JP2009018971A - 非極性面iii族窒化物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非極性面III族窒化物からなる下地膜2を基板1上に気相成長法により形成する。下地膜2上に、細長い開口部4を輪郭づけるマスク3を形成する。次いで、非極性面III族窒化物からなり、a軸、c軸およびm軸の結晶方位を有する種結晶膜6を気相成長法によって形成する。非極性面III族窒化物10を種結晶膜6上にフラックス法によって育成する。種結晶膜のc軸と開口部の長手方向とがなす角度が30°以上である。
【選択図】 図3
Description
非極性面III族窒化物からなる下地膜を基板上に気相成長法により形成する下地膜形成工程;
前記下地膜上に、細長い開口部を輪郭づけるマスクを形成するマスク形成工程;
次いで、非極性面III族窒化物からなり、a軸、c軸およびm軸の結晶方位を有する種結晶膜を気相成長法によって形成する種結晶膜形成工程;および
非極性面III族窒化物を前記種結晶膜上にフラックス法によって育成する結晶育成工程
を備えており、種結晶膜のc軸と開口部の長手方向とがなす角度が30°以下であることを特徴とする。
一実施形態では、図1(a)に示すように、基板1の表面1a上に、非極性面III族窒化物からなる下地膜2を形成する。次いで、図1(b)に示すように、下地膜2上にマスク3を形成する。このマスク3をエッチング加工し、図1(c)に示すように、開口部4を形成する。この開口部はストライプ状に延びている。開口部4から下地膜2の表面が露出する。
図1〜図3を参照しつつ説明した前記方法に従い、a面GaN単結晶の自立基板を作製した。
(1) 下地膜の作製
r面サファイア基板1(直径2インチ、厚み400μm)を、水素雰囲気下にて1150℃で10分間加熱し、表面のクリーニングを行なった。次いで、基板温度を500℃まで下げ、TMG(トリメチルガリウム)、アンモニアを原料として、GaN膜を0.03μmの厚さに成長させた。こののち、基板温度を1100℃まで下げ、TMG(トリメチルガリウム)とアンモニアとを原料とし、a 面GaN 膜(下地膜)2を2.0 μmの厚さに成長させた( 図1(a)) 。
(1)で作製した膜の表面に、スパッタリング法により、マスク3(SiO2:厚さ0.3μm )を成膜した(図1(b))。
(3) 開口部の形成
フォトリソグラフィとRIE を用い、マスク3の一部をストライプ状に残し、エッチングを行った(図1(c)、図2(a))。開口部4の長手方向YとGaN の(0001)方向(c 軸)とを一致させた。テラス幅7μm
、開口部幅3μm とした。
(4) 種結晶膜の作製
(3)で作製した基板上に、基板温度を1100℃で、TMG(トリメチルガリウム)とアンモニアとを原料とし、a 面GaN 膜(種結晶膜)6を5.0 μmの厚さに成長させた(図3(a))。
(4)で作製した基板を種基板としてNaフラックス法にてGaN結晶を育成した。成長に用いた原料は、金属ガリウム、金属ナトリウムおよび金属リチウムである。アルミナるつぼに金属ガリウム45g、金属ナトリウム66g、金属リチウム45mgをそれぞれ充填して、炉内温度900℃・圧力5MPaにてGaN単結晶10を約100時間育成した。るつぼから取り出したところ、透明な単結晶が成長しており、基板表面にa面GaN膜10が約1mmの厚さで堆積していた(図3(b))。
図1〜図4を参照しつつ説明した前記方法に従い,a面GaN単結晶の自立基板を作製した。
(1) 下地膜の作製
(1a) r面サファイア基板1( 直径2インチ、厚み400μm) を、水素雰囲気中で1200℃、10分間加熱し、表面のクリーニングを行なった。この後、基板温度を1200℃で保持したまま、アンモニアガスを導入し、基板の窒化処理を行った。その後、アンモニアガスの導入を一旦停止し、1250℃まで変更し、TMA (トリメチルアルミニウム)とアンモニアとを原料とし、a 面AlN 膜2a(図4(a)参照)を1.0μmの厚さに成長させた。
(1b) (1a)で作製した基板上に、基板温度を1100℃で、TMG(トリメチルガリウム)とアンモニアとを原料とし、a 面GaN 膜2b(図4(a))を2.0 μmの厚さに成長させた。
実施例1と同様。
(3) 開口部の形成
実施例1と同様。
(4) 種結晶膜の作製
実施例1と同様。
(5) フラックス法によるa面GaN単結晶の育成
実施例1と同様。
実施例1と同様にして、a面GaN単結晶の自立基板を作製した。ただし、開口部4およびマスク3の平面形状は、図5に示すような形状とした。開口部4の長手方向YがGaN 単結晶のc 軸となす角度θは20°とした。
実施例1と同様にしてa面GaN単結晶の自立基板を作製した。ただし、開口部4およびマスク3の平面形状は、図6に示すような形状とした。開口部4の長手方向YがGaN 単結晶のc 軸となす角度θは0°とした。マスク3の(10-10) 方向の幅を7μm とし、(0001)方向の長さを50μm とし、(10-10) 方向に3μm ピッチの間隔で配列した。
実施例1において、基板1としてm 面サファイアを用いた。また、種結晶膜6はm 面GaN 単結晶とし、この上にm面GaN単結晶10を育成した。図2(a)において、開口部4の長手方向Yとm面GaN単結晶c軸とを一致させた。図2(a)において横方向はGaN単結晶のa軸方向である。これ以外は、実施例1と同様の工程を実施した。
実施例1において、(2)(3)(4)の工程を行わず、(1)(5)の工程を実施例1と同様の手順で実施した。以上の工程で、a 面GaN 結晶を作製したところ、(5)の工程終了後に、GaN 結晶とサファイア基板が剥離せず、かつ多数のワレやクラックが発生していた。
実施例2と同様にしてGaN単結晶8を育成した。ただし、図7に示すように、開口部の長手方向Yは、c 軸から35°とした。
Claims (7)
- 非極性面III族窒化物からなる下地膜を基板上に気相成長法により形成する下地膜形成工程;
前記下地膜上に、細長い開口部を輪郭づけるマスクを形成するマスク形成工程;
次いで、III族窒化物からなり、a軸、c軸およびm軸の結晶方位を有する種結晶膜を気相成長法によって形成する種結晶膜形成工程;および
非極性面III族窒化物を前記種結晶膜上にフラックス法によって育成する結晶育成工程
を備えており、前記種結晶膜の前記c軸と前記開口部の長手方向とがなす角度が30°以下であることを特徴とする、非極性面III族窒化物の製造方法。 - 前記マスク形成工程において前記下地膜が前記開口部から露出しており、前記種結晶膜形成工程において前記マスクおよび前記下地膜を被覆するように前記種結晶膜を成長させることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記種結晶膜の前記c軸と前記m軸とがなす平面内に前記開口部の長手方向が向いていることを特徴とする、請求項1または2記載の方法。
- 前記種結晶膜の前記c軸と前記a軸とがなす平面内に前記開口部の長手方向が向いていることを特徴とする、請求項1または2記載の方法。
- 前記種結晶膜の前記c軸と前記開口部の長手方向とが略平行であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記育成工程において育成された前記非極性面III族窒化物を前記基板から剥離させることによって自立膜を得ることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記育成工程において、アルカリ金属とアルカリ土類金属の少なくとも一方を含むフラックスを使用することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一つの請求項に記載の方法。
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