JP2003342719A - ＧａＮ結晶の成長方法 - Google Patents
ＧａＮ結晶の成長方法Info
- Publication number
- JP2003342719A JP2003342719A JP2002152334A JP2002152334A JP2003342719A JP 2003342719 A JP2003342719 A JP 2003342719A JP 2002152334 A JP2002152334 A JP 2002152334A JP 2002152334 A JP2002152334 A JP 2002152334A JP 2003342719 A JP2003342719 A JP 2003342719A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- reaction tube
- gan crystal
- vapor
- growing
- 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.)
- Withdrawn
Links
Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属Ｇａ蒸気と窒素プラズマを利用するＧａ
Ｎ結晶成長方法において、結晶成長を継続的に維持し得
るように、そのＧａＮ結晶成長方法を改善する。 【解決手段】 上部から窒素プラズマが導入される反応
管１を準備し、この反応管の底部において金属Ｇａ１２
を蒸発させるための坩堝２を設け、この坩堝の上方にお
いて基板を保持するための基板保持面を有する基板保持
台３を配置し、ＧａＮ結晶を成長させるための基板１１
を基板保持面上に載置し、坩堝から蒸発させられた金属
Ｇａの蒸気と反応管の上部から導入された窒素プラズマ
１３ａとを基板上で反応させることによってＧａＮ結晶
を成長させる方法において、金属Ｇａの蒸気を通過させ
るための開口３ｄは、基板保持面には設けられていなく
て、基板保持台３の側面に設けらており、金属Ｇａ蒸気
は基板保持面と反応管との間の隙間Ｓを通って基板の上
面上に供給される。
Ｎ結晶成長方法において、結晶成長を継続的に維持し得
るように、そのＧａＮ結晶成長方法を改善する。 【解決手段】 上部から窒素プラズマが導入される反応
管１を準備し、この反応管の底部において金属Ｇａ１２
を蒸発させるための坩堝２を設け、この坩堝の上方にお
いて基板を保持するための基板保持面を有する基板保持
台３を配置し、ＧａＮ結晶を成長させるための基板１１
を基板保持面上に載置し、坩堝から蒸発させられた金属
Ｇａの蒸気と反応管の上部から導入された窒素プラズマ
１３ａとを基板上で反応させることによってＧａＮ結晶
を成長させる方法において、金属Ｇａの蒸気を通過させ
るための開口３ｄは、基板保持面には設けられていなく
て、基板保持台３の側面に設けらており、金属Ｇａ蒸気
は基板保持面と反応管との間の隙間Ｓを通って基板の上
面上に供給される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＧａＮ結晶の気相成
長方法に関し、特に、金属Ｇａ蒸気と窒素プラズマとを
利用するＧａＮ結晶成長法の改善に関するものである。
長方法に関し、特に、金属Ｇａ蒸気と窒素プラズマとを
利用するＧａＮ結晶成長法の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年周知のように、青色光や紫外光を射
出するための半導体発光ダイオードや半導体レーザなど
に利用し得るＧａＮ半導体結晶の需要が高まっている。
したがって、ＧａＮ結晶を簡便かつ迅速に低コストで製
造することが望まれている。
出するための半導体発光ダイオードや半導体レーザなど
に利用し得るＧａＮ半導体結晶の需要が高まっている。
したがって、ＧａＮ結晶を簡便かつ迅速に低コストで製
造することが望まれている。
【０００３】ＧａＮ結晶の成長方法として、たとえばハ
イドライド気相成長法、有機金属気相成長法、化学蒸気
輸送法などを利用することができる。
イドライド気相成長法、有機金属気相成長法、化学蒸気
輸送法などを利用することができる。
【０００４】ここで、ハイドライド気相成長法や有機金
属気相成長法では、反応室内に導入される原料ガスの反
応においてＧａＮ結晶内にその構成成分として取り込ま
れないＨＣｌ、ＮＨ3、Ｈ2等が反応室内に滞るので、こ
れらのガスを反応室から外部へ排出する必要がある。す
なわち、ハイドライド気相成長法や有機金属気相成長法
では、原料ガスの大半がＧａＮ結晶成長に寄与すること
なく捨てられることになり、原料収率が悪いという問題
がある。また、大量のＨＣｌ、ＮＨ3、Ｈ2等を廃棄する
ためには大規模の除害設備が必要であり、プロセスのコ
スト高を招くことになる。
属気相成長法では、反応室内に導入される原料ガスの反
応においてＧａＮ結晶内にその構成成分として取り込ま
れないＨＣｌ、ＮＨ3、Ｈ2等が反応室内に滞るので、こ
れらのガスを反応室から外部へ排出する必要がある。す
