JP2009062229A - Iii族窒化物結晶およびその成長方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本III族窒化物結晶の成長方法は、基板1を準備する工程を備え、基板1は一主面側にIII族窒化物結晶10と同じ化学組成を有しかつ平坦な主面1mを有するIII族窒化物種結晶1aを含み、基板1の主面1mにIII族金属とアルカリ金属とVI族元素含有物を含む溶媒3に窒素含有ガスを溶解させた溶液を接触させて、主面1m上にIII族窒化物結晶10を成長させる工程をさらに備え、III族窒化物結晶10の結晶成長面10gは複数のマクロステップ10gp,10gqを含み、各マクロステップはステップ面10gsとテラス面10gsを有し、テラス面が平坦な状態でIII族窒化物結晶を成長させる。
【選択図】図3
Description
本発明にかかるIII族窒化物結晶の成長方法の一実施形態は、図1〜図3を参照して、液相法によるIII族窒化物結晶10の成長方法であって、基板1を準備する工程を備える。基板1は、一主面側にIII族窒化物結晶10と同じ化学組成を有しかつ平坦な主面1mを有するIII族窒化物種結晶1aを含む。基板1の主面1mに、III族金属とアルカリ金属とVI族元素含有物を含む溶媒3に窒素含有ガス5を溶解させた溶液を接触させて、主面1m上にIII族窒化物結晶10を成長させる工程をさらに備える。III族窒化物結晶10の結晶成長面10a,10b,10gは複数のマクロステップ10ap,10aq,10bp,10bq,10gp,10gqを含み、各マクロステップ10ap,10aq,10bp,10bq,10gp,10gqはステップ面10as,10bs,10gsとテラス面10at,10bt,10gtを有し、テラス面10at,10bt,10gtが平坦な状態でIII族窒化物結晶10を成長させる。
本発明にかかるIII族窒化物結晶の一実施形態は、図3を参照して、実施形態1の成長方法により得られる。本実施形態のIII族窒化物結晶10は、実施形態1の方法により成長されたものであるため、結晶成長後のテラス面10gtが平坦で、III族窒化物結晶10の結晶成長面10a,10b,10gにおける転位密度の値が、基板1の主面1mにおける転位密度の値以下となる。したがって、III族窒化物結晶10において結晶成長後の結晶成長面10gを基板1の主面1mに平行になるように平坦化した主面10mにおける転位密度の値は、基板1の主面1mにおける転位密度の値以下となる。
1.GaN基板の準備
図1〜図3を参照して、基板1として、HVPE法で作製した主面1mが研磨された平坦な(0001)Ga面で直径が2インチ(50.8mm)で厚さ1000μmの自立性のGaN基板を準備した。このGaN基板の主面1mにおける転位密度は、CL法による暗点密度の測定から算出したところ、5×105cm-2であった。また、このGaN基板の主面1mの平均粗さRaは、一辺が100μmの正方形領域において段差計により測定したところ、いずれも0.001μmであった。
まず、ステンレス製の内容器21内に、内径60mmで深さ20mmのpBN製の坩堝(結晶成長容器23)、外径65mmで厚さ0.3mmのpBN製の板状の蓋24、GaN基板(基板1)および純度99.99モル%のGaS(VI族元素含有物)を配置して、内容器21内を真空排気(真空度は1×10-3Pa)しながら、200℃の温度で10時間加熱することにより、内容器21内面、pBN製の坩堝(結晶成長容器23)、pBN製の蓋24、GaN基板(基板1)およびGaS(VI族元素含有物)に付着している添加を意図しないVI族元素原子(たとえば、大気中の酸素分子および水分子に含まれるO(酸素)原子など)を除去した(付着VI族元素原子の除去サブ工程)。
GaN結晶を成長させるための溶媒3として、15gの金属Ga、11gの金属Naおよび10mgのGaS(Na原子(アルカリ金属原子MA)に対するS原子(VI族元素原子EVI)のモル比EVI/MAが2×10-4)をpBN製の坩堝(結晶成長容器23)に入れて、Ga原子(III族金属原子MIII)とNa原子(アルカリ金属原子MA)とS原子(VI族元素原子EVI)のモル比が、MIII:MA:EVI=31:69:0.014のGa−Na−S融液を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、GaN基板を準備し、GaN結晶を成長させた。
