的顶面终止端部的六棱柱形，该顶面为(000-1)小面，六棱柱的侧面为{10-10}小面。在该(000-1)小面与顶面与该{10-10}小面之间形成了作为{10-1-1}小面的斜面(chamfer)。
通过SAG而在图案掩模的开口部上形成的GaN岛的形状被称为准平衡结晶形状(quasi-equilibrium crystal shape)，其表面出现的小面在由GaCl3和NH3生长GaN结晶的体系中显示为稳定面。据推测，在由GaCl3和NH3生长块状GaN结晶的情况下，在其表面也会出现在GaN岛中观察到的小面。
在GaN基板P上和GaN基板Q上，在形成了GaN岛后进一步继续使GaN结晶生长时，在温度1050℃、温度1230℃均产生GaN岛间的合并，形成覆盖基板的第一主表面整体的GaN层。在GaN基板P上和GaN基板Q上的任一者上所形成的GaN层的上表面均具有高平坦性。
为进行比较，在GaN基板P和GaN基板Q上使用与上述各实验相同的气相生长装置，在不向第二区供给Cl2的条件下使GaN结晶生长。在不向第二区供给Cl2时，供给至生长区的Ga源实质上仅为GaCl。图17和图18中示出了在该条件下通过短时间的生长而在这些基板上形成的GaN岛的SEM图像。
图17是在温度1050℃生长出的GaN岛的鸟瞰SEM图像，图17(a)示出了在GaN基板P上生长出的岛，另外，图17(b)示出了在GaN基板Q上生长出的岛。
如图17(a)所示，在于温度1050℃在GaN基板P上由GaCl和NH3生长出的GaN岛的表面上未观察到清晰的小面。
另一方面，如图17(b)所示，在于温度1050℃在GaN基板Q上由GaCl和NH3生长出的GaN岛的表面上除了观察到了(000-1)小面、{10-1-1}小面和{10-10}小面以外，还观察到了{10-11}小面。
图18是在温度1230℃生长出的GaN岛的鸟瞰SEM图像，图18(a)示出了在GaN基板P上生长出的岛，另外，图18(b)示出了在GaN基板Q上生长出的岛。
如图18所示，在GaN基板P上和在GaN基板Q上，在温度1230℃在由GaCl和NH3生长出的GaN岛的表面上均仅出现了(000-1)小面，未观察到非极性{10-10}小面和半极性{10-1-1}小面。
以上根据实施方式对本发明进行了具体说明，但各实施方式是作为示例呈现的，并不限定本发明的范围。本说明书中记载的各实施方式可以在不脱离发明宗旨的范围内进行各种变形，并且可在能够实施的范围内与通过其他实施方式说明的特征进行组合。
符号说明
10 GaN基板
11 第一主表面
12 第二主表面
13 侧面
100 气相生长装置
110 第一反应管
111 第一Cl2供给口
112 第二Cl2供给口
113 气体出口
114 漏斗形管
115 导流板
120 第二反应管
121 NH3供给口
122 排气口
130 基座
Z1 第一区
Z2 第二区
Z3 生长区

Claims (139)

1.一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，其是准备GaN晶种的步骤，该GaN晶种具有非极性或半极性表面，该非极性或半极性表面的法线的方向与该GaN晶种的[0001]方向形成85°以上且小于170°的角度；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶种的包含该非极性或半极性表面的表面上。
2.如权利要求1所述的GaN结晶制造方法，其中，所述非极性或半极性表面与所述GaN晶种的[0001]方向所成的角度为85°以上且小于90°、90°以上且小于93°、93°以上且小于97°、97°以上且小于102°、102°以上且小于107°、107°以上且小于112°、112°以上且小于122°、或122°以上且小于132°。
3.如权利要求1或2所述的GaN结晶制造方法，其中，所述非极性或半极性表面与所述GaN晶种的[0001]方向所成的角度为87°以下或93°以上。
4.如权利要求1～3中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中，所述非极性或半极性表面上的GaN的生长速率为1μm/h以上。
5.如权利要求4所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长速率为50μm/h以上。
6.如权利要求4或5所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长速率小于150μm/h。
7.如权利要求1～4中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至所述GaN晶种。
8.如权利要求1～4和7中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，使供给至GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
9.如权利要求1～8中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述非极性或半极性表面与所述GaN晶种的C面的交线的方向为a轴方向±15°。
10.如权利要求9所述的GaN结晶制造方法，其中，所述交线的方向为a轴方向±3°。
11.如权利要求1～10中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，与所述非极性或半极性表面的法线平行或最接近平行的所述GaN晶种的低指数取向为<10-10>、<30-3-1>、<20-2-1>、<30-3-2>或<10-1-1>。
12.如权利要求1～11中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN晶种为GaN基板的至少一部分，所述非极性或半极性表面为该GaN基板的主表面。
13.如权利要求12所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN基板为GaN单晶基板。