なわち、ハイドライド気相成長法や有機金属気相成長法
では、原料ガスの大半がＧａＮ結晶成長に寄与すること
なく捨てられることになり、原料収率が悪いという問題
がある。また、大量のＨＣｌ、ＮＨ3、Ｈ2等を廃棄する
ためには大規模の除害設備が必要であり、プロセスのコ
スト高を招くことになる。
【０００５】他方、閉管内の高温部において気化された
原料ガスを低温部に輸送してその低温部で結晶成長させ
る化学蒸気輸送法によれば、反応管の外部にガスを排出
しないので、原料収率は良好である。しかし、外部から
原料ガスが供給されない化学蒸気輸送法では、原料ガス
の輸送量を増大させることができないので、ＧａＮ結晶
の成長速度を高めることは望めない。
原料ガスを低温部に輸送してその低温部で結晶成長させ
る化学蒸気輸送法によれば、反応管の外部にガスを排出
しないので、原料収率は良好である。しかし、外部から
原料ガスが供給されない化学蒸気輸送法では、原料ガス
の輸送量を増大させることができないので、ＧａＮ結晶
の成長速度を高めることは望めない。
【０００６】上述のようなハイドライド気相成長法、有
機金属気相成長法、化学蒸気輸送法などのそれぞれが含
む課題に鑑みて、特開２００１−７７０３８は、反応管
内で金属Ｇａの蒸気と窒素プラズマを反応させて基板上
にＧａＮ結晶を成長させる気相成長方法を開示してい
る。
機金属気相成長法、化学蒸気輸送法などのそれぞれが含
む課題に鑑みて、特開２００１−７７０３８は、反応管
内で金属Ｇａの蒸気と窒素プラズマを反応させて基板上
にＧａＮ結晶を成長させる気相成長方法を開示してい
る。
【０００７】図２は、反応管内で金属Ｇａ蒸気と窒素プ
ラズマを反応させてＧａＮ結晶を成長させる先行技術の
一例を模式的な断面図で図解している。なお、本願の各
図において、長さや高さのような寸法関係は、図面の簡
略化と明瞭化のために適宜に変更されており、実際の寸
法関係を表してはいない。
ラズマを反応させてＧａＮ結晶を成長させる先行技術の
一例を模式的な断面図で図解している。なお、本願の各
図において、長さや高さのような寸法関係は、図面の簡
略化と明瞭化のために適宜に変更されており、実際の寸
法関係を表してはいない。
【０００８】図２において、たとえば内径が２３〜２６
ｍｍで高さが約６００ｍｍの反応管１の上部に窒素ガス
導入管１ａが設けられている。反応管１の底部には金属
Ｇａ１２を蒸発させるために、たとえば外径が１７〜２
１ｍｍで高さが約３０ｍｍの坩堝２が設けられており、
この坩堝２の上方において基板１１を保持するための基
板保持台３が配置されている。この基板保持台３は、た
とえば外径が１８．５〜２２ｍｍで高さが約４０ｍｍの
円筒部３ａと、たとえば直径が１９〜２５ｍｍで厚さが
１．２ｍｍの網板３ｂを含んでいる。基板保持面として
働くこの網板３ｂは、たとえば直径２ｍｍの開口３ｃを
２１個含んでいる。これらの反応管１、坩堝２、および
基板保持台３は、好ましくは石英にて形成され得る。ま
た、窒素ガス導入管１ａは、それらのフランジ部を伴っ
てたとえばステンレス鋼で形成することができ、反応管
１に結合され得る。
ｍｍで高さが約６００ｍｍの反応管１の上部に窒素ガス
導入管１ａが設けられている。反応管１の底部には金属
Ｇａ１２を蒸発させるために、たとえば外径が１７〜２
１ｍｍで高さが約３０ｍｍの坩堝２が設けられており、
この坩堝２の上方において基板１１を保持するための基
板保持台３が配置されている。この基板保持台３は、た
とえば外径が１８．５〜２２ｍｍで高さが約４０ｍｍの
円筒部３ａと、たとえば直径が１９〜２５ｍｍで厚さが
１．２ｍｍの網板３ｂを含んでいる。基板保持面として
働くこの網板３ｂは、たとえば直径２ｍｍの開口３ｃを
２１個含んでいる。これらの反応管１、坩堝２、および
基板保持台３は、好ましくは石英にて形成され得る。ま
た、窒素ガス導入管１ａは、それらのフランジ部を伴っ
てたとえばステンレス鋼で形成することができ、反応管
１に結合され得る。
【０００９】反応管１の内部は、真空ポンプ（図示せ
ず）によって一旦高真空度に減圧される。高真空度に減
圧された反応管１内には、その上部に設けられた窒素ガ
ス導入管１ａから、窒素ガス１３が所定圧まで導入され
る。その際に、反応管１の上部に設けられたマイクロ波
導入管４を介して、マイクロ波４ａが窒素ガス１３に印
加され、窒素プラズマ１３ａが生成させられる。
ず）によって一旦高真空度に減圧される。高真空度に減
圧された反応管１内には、その上部に設けられた窒素ガ
ス導入管１ａから、窒素ガス１３が所定圧まで導入され
る。その際に、反応管１の上部に設けられたマイクロ波
導入管４を介して、マイクロ波４ａが窒素ガス１３に印
加され、窒素プラズマ１３ａが生成させられる。
【００１０】坩堝２内に入れられた金属Ｇａ１２は、反
応管１の外部に設けられた加熱装置（図示せず）によっ
て加熱されて溶融させられる。そのＧａ融液からのＧａ
蒸気は基板保持面３ｂの開口３ｃを通過して、加熱され
た基板１１の上面上に至る。そして、そのＧａ蒸気が窒
素プラズマと反応して、基板１１の上面上にＧａＮ結晶
が成長し得る。