GaN結晶を成長させるための溶媒3として、pBN製の坩堝(結晶成長容器23)に、15gの金属Gaおよび11gの金属Naを入れて、GaSを入れることなく、Ga原子(III族金属原子MIII)とNa原子(アルカリ金属原子MA)のモル比が、MIII:MA=31:69のGa−Na融液を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、GaN基板を準備し、GaN結晶を成長させた。
GaN結晶を成長させるための溶媒3として、15gの金属Ga、11gの金属Naおよび1mgのGaS(Na原子(アルカリ金属原子MA)に対するS原子(VI族元素原子EVI)のモル比EVI/MAが2×10-5)をpBN製の坩堝(結晶成長容器23)に入れて、Ga原子(III族金属原子MIII)とNa原子(アルカリ金属原子MA)とS原子(VI族元素原子EVI)のモル比が、MIII:MA:EVI=31:69:0.0014のGa−Na−S融液を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、GaN基板を準備し、GaN結晶を成長させた。
GaN結晶を成長させるための溶媒3として、15gの金属Ga、11gの金属Naおよび20mgのGaS(Na原子(アルカリ金属原子MA)に対するS原子(VI族元素元素EVI)のモル比EVI/MAが4×10-4)をpBN製の坩堝(結晶成長容器23)に入れて、Ga原子(III族金属原子MIII)とNa原子(アルカリ金属原子MA)とS原子(VI族元素原子EVI)のモル比が、MIII:MA:EVI=31:69:0.028のGa−Na−S融液を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、GaN基板を準備し、GaN結晶を成長させた。
GaN結晶を成長させるための溶媒3として、15gの金属Ga、11gの金属Naおよび50mgのGaS(Na原子(アルカリ金属原子MA)に対するS原子(VI族元素原子EVI)のモル比EVI/MAが1×10-3)をpBN製の坩堝(結晶成長容器23)に入れて、Ga原子(III族金属原子MIII)とNa原子(アルカリ金属原子MA)とS原子(VI族元素原子EVI)のモル比が、MIII:MA:EVI=31:69:0.07のGa−Na−S融液を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、GaN基板を準備し、GaN結晶を成長させた。
Claims (8)
- 液相法によるIII族窒化物結晶の成長方法であって、
基板を準備する工程を備え、前記基板は、一主面側に前記III族窒化物結晶と同じ化学組成を有しかつ平坦な主面を有するIII族窒化物種結晶を含み、
前記基板の前記主面に、III族金属とアルカリ金属とVI族元素含有物を含む溶媒に窒素含有ガスを溶解させた溶液を接触させて、前記主面上に前記III族窒化物結晶を成長させる工程をさらに備え、前記III族窒化物結晶の結晶成長面は複数のマクロステップを含み、各前記マクロステップはステップ面とテラス面を有し、前記テラス面が平坦な状態で前記III族窒化物結晶を成長させるIII族窒化物結晶の成長方法。 - 前記テラス面において任意に特定される一辺が100μmの正方形領域内における平均粗さRaが0.1μm以下である請求項1に記載のIII族窒化物結晶の成長方法。
- 前記主面は、(0001)面である請求項1または請求項2に記載のIII族窒化物結晶の成長方法。
- 前記VI族元素含有物は、VI族元素とIII族金属およびアルカリ金属の少なくともいずれかとの化合物である請求項1から請求項3までのいずれかに記載のIII族窒化物結晶の成長方法。
- 前記アルカリ金属は、ナトリウムおよびリチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種類の元素を含む金属である請求項1から請求項4までのいずれかに記載のIII族窒化物結晶の成長方法。
- 前記III族窒化物結晶はGaN結晶である請求項1から請求項5までのいずれかに記載のIII族窒化物結晶の成長方法。
- 前記III族窒化物結晶の転位密度の値は前記基板の転位密度の値以下である請求項1から請求項6までのいずれかに記載のIII族窒化物結晶の成長方法。
- 請求項1から請求項7までのいずれかの成長方法により得られるIII族窒化物結晶。
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