14.如权利要求12所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN基板为具有基础基板以及生长在该基础基板上的GaN单晶层的模板基板。
15.如权利要求12所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN基板为具有基础基板以及与该基础基板接合的GaN单晶层的GaN层接合基板。
16.如权利要求12～15中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，生长出在所述非极性或半极性表面上的最大生长高度为300μm以上的块状GaN结晶。
17.如权利要求16所述的GaN结晶制造方法，其中，所述块状GaN结晶的最大生长高度为300μm以上且小于500μm、500μm以上且小于1mm、1mm以上且小于3mm、3mm以上且小于5mm、5mm以上且小于10mm、10mm以上且小于25mm、25mm以上且小于50mm、50mm以上且小于75mm、75mm以上且小于100mm、或100mm以上且小于200mm。
18.一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：晶种准备步骤，准备具有选自{10-10}小面和{10-1-1}小面中的一个以上小面的GaN晶种；以及生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在所述GaN晶种的包含所述一个以上小面的表面上。
19.如权利要求18所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN晶种的c轴方向的尺寸和与c轴正交的任意方向的尺寸的比例为0.1以上且为10以下。
20.如权利要求18或19所述的GaN结晶制造方法，其中，所述一个以上小面中的各个小面为生成态表面。
21.如权利要求18～20中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN晶种进一步具有(000-1)小面。
22.如权利要求21所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，也在所述(000-1)小面上生长GaN。
23.如权利要求18～22中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，在所述一个以上小面中的各个小面上的GaN的生长速率为1μm/h以上。
24.如权利要求23所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长速率为50μm/h以上。
25.如权利要求23或24所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长速率小于150μm/h。
26.如权利要求18～23中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至所述GaN晶种。
27.如权利要求18～23和26中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，使供给至GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
28.如权利要求1～27中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，间歇性地重复进行GaN的生长。
29.如权利要求1～28中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，使金属Ga与Cl2反应生成GaCl，使该GaCl与Cl2反应，从而生成所述GaCl3。
30.如权利要求1～29中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中的GaN的生长温度为1200℃以上。
31.一种GaN晶片的制造方法，其具有下述步骤：结晶制造步骤，使用权利要求1～30中任一项所述的GaN结晶制造方法制造GaN结晶；以及结晶加工步骤，对于由该结晶制造步骤制造出的GaN结晶进行加工，形成至少一个GaN晶片。
32.如权利要求31所述的GaN晶片制造方法，其中，由所述结晶加工步骤形成的GaN晶片包含选自{10-10}晶片、{30-3-1}晶片、{20-2-1}晶片、{30-3-2}晶片、{10-1-1}晶片、{30-31}晶片、{20-21}晶片、{30-32}晶片、{10-11}晶片、(0001)晶片和(000-1)晶片中的GaN晶片。
33.一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，准备作为{20-2-1}晶片的GaN晶片；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶片上。
34.如权利要求33所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中的GaN的生长速率为1μm/h以上。
35.如权利要求34所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长速率为1μm/h以上且小于50μm/h、50μm/h以上且小于100μm/h、或100μm/h以上且小于150μm/h。
36.如权利要求33或34所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至所述GaN晶片。
37.如权利要求33、34或36所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，使供给至所述GaN晶片的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
38.如权利要求33～37中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，在所述GaN晶片上形成GaN结晶，所述GaN结晶包含(201)面X射线摇摆曲线的FWHM小于100arcsec的部分。