応管１の外部に設けられた加熱装置（図示せず）によっ
て加熱されて溶融させられる。そのＧａ融液からのＧａ
蒸気は基板保持面３ｂの開口３ｃを通過して、加熱され
た基板１１の上面上に至る。そして、そのＧａ蒸気が窒
素プラズマと反応して、基板１１の上面上にＧａＮ結晶
が成長し得る。
【００１１】Ｇａ蒸気と窒素プラズマとが反応してＧａ
Ｎ結晶の成長が進行すれば、反応管１内の窒素ガスが消
費されて反応管１内の圧力が所定圧から低下するので、
窒素ガス導入管１ａを介して窒素ガス１３が追加導入さ
れる。すなわち、反応管１内の圧力は真空計（図示せ
ず）によってモニタされており、所定圧力に保たれるよ
うに窒素ガス１３が補充される。
Ｎ結晶の成長が進行すれば、反応管１内の窒素ガスが消
費されて反応管１内の圧力が所定圧から低下するので、
窒素ガス導入管１ａを介して窒素ガス１３が追加導入さ
れる。すなわち、反応管１内の圧力は真空計（図示せ
ず）によってモニタされており、所定圧力に保たれるよ
うに窒素ガス１３が補充される。
【００１２】すなわち、図２に図解されたＧａＮ結晶成
長方法では、外部から反応管１内に窒素ガスが導入され
るが、実質的にＧａ蒸気や窒素ガスが反応管１外へ排出
される必要がない（ただし、好ましい反応ガス圧を維持
するために、少量のＧａ蒸気や窒素ガスが反応管外へ排
出されてもよいことは言うまでもない）。したがって、
図２に示されているような気相成長法では、ハイドライ
ド気相成長法や有機金属気相成長法の場合のように大規
模な排ガス処理設備を必要とせず、ＧａＮ結晶成長の際
の原料収率も良好になる。また、図２に示されているよ
うな気相成長法ではＧａ融液から大量のＧａ蒸気を発生
させることができ、また消費された窒素ガスは外部から
導入することができるので、化学蒸気輸送法に比べてＧ
ａＮ結晶の成長速度を高めることができる。
長方法では、外部から反応管１内に窒素ガスが導入され
るが、実質的にＧａ蒸気や窒素ガスが反応管１外へ排出
される必要がない（ただし、好ましい反応ガス圧を維持
するために、少量のＧａ蒸気や窒素ガスが反応管外へ排
出されてもよいことは言うまでもない）。したがって、
図２に示されているような気相成長法では、ハイドライ
ド気相成長法や有機金属気相成長法の場合のように大規
模な排ガス処理設備を必要とせず、ＧａＮ結晶成長の際
の原料収率も良好になる。また、図２に示されているよ
うな気相成長法ではＧａ融液から大量のＧａ蒸気を発生
させることができ、また消費された窒素ガスは外部から
導入することができるので、化学蒸気輸送法に比べてＧ
ａＮ結晶の成長速度を高めることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、図２に
示されているような気相成長法では、ハイドライド気相
成長法や有機金属気相成長法の場合のように大規模な排
ガス処理設備を必要としなくてＧａＮ結晶成長の際の原
料収率も良好になり、かつまた化学蒸気輸送法に比べて
ＧａＮ結晶の成長速度を高めることができる。
示されているような気相成長法では、ハイドライド気相
成長法や有機金属気相成長法の場合のように大規模な排
ガス処理設備を必要としなくてＧａＮ結晶成長の際の原
料収率も良好になり、かつまた化学蒸気輸送法に比べて
ＧａＮ結晶の成長速度を高めることができる。
【００１４】ところが、図２に示されているような気相
成長法を実施した場合、ＧａＮ結晶成長の初期において
は順調な成長速度が得られるが、約１〜２時間程度の成
長時間の後に成長速度が顕著に低下して最終的にほとん
ど停止してしまうことを本発明者が見出した。
成長法を実施した場合、ＧａＮ結晶成長の初期において
は順調な成長速度が得られるが、約１〜２時間程度の成
長時間の後に成長速度が顕著に低下して最終的にほとん
ど停止してしまうことを本発明者が見出した。
【００１５】そこで、本発明は、金属Ｇａ蒸気と窒素プ
ラズマを利用する気相成長法においてＧａＮ結晶成長を
継続的に維持し得るように、ＧａＮ結晶の成長方法を改
善することを目的としている。
ラズマを利用する気相成長法においてＧａＮ結晶成長を
継続的に維持し得るように、ＧａＮ結晶の成長方法を改
善することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上部か
ら窒素プラズマが導入される反応管を準備し、この反応
管の底部において金属Ｇａを蒸発させるための坩堝を設
け、この坩堝の上方において基板を保持するための基板
保持面を有する基板保持台を配置し、ＧａＮ結晶を成長
させるための基板を基板保持面上に載置し、坩堝から蒸
発させられた金属Ｇａの蒸気と反応管の上部から導入さ
れた窒素プラズマとを基板上で反応させることによって
ＧａＮ結晶を成長させる方法において、金属Ｇａの蒸気
を通過させるための開口は、基板保持面には設けられて
いなくて、基板保持台の側面に設けらており、金属Ｇａ
蒸気は基板保持面と反応管との間の隙間を通って基板の
上面上に供給されることを特徴としている。
ら窒素プラズマが導入される反応管を準備し、この反応
管の底部において金属Ｇａを蒸発させるための坩堝を設
