JP2005223126A - 単結晶形成用基板、iii族窒化物単結晶の作製方法、およびiii族窒化物単結晶 - Google Patents
単結晶形成用基板、iii族窒化物単結晶の作製方法、およびiii族窒化物単結晶 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】6H−SiC基材1aの上に、含有する全てのIII族元素に対するAl元素のモル分率が50%以上であるIII族窒化物からなる成長下地層1bを例えばMOCVD法によって形成して基板1を得る。成長下地層は、(002)面におけるX線ロッキングカーブ半値幅が200秒以下となるように、かつ、その表面を原子レベルで平坦に形成する。これにより、例えばHVPE法により単結晶層2を形成する際に、反応管内に存在する雰囲気によって基板1の表面がエッチングされて、表面の結晶品質が劣化することを抑止できるので、結晶品質の良い単結晶層2を形成することができる。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施の形態に係る単結晶形成を説明するための模式図である。図1においては、単結晶形成用基板(以下、単に「基板」と称する)1の上に、単結晶層2が形成された積層構造3を断面図として示している。
図3は、本実施の形態における成長下地層1bの形成に用いる製造装置10を例示する図である。図3に示す製造装置10は、MOCVD法によって基材1a上に成長下地層1bを形成するものである。すなわち、製造装置10は、III族有機金属ガスを原料ガスとして用い、化学気相反応法によってIII族窒化物膜を形成する、いわゆる「MOCVD装置」である。製造装置10は、基板1を作製するための原料ガスを、基材1aの主面上に流すことができるように構成されている。なお、製造装置10は、必ずしも成長下地層1bの形成のみに用いられるものではなく、所定の基材に対し結晶層を単層または多層にエピタキシャル形成することも可能に構成されており、これによって種々の半導体デバイスを作製することも可能である。
図4は、本実施の形態における単結晶層2の形成に用いる製造装置40を例示する図である。図4に示す製造装置40は、HVPE法によって基板1の成長下地層1b上に単結晶層2を形成するものである。すなわち、製造装置40は、塩化水素ガスとIII族金属原料とを反応させて塩化物ガスを生成し、これをアンモニアと反応させることによってIII族窒化物を形成する装置である。なお、HVPE法による結晶成長は、数十μm/hr〜数百μm/hrと、MOCVD法に比して十分大きいという特徴がある。
基材1aとして2インチ径の厚さ400μmの(001)面6H−SiC単結晶を用い、これを製造装置10の反応容器21内のサセプタ28に載置した。反応容器21内の圧力を30Torrに設定した後、H2を平均流速1m/secで流しながら、基板1を1200℃まで昇温した。
基材1aとして2インチ径の厚さ400μmの(001)面6H−SiC単結晶用意し、成長下地層1bを形成することなく、製造装置40の反応管41のサセプタ43中に設置した。その他の条件に関しては、実施例1と同一とした。これにより、基板1(基材1a)上に、GaNからなる単結晶層2を300μmの厚みに形成した。GaNの(002)面のX線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は200秒であり、カソードルミネッセンス法により評価した転位密度は、108/cm2であった。
基材1aとして2インチ径の厚さ400μmの6H−SiC単結晶を用い、これを製造装置10の反応容器21内のサセプタ28に載置した。反応容器21内の圧力を30Torrに設定した後、H2を平均流速1m/secで流しながら、基板1を1200℃まで昇温した。
基材1aとして2インチ径の厚さ400μmの6H−SiC単結晶用意し、成長下地層1bを形成することなく、製造装置40の反応管41のサセプタ43中に設置した。その他の条件に関しては、実施例2と同一とした。これにより、基板1(基材1a)上に、AlNからなる単結晶層2を300μmの厚みに形成した。AlNの(002)面のX線ロッキングカーブを測定したところ、その半値幅は200秒であり、カソードルミネッセンス法により評価した転位密度は、5×109/cm2であった。