39.如权利要求33～38中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，使金属Ga与Cl2反应生成GaCl，使该GaCl与Cl2反应，从而生成所述GaCl3。
40.如权利要求33～39中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中的GaN的生长温度为1200℃以上。
41.一种GaN晶片的制造方法，其中，使用权利要求33～40中任一项所述的GaN结晶制造方法制造出GaN结晶后，对该GaN结晶进行加工，形成GaN{20-21}晶片。
42.一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，准备作为{10-10}晶片的GaN晶片；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶片上。
43.如权利要求42所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中的GaN的生长速率为1μm/h以上。
44.如权利要求43所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长速率为1μm/h以上且小于50μm/h、50μm/h以上且小于100μm/h、或100μm/h以上且小于150μm/h。
45.如权利要求42或43所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至所述GaN晶片。
46.如权利要求42、43或45所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤，使供给至所述GaN晶片的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
47.如权利要求42～46中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，在所述GaN晶片上形成GaN结晶，所述GaN结晶包含(100)面X射线摇摆曲线的FWHM小于100arcsec的部分。
48.如权利要求42～47中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，使金属Ga与Cl2反应生成GaCl，使该GaCl与Cl2反应，从而生成所述GaCl3。
49.如权利要求42～48中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中的GaN的生长温度为1200℃以上。
50.一种GaN晶片的制造方法，其中，使用权利要求42～49中任一项所述的GaN结晶制造方法制造出GaN结晶后，对该GaN结晶进行加工，形成GaN{10-10}晶片。
51.一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，准备具有{10-10}表面的GaN晶种；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该{10-10}表面上。
52.如权利要求51所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中，所述{10-10}表面上的GaN的生长速率为1μm/h以上。
53.如权利要求52所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长速率为1μm/h以上且小于50μm/h、50μm/h以上且小于100μm/h、或100μm/h以上且小于150μm/h。
54.如权利要求51或52所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至所述GaN晶种。
55.如权利要求51、52或54所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，使供给至所述GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
56.如权利要求51～55中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，在所述{10-10}表面上形成GaN结晶，所述GaN结晶包含(100)面X射线摇摆曲线的FWHM小于100arcsec的部分。
57.如权利要求51～56中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，使金属Ga与Cl2反应生成GaCl，使该GaCl与Cl2反应，从而生成所述GaCl3。
58.如权利要求51～57中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中的GaN的生长温度为1200℃以上。
59.一种GaN晶片的制造方法，其中，使用权利要求51～58中任一项所述的GaN结晶制造方法制造出GaN结晶后，对该GaN结晶进行加工，形成至少一个GaN晶片。
60.一种GaN结晶制造方法，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，其是准备GaN晶种的步骤，该GaN晶种具有极性表面，该极性表面的法线的方向与该GaN晶种的[0001]方向形成175°以上180°以下的角度；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料，使包含以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分的GaN结晶从气相中生长在该GaN晶种的包含该极性表面的表面上。
61.如权利要求60所述的GaN结晶制造方法，其中，所述六棱柱部分由(000-1)小面终止端部。