け、この坩堝の上方において基板を保持するための基板
保持面を有する基板保持台を配置し、ＧａＮ結晶を成長
させるための基板を基板保持面上に載置し、坩堝から蒸
発させられた金属Ｇａの蒸気と反応管の上部から導入さ
れた窒素プラズマとを基板上で反応させることによって
ＧａＮ結晶を成長させる方法において、金属Ｇａの蒸気
を通過させるための開口は、基板保持面には設けられて
いなくて、基板保持台の側面に設けらており、金属Ｇａ
蒸気は基板保持面と反応管との間の隙間を通って基板の
上面上に供給されることを特徴としている。
【００１７】なお、金属Ｇａ蒸気が通過する基板保持面
と反応管との間の隙間は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲
内にあることが好ましい。また、窒素プラズマは、マイ
クロ波による励起によって生じさせられることが好まし
い。さらに、Ｇａ結晶を成長させるための基板の材質と
しては、サファイヤ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＡ
ｓ、Ｓｉなどから適宜に選択することができる。
と反応管との間の隙間は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲
内にあることが好ましい。また、窒素プラズマは、マイ
クロ波による励起によって生じさせられることが好まし
い。さらに、Ｇａ結晶を成長させるための基板の材質と
しては、サファイヤ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＡ
ｓ、Ｓｉなどから適宜に選択することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】まず、本発明者は、図２に示され
ているようにＧａ蒸気と窒素プラズマを利用するＧａＮ
結晶成長法を実施した場合に、約１〜２時間程度のＧａ
Ｎ結晶成長の後にその成長速度が顕著に低下して最終的
にほとんど停止してしまうことの原因について調査し
た。その結果、本発明者は、以下のような原因を見出し
た。
ているようにＧａ蒸気と窒素プラズマを利用するＧａＮ
結晶成長法を実施した場合に、約１〜２時間程度のＧａ
Ｎ結晶成長の後にその成長速度が顕著に低下して最終的
にほとんど停止してしまうことの原因について調査し
た。その結果、本発明者は、以下のような原因を見出し
た。
【００１９】すなわち、図２に図解されているような先
行技術によるＧａＮ結晶成長方法では、窒素プラズマ１
３ａが基板保持面３ｂの開口３ｃを通過して金属Ｇａ融
液１２の表面に到達し得る。そうすれば、窒素プラズマ
１３ａと金属Ｇａ融液１２の表面とが直接反応して、そ
の融液表面にＧａＮ被膜を形成し得る。このようなＧａ
Ｎ被膜は金属Ｇａ融液１２の蒸発を阻害し、基板１１上
に至るＧａ蒸気を減少させ、ついにはＧａＮ結晶成長を
停止させてしまうのである。
行技術によるＧａＮ結晶成長方法では、窒素プラズマ１
３ａが基板保持面３ｂの開口３ｃを通過して金属Ｇａ融
液１２の表面に到達し得る。そうすれば、窒素プラズマ
１３ａと金属Ｇａ融液１２の表面とが直接反応して、そ
の融液表面にＧａＮ被膜を形成し得る。このようなＧａ
Ｎ被膜は金属Ｇａ融液１２の蒸発を阻害し、基板１１上
に至るＧａ蒸気を減少させ、ついにはＧａＮ結晶成長を
停止させてしまうのである。
【００２０】そこで、本発明者は、金属Ｇａ融液からの
Ｇａ蒸気が基板上に至ることを阻害することなく、逆に
窒素プラズマが金属Ｇａ融液表面に至ることを阻止する
工夫を考えた。
Ｇａ蒸気が基板上に至ることを阻害することなく、逆に
窒素プラズマが金属Ｇａ融液表面に至ることを阻止する
工夫を考えた。
【００２１】図１は、本発明にしたがってＧａ蒸気と窒
素プラズマとを利用してＧａＮ結晶を成長させる方法の
一例を模式的な断面図で図解している。この図におい
て、たとえば内径が２３〜２６ｍｍで高さが約６００ｍ
ｍの反応管１の上部には窒素ガス導入管１ａが設けられ
ている。反応管１の底部には金属Ｇａ１２を蒸発させる
ために、たとえば外径が１２．５〜１５ｍｍで高さが約
３０ｍｍの坩堝２が設けられており、この坩堝２の上方
において基板１１を保持するための基板保持台３が配置
されている。この基板保持台３は、たとえば外径が１７
〜２１ｍｍで高さが約４０ｍｍの茶筒蓋のような形状を
有している。すなわち、その茶筒蓋状の保持台３の上面
が基板１の保持面として働く。しかし、この基板保持台
３は、その側壁部において開口３ｄを有することを特徴
としている。そのような開口３ｄは、基板保持台３の側
壁部の下端部から切り込まれた開口であってもよい。こ
れらの反応管１、坩堝２、および基板保持台３は、好ま
しくは石英にて形成され得る。また、窒素ガス導入管１
ａは、それらのフランジ部を伴ってたとえばステンレス
鋼で形成することができ、反応管１に結合され得る。
素プラズマとを利用してＧａＮ結晶を成長させる方法の
一例を模式的な断面図で図解している。この図におい
て、たとえば内径が２３〜２６ｍｍで高さが約６００ｍ