基材1aとして2インチ径の厚さ400μmの6H−SiC単結晶を用い、これを製造装置10の反応容器21内のサセプタ28に載置した。反応容器21内の圧力を100Torrに設定した後、H2を平均流速1m/secで流しながら、基板1を1100℃まで昇温した。
基材1aとして2インチ径の厚さ400μmのサファイア単結晶を用い、これを製造装置10の反応容器21内のサセプタ28に載置した。
すなわち、AlNからなる成長下地層1bは良好な結晶品質を有することが確認された。
基材1aとして2インチ径の厚さ400μmの6H−SiC単結晶を用い、これを製造装置10の反応容器21内のサセプタ28に載置した。反応容器21内の圧力を30Torrに設定した後、H2を平均流速1m/secで流しながら、基板1を1000℃まで昇温した。
上述の実施の形態においては、成長下地層1bの組成は一定であったが、成長下地層1bの組成が成長方向に連続的に変化する態様、つまりは成長下地層1bが組成傾斜を有する態様であってもよい。この場合、基材1aと成長下地層1bとの界面近傍、および成長下地層1bと単結晶層2との界面近傍における成長下地層1bの組成を、それぞれに適切に与えることで、各界面に適した格子定数を有するように、成長下地層1bを形成することができる。
1a 基材
1b 成長下地層
2 単結晶層
10 (成長下地層の)製造装置
21 反応容器
28 サセプタ
31 反応性ガス導入管
31h 開口部
40 (単結晶層の)製造装置
41 反応管
43 サセプタ
44 金属Al原料
45、47 ボート
46 金属Ga原料
48、49、50 ガス導入菅
53、54 加熱装置
Claims (28)
- 単結晶形成用の基板であって、
所定の基材と、
前記基材上に形成され、含有する全てのIII族元素に対するAl元素のモル分率が50%以上であるIII族窒化物からなる表面層と、
を備え、
前記表面層の(002)面におけるX線ロッキングカーブ半値幅が200秒以下であり、
前記表面層の表面が、前記基板を用いて単結晶成長を行う際の雰囲気に対する劣化耐性を有してなることを特徴とする単結晶形成用基板。 - 請求項1に記載の基板であって、
前記表面が、実質的に原子レベルで平坦であることを特徴とする単結晶形成用基板。 - 請求項2に記載の基板であって、
前記表面の表面粗さraが0.5nm以下であることを特徴とする単結晶形成用基板。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の基板であって、
前記III族窒化物が含有する全てのIII族元素に対するAl元素のモル分率が80%以上であるように前記表面層が形成されてなることを特徴とする単結晶形成用基板。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の基板であって、
前記III族窒化物がAlNであることを特徴とする単結晶形成用基板。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の基板であって、
前記III族窒化物がB元素を含むことを特徴とする単結晶形成用基板。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の基板であって、
前記基材が、SiCおよびサファイアのいずれかであることを特徴とする単結晶形成用基板。 - III族窒化物の単結晶を作製する方法であって、
所定の基材の上に、含有する全てのIII族元素に対するAl元素のモル分率が50%以上である第1のIII族窒化物からなる下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層の上に、第2のIII族窒化物からなる単結晶層を形成する単結晶層形成工程と、
を備え、
前記下地層形成工程においては、
(002)面におけるX線ロッキングカーブ半値幅が200秒以下となるように、
かつ、
表面が前記単結晶層形成工程における雰囲気に対する劣化耐性を有するように、
前記下地層を形成することを特徴とするIII族窒化物単結晶の作製方法。 - 請求項8に記載の作製方法であって、