62.如权利要求61所述的GaN结晶制造方法，其中，所述六棱柱部分在所述{10-10}小面与所述(000-1)小面之间具有作为{10-1-1}小面的斜面。
63.如权利要求60～62中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN晶种为GaN基板的至少一部分，所述极性表面为该GaN基板的主表面。
64.如权利要求63所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN基板为GaN单晶基板。
65.如权利要求63所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN基板为具有基础基板以及生长在该基础基板上的GaN单晶层的模板基板。
66.如权利要求63所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN基板为具有基础基板以及与该基础基板接合的GaN单晶层的GaN层接合基板。
67.如权利要求63～66中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，生长出在所述极性表面上的最大生长高度为300μm以上的块状GaN结晶。
68.如权利要求67所述的GaN结晶制造方法，其中，所述块状GaN结晶的最大生长高度为300μm以上且小于500μm、500μm以上且小于1mm、1mm以上且小于3mm、3mm以上且小于5mm、5mm以上且小于10mm、10mm以上且小于25mm、25mm以上且小于50mm、50mm以上且小于75mm、75mm以上且小于100mm、或100mm以上且小于200mm。
69.一种GaN结晶制造方法，其包括使用GaCl3和NH3为原料使GaN结晶从气相中生长的生长步骤，所述GaN结晶包含以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分且在[000-1]侧具有生长端。
70.如权利要求69所述的GaN结晶制造方法，其中，所述六棱柱部分由(000-1)小面终止端部。
71.如权利要求70所述的GaN结晶制造方法，其中，所述六棱柱部分在所述{10-10}小面与所述(000-1)小面之间具有作为{10-1-1}小面的斜面。
72.如权利要求69～71中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，使所述GaN结晶在具有三维形状的GaN晶种上生长。
73.如权利要求72所述的GaN结晶制造方法，其中，所述具有三维形状的GaN晶种具有以{10-1-1}小面作为侧面的六棱锥部分。
74.如权利要求73所述的GaN结晶制造方法，其中，所述具有三维形状的GaN晶种具有配置在所述六棱锥部分的[0001]侧且以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分。
75.如权利要求72所述的GaN结晶制造方法，其中，所述具有三维形状的GaN晶种具有以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分，该六棱柱部分的[000-1]侧由(000-1)表面终止端部。
76.如权利要求75所述的GaN结晶制造方法，其中，所述具有三维形状的GaN晶种具有以{10-10}小面作为侧面的六棱柱部分、以及配置在该六棱柱部分的[000-1]侧的以(000-1)小面作为顶面且以{10-1-1}小面作为侧面的六棱锥台部分。
77.如权利要求72所述的GaN结晶制造方法，其中，所述具有三维形状的GaN晶种具有以(000-1)小面作为顶面、以(0001)小面作为底面、以{10-1-1}小面作为侧面的六棱锥台形状。
78.如权利要求72～77中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN晶种的c轴方向的尺寸和与c轴正交的任意方向的尺寸的比例为0.1以上且为10以下。
79.如权利要求60～78中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，间歇地重复进行所述GaN结晶的生长。
80.如权利要求60～79中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，使金属Ga与Cl2反应生成GaCl，使该GaCl与Cl2反应，从而生成所述GaCl3。
81.如权利要求60～80中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中的GaN的生长温度为1200℃以上。
82.一种GaN晶片的制造方法，其具有下述步骤：结晶制造步骤，使用权利要求60～81中任一项所述的GaN结晶制造方法制造GaN结晶；以及结晶加工步骤，对于由该结晶制造步骤制造出的GaN结晶进行加工，形成至少一个GaN晶片。
83.如权利要求82所述的GaN晶片制造方法，其中，由所述结晶加工步骤形成的GaN晶片包含选自{10-10}晶片、{30-3-1}晶片、{20-2-1}晶片、{30-3-2}晶片、{10-1-1}晶片、{30-31}晶片、{20-21}晶片、{30-32}晶片、{10-11}晶片、(0001)晶片和(000-1)晶片中的GaN晶片。
84.一种GaN结晶制造方法，其包括下述步骤：(i)晶种准备步骤，其是准备具有半极性表面的GaN晶种的步骤，与该半极性表面的法线的方向平行或最接近平行的该GaN晶种的低指数取向为<10-1-1>；以及(ii)生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶种的包含该半极性表面的表面上。
85.如权利要求84所述的GaN结晶制造方法，其中，所述半极性表面的法线的方向与所述GaN晶种的<10-1-1>之间形成5°以下的角度。
86.如权利要求84所述的GaN结晶制造方法，其中，所述半极性表面为{10-1-1}表面。
87.如权利要求84～86中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN晶种为GaN{10-1-1}晶片。