ｍの反応管１の上部には窒素ガス導入管１ａが設けられ
ている。反応管１の底部には金属Ｇａ１２を蒸発させる
ために、たとえば外径が１２．５〜１５ｍｍで高さが約
３０ｍｍの坩堝２が設けられており、この坩堝２の上方
において基板１１を保持するための基板保持台３が配置
されている。この基板保持台３は、たとえば外径が１７
〜２１ｍｍで高さが約４０ｍｍの茶筒蓋のような形状を
有している。すなわち、その茶筒蓋状の保持台３の上面
が基板１の保持面として働く。しかし、この基板保持台
３は、その側壁部において開口３ｄを有することを特徴
としている。そのような開口３ｄは、基板保持台３の側
壁部の下端部から切り込まれた開口であってもよい。こ
れらの反応管１、坩堝２、および基板保持台３は、好ま
しくは石英にて形成され得る。また、窒素ガス導入管１
ａは、それらのフランジ部を伴ってたとえばステンレス
鋼で形成することができ、反応管１に結合され得る。
【００２２】反応管１の内部は、真空ポンプ（図示せ
ず）によって、たとえば１０-5Ｐａの高真空度まで一旦
排気される。その後、反応管１の上部に設けられた窒素
ガス導入管１ａから、たとえば１０Ｐａから１０００Ｐ
ａの範囲内で設定された所定圧力の窒素ガス１３が反応
管１内に導入される。その際に、反応管１の上部に設け
られたマイクロ波導入管４を介して、たとえば周波数
２．４５ＧＨｚで出力２５０Ｗのマイクロ波４ａが窒素
ガス１３に印加され、窒素プラズマ１３ａが生成させら
れる。
ず）によって、たとえば１０-5Ｐａの高真空度まで一旦
排気される。その後、反応管１の上部に設けられた窒素
ガス導入管１ａから、たとえば１０Ｐａから１０００Ｐ
ａの範囲内で設定された所定圧力の窒素ガス１３が反応
管１内に導入される。その際に、反応管１の上部に設け
られたマイクロ波導入管４を介して、たとえば周波数
２．４５ＧＨｚで出力２５０Ｗのマイクロ波４ａが窒素
ガス１３に印加され、窒素プラズマ１３ａが生成させら
れる。
【００２３】坩堝２内に入れられた金属Ｇａ１２は、反
応管１の外部に設けられた加熱装置（図示せず）によっ
てたとえば１１００℃に加熱されて溶融させられる。そ
のＧａ融液からのＧａ蒸気は基板保持台３の側壁に設け
られた開口３ｃを通過して、その側壁と反応管１の内壁
との間の隙間Ｓを通って、たとえば１０００℃に加熱さ
れた基板１１の上面上に至る。そして、そのＧａ蒸気が
窒素プラズマと反応して、基板１１の上面上にＧａＮ結
晶が成長し得る。なお、基板１１としては、たとえば結
晶学的（０００１）面を主面とする５ｍｍ角のサファイ
ヤ基板またはＧａＮ種結晶基板が好ましく用いられ得
る。ただし、基板１１はこれらに限定されず、ＡｌＮ、
ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの基板をも適宜に選択する
ことができる。
応管１の外部に設けられた加熱装置（図示せず）によっ
てたとえば１１００℃に加熱されて溶融させられる。そ
のＧａ融液からのＧａ蒸気は基板保持台３の側壁に設け
られた開口３ｃを通過して、その側壁と反応管１の内壁
との間の隙間Ｓを通って、たとえば１０００℃に加熱さ
れた基板１１の上面上に至る。そして、そのＧａ蒸気が
窒素プラズマと反応して、基板１１の上面上にＧａＮ結
晶が成長し得る。なお、基板１１としては、たとえば結
晶学的（０００１）面を主面とする５ｍｍ角のサファイ
ヤ基板またはＧａＮ種結晶基板が好ましく用いられ得
る。ただし、基板１１はこれらに限定されず、ＡｌＮ、
ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの基板をも適宜に選択する
ことができる。
【００２４】Ｇａ蒸気と窒素プラズマとが反応してＧａ
Ｎ結晶の成長が進行すれば、反応管１内の窒素ガスが消
費されて反応管１内の圧力が所定圧から低下するので、
窒素ガス導入管１ａを介して窒素ガス１３が追加導入さ
れる。すなわち、反応管１内の圧力は真空計（図示せ
ず）によってモニタされており、所定圧力に保たれるよ
うに窒素ガス１３が補充される。この際に、圧力の制御
は、窒素ガスの流量制御器におけるＰＩＤ（比例積分微
分）制御によって行われる。
Ｎ結晶の成長が進行すれば、反応管１内の窒素ガスが消
費されて反応管１内の圧力が所定圧から低下するので、
窒素ガス導入管１ａを介して窒素ガス１３が追加導入さ
れる。すなわち、反応管１内の圧力は真空計（図示せ
ず）によってモニタされており、所定圧力に保たれるよ
うに窒素ガス１３が補充される。この際に、圧力の制御
は、窒素ガスの流量制御器におけるＰＩＤ（比例積分微
分）制御によって行われる。
【００２５】すなわち、図１に図解されたＧａＮ結晶成
長方法では、外部から反応管１内に窒素ガスが導入され
るが、実質的にＧａ蒸気や窒素ガスが反応管１外へ排出
される必要がない（ただし、好ましい反応ガス圧を維持
するために、少量のＧａ蒸気や窒素ガスが反応管外へ排
出されてもよいことは言うまでもない）。したがって、
図１に示されているようなＧａ蒸気と窒素プラズマを利
用するＧａＮ結晶成長法では、図２の場合と同様に、ハ