前記表面を、実質的に原子レベルで平坦となるように形成することを特徴とするIII族窒化物単結晶の作製方法。 - 請求項9に記載の作製方法であって、
前記表面の表面粗さraが0.5nm以下となるように前記下地層を形成することを特徴とするIII族窒化物単結晶の作製方法。 - 請求項8ないし請求項10のいずれかに記載の作製方法であって、
前記下地層の形成速度よりも、前記単結晶層の形成速度の方が大きいことを特徴とするIII族窒化物単結晶の作製方法。 - 請求項11に記載の作製方法であって、
前記下地層の形成と、前記単結晶層の形成とを、相異なる結晶成長手法を用いて行うことを特徴とするIII族窒化物単結晶の作製方法。 - 請求項8ないし請求項12のいずれかに記載の作製方法であって、
前記第2の窒化物の前記表面に平行な面内の格子定数が、前記第1の窒化物の前記表面に平行な面内の格子定数以下となるように前記下地層および前記単結晶層を形成することを特徴とするIII族窒化物単結晶の作製方法。 - 請求項8ないし請求項13のいずれかに記載の作製方法であって、
前記第1のIII族窒化物が含有する全てのIII族元素に対するAl元素のモル分率が80%以上であるように前記下地層を形成することを特徴とするIII族窒化物単結晶の作製方法。 - 請求項8ないし請求項14のいずれかに記載の作製方法であって、
前記第2の窒化物がAlNであることを特徴とするIII族窒化物単結晶の作製方法。 - 請求項8ないし請求項14のいずれかに記載の作製方法であって、
前記第2の窒化物がB元素を含むことを特徴とするIII族窒化物単結晶の作製方法。 - 請求項8ないし請求項16のいずれかに記載の作製方法であって、
前記所定の基材が、SiCおよびサファイアのいずれかであることを特徴とするIII族窒化物単結晶の形成方法。 - 請求項8ないし請求項17のいずれかに記載の作製方法であって、
前記第2の窒化物が含有する全てのIII族元素に対するAl元素のモル分率が50%以上であるように前記単結晶層を形成することを特徴とするIII族窒化物単結晶の作製方法。 - 請求項8ないし請求項18のいずれかに記載の作製方法であって、
前記第2の窒化物がAlNであることを特徴とするIII族窒化物単結晶の作製方法。 - III族窒化物の単結晶であって、
含有する全てのIII族元素に対するAl元素のモル分率が50%以上である第1の窒化物からなり、(002)面におけるX線ロッキングカーブ半値幅が200秒以下であり、かつ、前記単結晶を形成する際の雰囲気に対する劣化耐性を有する表面、
を有する基板の上に形成され、
第2のIII族窒化物からなることを特徴とするIII族窒化物単結晶。 - 請求項20に記載の単結晶であって、
前記表面が実質的に原子レベルで平坦であることを特徴とするIII族窒化物単結晶。 - 請求項21に記載の単結晶であって、
前記表面の表面粗さraが0.5nm以下であることを特徴とするIII族窒化物単結晶。 - 請求項20ないし請求項22のいずれかに記載の単結晶であって、
前記第2の窒化物の前記表面に平行な面内の格子定数が、前記第1の窒化物の前記表面に平行な面内の格子定数以下となることを特徴とするIII族窒化物単結晶。 - 請求項20ないし請求項23のいずれかに記載の単結晶であって、
前記第1の窒化物が含有する全てのIII族元素に対するAl元素のモル分率が80%以上であることを特徴とするIII族窒化物単結晶。 - 請求項20ないし請求項24のいずれかに記載の単結晶であって、
前記第1の窒化物がAlNであることを特徴とするIII族窒化物単結晶。 - 請求項20ないし請求項24のいずれかに記載の単結晶であって、
前記第1の窒化物がB元素を含むことを特徴とするIII族窒化物単結晶。 - 請求項20ないし請求項26のいずれかに記載の単結晶であって、
前記第2の窒化物が含有する全てのIII族元素に対するAl元素のモル分率が50%以上であることを特徴とするIII族窒化物単結晶。 - 請求項20ないし請求項27のいずれかに記載の単結晶であって、
前記第2の窒化物がAlNであることを特徴とするIII族窒化物単結晶。
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