88.如权利要求84～87中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中，所述半极性表面上的GaN的生长速率为1μm/h以上。
89.如权利要求84～88中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至所述GaN晶种。
90.如权利要求84～89中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，使供给至所述GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
91.如权利要求84～87中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，在所述半极性表面上形成GaN结晶，所述GaN结晶包含(101)面X射线摇摆曲线的FWHM小于50arcsec的部分。
92.如权利要求84～87中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，在所述半极性表面上形成GaN结晶，所述GaN结晶包含(202)面X射线摇摆曲线的FWHM小于30arcsec的部分。
93.如权利要求92所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，在所述半极性表面上形成GaN结晶，所述GaN结晶包含(202)面X射线摇摆曲线的FWHM小于20arcsec的部分。
94.如权利要求91所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中，所述半极性表面上的GaN的生长速率为50μm/h以上。
95.如权利要求94所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中，所述半极性表面上的GaN的生长速率为100μm/h以上。
96.如权利要求92或93所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中，所述半极性表面上的GaN的生长速率为200μm/h以上。
97.如权利要求87所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，生长出在所述半极性表面上的最大生长高度为300μm以上的块状GaN结晶。
98.如权利要求97所述的GaN结晶制造方法，其中，所述块状GaN结晶的最大生长高度为300μm以上且小于500μm、500μm以上且小于1mm、1mm以上且小于3mm、3mm以上且小于5mm、5mm以上且小于10mm、10mm以上且小于25mm、25mm以上且小于50mm、50mm以上且小于75mm、75mm以上且小于100mm、或100mm以上且小于200mm。
99.一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：晶种准备步骤，准备具有{10-1-1}小面的GaN晶种；以及生长步骤，使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶种的包含该{10-1-1}小面的表面上。
100.如权利要求99所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN晶种的c轴方向的尺寸和与c轴正交的任意方向的尺寸的比例为0.1以上且为10以下。
101.如权利要求99或100所述的GaN结晶制造方法，其中，所述{10-1-1}小面为生成态表面。
102.如权利要求99～101中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN晶种进一步具有(000-1)小面。
103.如权利要求102所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，也在所述(000-1)小面上生长GaN。
104.如权利要求99～103中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述GaN晶种不具有{10-10}小面。
105.如权利要求99～104中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中，所述{10-1-1}小面上的GaN的生长速率为1μm/h以上。
106.如权利要求99～105中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至所述GaN晶种。
107.如权利要求99～106中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，使供给至所述GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
108.如权利要求99～107中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，在所述{10-1-1}小面上形成GaN结晶，所述GaN结晶包含(202)面X射线摇摆曲线的FWHM小于30arcsec的部分。
109.如权利要求108所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，在所述{10-1-1}小面上形成GaN结晶，所述GaN结晶包含(202)面X射线摇摆曲线的FWHM小于20arcsec的部分。
110.如权利要求84～109中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，间歇地重复进行GaN的生长。
111.如权利要求84～110中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，在所述生长步骤中，使金属Ga与Cl2反应生成GaCl，使该GaCl与Cl2反应，从而生成所述GaCl3。