イドライド気相成長法や有機金属気相成長法の場合のよ
うに大規模な排ガス処理設備を必要としなくてＧａＮ結
晶成長の際の原料収率も良好になり、かつまた化学蒸気
輸送法に比べてＧａＮ結晶の成長速度を高めることがで
きる。
長方法では、外部から反応管１内に窒素ガスが導入され
るが、実質的にＧａ蒸気や窒素ガスが反応管１外へ排出
される必要がない（ただし、好ましい反応ガス圧を維持
するために、少量のＧａ蒸気や窒素ガスが反応管外へ排
出されてもよいことは言うまでもない）。したがって、
図１に示されているようなＧａ蒸気と窒素プラズマを利
用するＧａＮ結晶成長法では、図２の場合と同様に、ハ
イドライド気相成長法や有機金属気相成長法の場合のよ
うに大規模な排ガス処理設備を必要としなくてＧａＮ結
晶成長の際の原料収率も良好になり、かつまた化学蒸気
輸送法に比べてＧａＮ結晶の成長速度を高めることがで
きる。
【００２６】さらに、図１に示されているようなＧａＮ
結晶成長方法では、窒素プラズマがＧａ融液表面に至る
ことが困難である。したがって、図２の場合には約１〜
２時間で結晶成長が困難になったのに対して、図１の場
合には約８時間もＧａＮ結晶成長を維持することができ
た。これは、以下の理由によると考えられる。
結晶成長方法では、窒素プラズマがＧａ融液表面に至る
ことが困難である。したがって、図２の場合には約１〜
２時間で結晶成長が困難になったのに対して、図１の場
合には約８時間もＧａＮ結晶成長を維持することができ
た。これは、以下の理由によると考えられる。
【００２７】すなわち、Ｇａ蒸気は減圧された反応管１
内で等方的に拡散し得るので、基板保持台３の基板保持
面に開口がなくても、基板保持台３の側壁に設けられた
開口３ｄを通過するとともに、その側壁と反応管の内壁
との間の隙間Ｓを通って容易に基板１１上に至ることが
できる。したがって、基板１１上でＧａ蒸気が窒素プラ
ズマと容易に反応することができ、ＧａＮ結晶の成長が
進み得る。
内で等方的に拡散し得るので、基板保持台３の基板保持
面に開口がなくても、基板保持台３の側壁に設けられた
開口３ｄを通過するとともに、その側壁と反応管の内壁
との間の隙間Ｓを通って容易に基板１１上に至ることが
できる。したがって、基板１１上でＧａ蒸気が窒素プラ
ズマと容易に反応することができ、ＧａＮ結晶の成長が
進み得る。
【００２８】他方、マイクロ波４ａによって励起された
窒素プラズマ１３ａは反応管１の中央部においてその密
度が高い。したがって、窒素プラズマ１３が反応管１の
内壁と基板保持台３との間の隙間Ｓを通過しかつ保持台
３の側壁の開口３ｄを通ってＧａ融液の表面に至ること
は困難である。すなわち、図１の方法では、Ｇａ融液表
面にＧａＮ皮膜が形成されにくく、Ｇａ融液表面からＧ
ａ蒸気が継続的に発生し得るので、基板１１上のＧａＮ
結晶成長が長時間継続し得ると考えられる。なお、反応
管１の内壁と基板保持台３との間の隙間Ｓは、１ｍｍ以
上５ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
窒素プラズマ１３ａは反応管１の中央部においてその密
度が高い。したがって、窒素プラズマ１３が反応管１の
内壁と基板保持台３との間の隙間Ｓを通過しかつ保持台
３の側壁の開口３ｄを通ってＧａ融液の表面に至ること
は困難である。すなわち、図１の方法では、Ｇａ融液表
面にＧａＮ皮膜が形成されにくく、Ｇａ融液表面からＧ
ａ蒸気が継続的に発生し得るので、基板１１上のＧａＮ
結晶成長が長時間継続し得ると考えられる。なお、反応
管１の内壁と基板保持台３との間の隙間Ｓは、１ｍｍ以
上５ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００２９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ハイド
ライド気相成長法、有機金属気相成長法、および化学蒸
気輸送法などに比べて優れた利点を有し得るＧａＮ蒸気
と窒素プラズマとを利用するＧａＮ結晶成長において、
その成長を継続的に維持し得るようにＧａＮ結晶の成長
方法を改善することができる。
ライド気相成長法、有機金属気相成長法、および化学蒸
気輸送法などに比べて優れた利点を有し得るＧａＮ蒸気
と窒素プラズマとを利用するＧａＮ結晶成長において、
その成長を継続的に維持し得るようにＧａＮ結晶の成長
方法を改善することができる。
【図１】 本発明によるＧａＮ結晶成長方法を模式的に
図解する断面図である。
図解する断面図である。
【図２】 先行技術によるＧａＮ結晶成長方法を模式的
に図解する断面図である。
に図解する断面図である。
１ 反応管、１ａ 窒素ガス導入管、２ 金属Ｇａを蒸
発させるための坩堝、３ 基板保持台、３ａ基板保持台
の円筒部、３ｂ 基板保持台の網板、３ｃ 網板３ｂに
含まれる開口、３ｄ 基板保持台の側壁に設けられた開
口、４ マイクロ波導入管、４ａ マイクロ波、１１
ＧａＮ結晶を成長させるための基板、１２ 金属Ｇａ、
１３ 窒素ガス、１３ａ 窒素プラズマ。
発させるための坩堝、３ 基板保持台、３ａ基板保持台
の円筒部、３ｂ 基板保持台の網板、３ｃ 網板３ｂに
含まれる開口、３ｄ 基板保持台の側壁に設けられた開
口、４ マイクロ波導入管、４ａ マイクロ波、１１
ＧａＮ結晶を成長させるための基板、１２ 金属Ｇａ、
１３ 窒素ガス、１３ａ 窒素プラズマ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｓ 5/323 ６１０ Ｈ０１Ｓ 5/323 ６１０
Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE15 DA02 EA08 ED06
EG01 EG03 SA04 SA11 SA12
4K029 AA04 AA06 AA07 BA58 BD01
CA02 DB03 DB12
5F041 AA42 CA40 CA64
5F045 AA16 AA18 AB14 AC15 AF02
AF03 AF04 AF09 BB08 EH18
EM01
5F073 CA02 CB02 CB04 CB05 DA07
Claims (4)
- 【請求項１】 上部から窒素プラズマが導入される反応
管を準備し、 前記反応管の底部において金属Ｇａを蒸発させるための
坩堝を設け、 前記坩堝の上方において基板を保持するための基板保持
面を有する基板保持台を配置し、 ＧａＮ結晶を成長させるための前記基板を前記基板保持
面上に載置し、 前記坩堝から蒸発させられた前記金属Ｇａの蒸気と前記
反応管の上部から導入された前記窒素プラズマとを前記
基板上で反応させることによってＧａＮ結晶を成長させ
る方法において、 前記金属Ｇａの蒸気を通過させるための開口は、前記基
板保持面には設けられておらず、前記基板保持台の側面
に設けらており、 前記金属Ｇａ蒸気は前記基板保持台の側面と前記反応管
の内壁との間の隙間を通って前記基板の上面上に供給さ
れることを特徴とするＧａＮ結晶の成長方法。 - 【請求項２】 前記金属Ｇａ蒸気が通過する前記基板保
持台の側面と前記反応管の内壁との間の隙間は、１ｍｍ
以上５ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項
１に記載のＧａＮ結晶の成長方法。 - 【請求項３】 前記窒素プラズマはマイクロ波による励
起によって生じさせられることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載のＧａＮ結晶の成長方法。 - 【請求項４】 前記基板の材質は、サファイヤ、Ｇａ
Ｎ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、およびＳｉから選択さ
れたものであることを特徴とする請求項１から３のいず
れかに記載のＧａＮ結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002152334A JP2003342719A (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | ＧａＮ結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002152334A JP2003342719A (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | ＧａＮ結晶の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003342719A true JP2003342719A (ja) | 2003-12-03 |
Family
ID=29769685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002152334A Withdrawn JP2003342719A (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | ＧａＮ結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003342719A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006034540A1 (en) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Gallium Enterprises Pty Ltd | Method and apparatus for growing a group (iii) metal nitride film and a group (iii) metal nitride film |
| AU2005289367B2 (en) * | 2004-09-27 | 2009-12-03 | Gallium Enterprises Pty Ltd | Method and apparatus for growing a group (III) metal nitride film and a group (III) metal nitride film |