112.如权利要求84～111中任一项所述的GaN结晶制造方法，其中，所述生长步骤中的GaN的生长温度为1200℃以上。
113.一种GaN晶片的制造方法，其具有下述步骤：结晶制造步骤，使用权利要求84～112中任一项所述的GaN结晶制造方法制造GaN结晶；以及结晶加工步骤，对于由该结晶制造步骤制造出的GaN结晶进行加工，形成至少一个GaN晶片。
114.如权利要求113所述的GaN晶片制造方法，其中，由所述结晶加工步骤形成的GaN晶片包含选自{10-10}晶片、{30-3-1}晶片、{20-2-1}晶片、{30-3-2}晶片、{10-1-1}晶片、{30-31}晶片、{20-21}晶片、{30-32}晶片、{10-11}晶片、(0001)晶片和(000-1)晶片中的GaN晶片。
115.一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：(i)GaN晶种准备步骤，其是准备GaN晶种的步骤，该GaN晶种具有主表面和配置在该主表面上的图案掩模，该主表面的法线的方向与该GaN晶种的[0001]方向形成85°以上且为180°以下的角度；以及(ii)SAG(选择区域生长)步骤，通过该图案掩模且使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶种的该主表面上。
116.如权利要求115所述的制造方法，其中，所述图案掩模包含无定形无机薄膜。
117.如权利要求116所述的制造方法，其中，所述无定形无机薄膜包含硅化合物。
118.如权利要求117所述的制造方法，其中，所述无定形无机薄膜包含SiNx。
119.如权利要求115～118中任一项所述的制造方法，其中，所述图案掩模具有点形开口，在所述SAG步骤中，在该点形开口上形成GaN岛。
120.如权利要求119所述的制造方法，其中，所述图案掩模具有包含第一点形开口和第二点形开口的两个以上的点形开口，在所述SAG步骤中，在该第一点形开口上和该第二点形开口上分别形成GaN岛。
121.如权利要求120所述的制造方法，其中，在所述SAG步骤中，进一步，在所述第一点形开口上形成的GaN岛与在所述第二点形开口上形成的GaN岛合并。
122.如权利要求115～121中任一项所述的制造方法，其中，在所述SAG步骤中，持续GaN的生长直至形成覆盖所述主表面的GaN层为止。
123.如权利要求115～122中任一项所述的制造方法，其中，在所述SAG步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至所述GaN晶种。
124.如权利要求115～122中任一项所述的制造方法，其中，在所述生长步骤中，使供给至所述GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
125.如权利要求115～124中任一项所述的制造方法，其中，所述GaN晶种为GaN基板的至少一部分。
126.如权利要求125所述的制造方法，其中，所述GaN基板为GaN单晶基板。
127.如权利要求115～126中任一项所述的制造方法，其中，所述主表面的法线的方向与所述GaN晶种的[0001]方向形成175°以上的角度。
128.一种GaN结晶的制造方法，其包括下述步骤：(i)GaN晶种准备步骤，其是准备GaN晶种的步骤，该GaN晶种具有极性表面和配置在该极性表面上且设有点形开口的图案掩模，该极性表面的法线的方向与该GaN晶种的[0001]方向形成175°以上且为180°以下的角度；以及(ii)SAG(选择区域生长)步骤，通过该图案掩模且使用GaCl3和NH3为原料使GaN从气相中生长在该GaN晶种的该极性表面上；在该SAG步骤中，在该点形开口上形成包含六棱柱部分的GaN岛。
129.如权利要求128所述的制造方法，其中，所述六棱柱部分的侧面为{10-10}小面。
130.如权利要求129所述的制造方法，其中，所述六棱柱部分由(000-1)小面终止端部。
131.如权利要求130所述的制造方法，其中，所述六棱柱部分在所述{10-10}小面与所述(000-1)小面之间具有作为{10-1-1}小面的斜面。
132.如权利要求128～131中任一项所述的制造方法，其中，所述GaN晶种为GaN基板的至少一部分。
133.如权利要求132所述的制造方法，其中，所述GaN晶种为GaN单晶基板。
134.如权利要求133所述的制造方法，其中，所述GaN单晶基板为偏切的(000-1)晶片。
135.如权利要求128～134中任一项所述的制造方法，其中，所述图案掩模包含无定形无机薄膜。
136.如权利要求135所述的制造方法，其中，所述无定形无机薄膜包含硅化合物。
137.如权利要求136所述的制造方法，其中，所述无定形无机薄膜包含SiNx。
138.如权利要求128～137中任一项所述的制造方法，其中，在所述SAG步骤中，将GaCl3以1.5×10-3atm以上的分压供给至所述GaN晶种。
139.如权利要求128～138中任一项所述的制造方法，其中，在所述生长步骤中，使供给至所述GaN晶种的GaCl3和NH3的分压之积为9.5×10-5atm2以上。
CN201780016941.6A 2016-03-15 2017-02-27 GaN结晶的制造方法 Active CN108779580B (zh)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-050395 2016-03-15
JP2016050395 2016-03-15
JP2016-173104 2016-09-05
JP2016-173103 2016-09-05
JP2016173103 2016-09-05
JP2016173104 2016-09-05
JP2016-187698 2016-09-27
JP2016187698 2016-09-27
PCT/JP2017/007451 WO2017159311A1 (ja) 2016-03-15 2017-02-27 ＧａＮ結晶の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108779580A true CN108779580A (zh) 2018-11-09
CN108779580B CN108779580B (zh) 2021-11-16

Family

ID=59850307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780016941.6A Active CN108779580B (zh) 2016-03-15 2017-02-27 GaN结晶的制造方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10961619B2 (zh)
JP (4) JP6885547B2 (zh)
CN (1) CN108779580B (zh)
WO (1) WO2017159311A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6885547B2 (ja) * 2016-03-15 2021-06-16 三菱ケミカル株式会社 ＧａＮ結晶の製造方法
WO2018030312A1 (ja) 2016-08-08 2018-02-15 三菱ケミカル株式会社 ＧａＮ結晶成長方法およびＣ面ＧａＮ基板
JP6835019B2 (ja) * 2018-03-14 2021-02-24 株式会社豊田中央研究所 半導体装置及びその製造方法
JP7209569B2 (ja) 2019-03-28 2023-01-20 信越化学工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物基板の製造装置及び製造方法
TW202106913A (zh) * 2019-04-25 2021-02-16 法商艾勒迪亞公司 使用額外基於氯的前驅物的沉積方法
KR20220006880A (ko) * 2020-07-09 2022-01-18 주식회사루미지엔테크 단결정 기판의 제조 방법
JP7391900B2 (ja) 2021-02-09 2023-12-05 大陽日酸株式会社 半導体材料ガス反応装置及びガス反応容器

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1545130A (zh) * 2003-11-26 2004-11-10 �Ϻ���ͨ��ѧ 一种改变氢化物气相横向外延GaN薄膜中倾斜角的方法
WO2011142402A1 (ja) * 2010-05-12 2011-11-17 国立大学法人東京農工大学 三塩化ガリウムガスの製造方法及び窒化物半導体結晶の製造方法
CN102782966A (zh) * 2010-03-04 2012-11-14 加利福尼亚大学董事会 在C-方向错切小于+/-15度的m-平面基底上的半极性III-氮化物光电子装置
CN102934302A (zh) * 2010-06-08 2013-02-13 住友电气工业株式会社 Iii族氮化物半导体激光器元件、iii族氮化物半导体激光器元件的制作方法
CN103124811A (zh) * 2010-09-27 2013-05-29 住友电气工业株式会社 生长GaN晶体的方法和GaN晶体衬底
JP2013170096A (ja) * 2012-02-21 2013-09-02 Mitsubishi Chemicals Corp 第１３族窒化物結晶の製造方法
CN104040039A (zh) * 2012-01-11 2014-09-10 国立大学法人大阪大学 Iii族氮化物结晶的制造方法、iii族氮化物结晶及半导体装置
TW201435164A (zh) * 2012-12-17 2014-09-16 Mitsubishi Chem Corp 氮化鎵基板及氮化物半導體結晶之製造方法
JP2015013791A (ja) * 2013-06-06 2015-01-22 三菱化学株式会社 周期表第１３族金属窒化物半導体結晶の製造方法及び周期表第１３族金属窒化物半導体結晶
CN104662678A (zh) * 2012-08-30 2015-05-27 加利福尼亚大学董事会 用于发光二极管的{20-2-1}半极性氮化镓的pec蚀刻

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4396649B2 (ja) * 2006-02-17 2010-01-13 住友電気工業株式会社 ＧａＮ結晶基板およびその製造方法
US7884447B2 (en) * 2005-07-11 2011-02-08 Cree, Inc. Laser diode orientation on mis-cut substrates
WO2007143743A2 (en) 2006-06-09 2007-12-13 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies High volume delivery system for gallium trichloride
JP4924225B2 (ja) * 2007-06-13 2012-04-25 住友電気工業株式会社 ＧａＮ結晶の成長方法
JP5045388B2 (ja) * 2007-11-20 2012-10-10 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶の成長方法およびｉｉｉ族窒化物半導体結晶基板の製造方法
JP4375497B1 (ja) * 2009-03-11 2009-12-02 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法
US20130200391A1 (en) * 2010-09-28 2013-08-08 North Carolina State University Gallium nitride based structures with embedded voids and methods for their fabrication