-
2002
- 2002-05-27 JP JP2002152334A patent/JP2003342719A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006034540A1 (en) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Gallium Enterprises Pty Ltd | Method and apparatus for growing a group (iii) metal nitride film and a group (iii) metal nitride film |
| AU2005289367B2 (en) * | 2004-09-27 | 2009-12-03 | Gallium Enterprises Pty Ltd | Method and apparatus for growing a group (III) metal nitride film and a group (III) metal nitride film |
| US8298624B2 (en) | 2004-09-27 | 2012-10-30 | Gallium Enterprises Pty Ltd. | Method and apparatus for growing a group (III) metal nitride film and a group (III) metal nitride film |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7842588B2 (en) | Group-III metal nitride and preparation thereof | |
| EP2000567B1 (en) | Method for growing iii nitride single crystal | |
| KR101738638B1 (ko) | 삼염화 갈륨가스의 제조방법 및 질화물 반도체 결정의 제조방법 | |
| WO1999014405A1 (fr) | Procede et appareil permettant de produire un cristal unique de carbure de silicium | |
| KR101116550B1 (ko) | Ⅲ족 질화물 결정의 제조 방법 | |
| JP2003342716A (ja) | ＧａＮ結晶の成長方法 | |
| JP2003342719A (ja) | ＧａＮ結晶の成長方法 | |
| JP4120435B2 (ja) | ウルツ鉱型ｉｉｉ族窒化物半導体結晶の成長方法 | |
| US7867335B2 (en) | GaN bulk growth by Ga vapor transport | |
| JP4039286B2 (ja) | ＧａＮ結晶の成長方法 | |
| JP2003342715A (ja) | ＧａＮ結晶の成長方法 | |
| JP4774959B2 (ja) | ＡｌＮ単結晶の成長方法 | |
| JP2003300799A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物結晶成長方法およびｉｉｉ族窒化物結晶成長装置 | |
| JP2007145679A (ja) | 窒化アルミニウム単結晶の製造装置及びその製造方法 | |
| KR19990078140A (ko) | 형광체 및 형광체의 제조방법 | |
| KR20090093064A (ko) | 질화갈륨 벌크 제조장치 및 그 제조방법 | |
| JP4779848B2 (ja) | 第１３族金属窒化物結晶の製造方法およびそれを用いた半導体デバイスの製造方法 | |
| JP2006240968A (ja) | 単結晶成長方法、その方法により得られるＩＩＩ族窒化物単結晶およびＳｉＣ単結晶 | |
| KR100327655B1 (ko) | 질화물계 화합물반도체의 단결정 잉고트 제조장치 및 방법 | |
| JP5182758B2 (ja) | 窒化物単結晶の製造方法および製造装置 | |
| JP5310669B2 (ja) | ＡｌＮ単結晶の成長方法 | |
| JP2004288964A (ja) | ＧａＮ結晶の成長方法 | |
| JP2001217193A (ja) | ＡｌＮバッファ層の作成方法、ＡｌＮバッファ層、ＧａＮ単結晶膜の作成方法およびＧａＮ単結晶膜 | |
| JP2006103998A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物多結晶およびその製造方法ならびにｉｉｉ族窒化物単結晶およびその製造方法 | |
| JP2002184701A (ja) | 窒化ガリウム層の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050802 |