TWI563539B (en) * 2012-01-18 2016-12-21 Sino American Silicon Prod Inc Composite substrate, manufacturing method thereof and light emitting device having the same
JP2013227201A (ja) * 2012-03-29 2013-11-07 Mitsubishi Chemicals Corp 周期表第１３族金属窒化物半導体結晶の製造方法および周期表第１３族金属窒化物半導体結晶の製造装置
JP2013212945A (ja) * 2012-03-30 2013-10-17 Mitsubishi Chemicals Corp 第１３族窒化物結晶の製造方法及び第１３族窒化物結晶
JP6026351B2 (ja) * 2013-04-26 2016-11-16 東京エレクトロン株式会社 成膜装置のクリーニング方法および成膜装置
WO2015037232A1 (ja) 2013-09-11 2015-03-19 国立大学法人東京農工大学 窒化物半導体結晶、製造方法および製造装置
KR102140789B1 (ko) * 2014-02-17 2020-08-03 삼성전자주식회사 결정 품질 평가장치, 및 그것을 포함한 반도체 발광소자의 제조 장치 및 제조 방법
JP6885547B2 (ja) * 2016-03-15 2021-06-16 三菱ケミカル株式会社 ＧａＮ結晶の製造方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1545130A (zh) * 2003-11-26 2004-11-10 �Ϻ���ͨ��ѧ 一种改变氢化物气相横向外延GaN薄膜中倾斜角的方法
CN102782966A (zh) * 2010-03-04 2012-11-14 加利福尼亚大学董事会 在C-方向错切小于+/-15度的m-平面基底上的半极性III-氮化物光电子装置
WO2011142402A1 (ja) * 2010-05-12 2011-11-17 国立大学法人東京農工大学 三塩化ガリウムガスの製造方法及び窒化物半導体結晶の製造方法
CN102934302A (zh) * 2010-06-08 2013-02-13 住友电气工业株式会社 Iii族氮化物半导体激光器元件、iii族氮化物半导体激光器元件的制作方法
CN103124811A (zh) * 2010-09-27 2013-05-29 住友电气工业株式会社 生长GaN晶体的方法和GaN晶体衬底
CN104040039A (zh) * 2012-01-11 2014-09-10 国立大学法人大阪大学 Iii族氮化物结晶的制造方法、iii族氮化物结晶及半导体装置
JP2013170096A (ja) * 2012-02-21 2013-09-02 Mitsubishi Chemicals Corp 第１３族窒化物結晶の製造方法
CN104662678A (zh) * 2012-08-30 2015-05-27 加利福尼亚大学董事会 用于发光二极管的{20-2-1}半极性氮化镓的pec蚀刻
TW201435164A (zh) * 2012-12-17 2014-09-16 Mitsubishi Chem Corp 氮化鎵基板及氮化物半導體結晶之製造方法
JP2015013791A (ja) * 2013-06-06 2015-01-22 三菱化学株式会社 周期表第１３族金属窒化物半導体結晶の製造方法及び周期表第１３族金属窒化物半導体結晶

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017159311A1 (ja) 2017-09-21
JP6885547B2 (ja) 2021-06-16
JP2019218263A (ja) 2019-12-26
JP2018052797A (ja) 2018-04-05
JP2022036135A (ja) 2022-03-04
US11371140B2 (en) 2022-06-28
JPWO2017159311A1 (ja) 2019-03-14
US10961619B2 (en) 2021-03-30
CN108779580B (zh) 2021-11-16
US20190010605A1 (en) 2019-01-10
US20210172061A1 (en) 2021-06-10
JP7255817B2 (ja) 2023-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108779580A (zh) GaN结晶的制造方法
US7723216B2 (en) In-situ defect reduction techniques for nonpolar and semipolar (Al, Ga, In)N
KR101488545B1 (ko) Ｉｉｉ 족 질화물 반도체 결정의 제조 방법, ｉｉｉ 족 질화물 반도체 기판 및 반도체 발광 디바이스
JP6481706B2 (ja) 窒化ガリウム基板、半導体デバイスの製造方法、および、窒化ガリウム層接合基板の製造方法
JP2018123052A (ja) 自立ＧａＮ基板、ＧａＮ結晶、ＧａＮ単結晶の製造方法および半導体デバイスの製造方法
US10570530B2 (en) Periodic table group 13 metal nitride crystals and method for manufacturing periodic table group 13 metal nitride crystals
US10177217B2 (en) C-plane GaN substrate
TWI753134B (zh) Iii族氮化物半導體基板
WO2023210696A1 (ja) ｎ型ＧａＮ基板及びｎ型ＧａＮ結晶
JP2006290684A (ja) Ｉｉｉ族窒化物結晶基板およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant