JP2010024124A - Method for growing group iii nitride crystal - Google Patents

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Shinsuke Fujiwara
伸介 藤原
Hiroaki Yoshida
浩章 吉田
Haruko Tanaka
晴子 田中
Yusuke Mori
勇介 森
Takatomo Sasaki
孝友 佐々木
Shiro Kawamura
史朗 川村
Yasuo Kitaoka
康夫 北岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for growing a group III nitride crystal, in which an increase in dislocation is suppressed during growing a crystal by a liquid phase method. <P>SOLUTION: The method for growing a group III nitride crystal includes a step of preparing a base substrate 1 and a step of growing a group III nitride crystal 10 on the major surface of the base substrate 1 by bringing the major surface 1m into contact with a solution prepared by dissolving a nitrogen-containing gas 5 into a solvent 3 containing a group III metal, an alkali metal and a metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal. The crystal growth rate of the group III nitride crystal is less than the critical growth rate of the crystal where dislocation of the group III nitride crystal starts to increase. The alkali metal contains at least either Na or Li. The metal that decreases the crystal growth rate of the group III nitride crystal contains at least one metal selected from a group consisting of transition metals, Ge, Sn, Pb and Bi. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、液相法、特にフラックス法によるIII族窒化物結晶の成長方法に関する。   The present invention relates to a method for growing a group III nitride crystal by a liquid phase method, particularly a flux method.

III族窒化物結晶は、各種半導体デバイスの基板などに広く用いられている。近年、各種半導体デバイスを効率的に製造するために、大型で転位密度の低いIII族窒化物結晶が求められている。   Group III nitride crystals are widely used for substrates of various semiconductor devices. In recent years, in order to efficiently manufacture various semiconductor devices, a large group III nitride crystal having a low dislocation density has been demanded.

III族窒化物結晶を成長させる方法としては、HVPE(ハイドライド気相成長)法、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法などの気相法、高圧溶液法、フラックス法などの液相法などがある。ここで、液相法は、気相法に比べて、その結晶成長において有毒なガスを使用しないため環境保護の面で優れている。   As a method for growing a group III nitride crystal, there are a gas phase method such as HVPE (hydride vapor phase epitaxy) method, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, a liquid phase method such as high pressure solution method and flux method. is there. Here, the liquid phase method is superior to the gas phase method in terms of environmental protection because no toxic gas is used in crystal growth.

かかる液相法においてIII族窒化物結晶を成長させる方法として、たとえばH. Yamane, 他3名,“Preparation of GaN Single Crystals Using a Na Flux”, Chem. Mater., Vol.9, No.2, (1997), p.413-416(非特許文献1)は、Naフラックス法によるGaN結晶の成長方法を開示する。また、特開2003−206198号公報(特許文献1)は、板状のIII族窒化物種結晶を用いたNaフラックス法によるIII族窒化物結晶の成長方法を開示する。また、F. Kawamura, 他7名,“Growth of a Two-Inch GaN Single Crystal Substrate Using the Na Flux Method”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.45, No.43, (2006), p.L1136-L1138(非特許文献2)は、Naフラックス法により転位密度が108cm-2程度のGaN基板上にGaN結晶を成長させることにより、2.3×105cm-2程度の転位密度のGaN結晶が得られることを開示する。 For example, H. Yamane and three others, “Preparation of GaN Single Crystals Using a Na Flux”, Chem. Mater., Vol. 9, No. 2, (1997), p.413-416 (Non-Patent Document 1) discloses a method for growing GaN crystals by the Na flux method. Japanese Patent Laying-Open No. 2003-206198 (Patent Document 1) discloses a method for growing a group III nitride crystal by a Na flux method using a plate-like group III nitride seed crystal. Also, F. Kawamura and 7 others, “Growth of a Two-Inch GaN Single Crystal Substrate Using the Na Flux Method”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 43, (2006), p.L1136- L1138 (non-Patent Document 2), by growing the GaN crystal dislocation density is 10 8 cm -2 order of GaN on a substrate by Na flux method, 2.3 × 10 5 cm -2 order of dislocation density of GaN Disclose that crystals are obtained.

しかし、非特許文献1に開示された成長方法では、結晶成長速度が低く、また種結晶を用いていないため、大型の結晶を成長させることが困難である。また、特許文献1には、種結晶および成長させた結晶の転位密度についての記載および示唆がない。また、非特許文献2に開示されたNaフラックス法については、種結晶および成長させた結晶の転位密度についての記載があるが、成長させた結晶の転位密度の評価が部分的であった。
特開2003−206198号公報 H. Yamane, 他3名,“Preparation of GaN Single Crystals Using a Na Flux”, Chem. Mater., Vol.9, No.2, (1997), p.413-416 F. Kawamura, 他7名,“Growth of a Two-Inch GaN Single Crystal Substrate Using the Na Flux Method”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.45, No.43, (2006), p.L1136-L1138
However, the growth method disclosed in Non-Patent Document 1 has a low crystal growth rate and does not use a seed crystal, so it is difficult to grow a large crystal. Patent Document 1 does not describe or suggest the dislocation density of the seed crystal and the grown crystal. In addition, regarding the Na flux method disclosed in Non-Patent Document 2, there is a description of the dislocation density of the seed crystal and the grown crystal, but the evaluation of the dislocation density of the grown crystal was partial.
JP 2003-206198 A H. Yamane and 3 others, “Preparation of GaN Single Crystals Using a Na Flux”, Chem. Mater., Vol.9, No.2, (1997), p.413-416 F. Kawamura and 7 others, “Growth of a Two-Inch GaN Single Crystal Substrate Using the Na Flux Method”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 43, (2006), p.L1136-L1138

上記のように、上記非特許文献2には、Naフラックス法により転位密度が108cm-2のオーダーのGaN基板上に転位密度が2.3×105cm-2のGaN結晶を成長させることが記載されている。本発明者らは、上記非特許文献2に開示されたNaフラックス法について詳細に検討した。この結果、そのNaフラックス法により成長させたGaN結晶は、上記のような転位密度が1×106cm-2以下の領域の他に、転位密度が1×106cm-2を大きく上回る領域を有しており、結晶全体の平均転位密度は1×106cm-2を上回るものであり、HVPE(ハイドライド気相成長)法により成長される市販のGaN結晶と同等程度の転位密度であった。 As described above, in Non-Patent Document 2, a GaN crystal having a dislocation density of 2.3 × 10 5 cm −2 is grown on a GaN substrate having a dislocation density of the order of 10 8 cm −2 by the Na flux method. It is described. The present inventors examined the Na flux method disclosed in Non-Patent Document 2 in detail. As a result, the GaN crystal grown by the Na flux method has a region where the dislocation density greatly exceeds 1 × 10 6 cm −2 in addition to the region where the dislocation density is 1 × 10 6 cm −2 or less as described above. The average dislocation density of the whole crystal exceeds 1 × 10 6 cm −2 , which is a dislocation density comparable to that of a commercially available GaN crystal grown by the HVPE (hydride vapor phase epitaxy) method. It was.

さらに、本発明者らは、Naフラックス法により転位密度が1×106cm-2以下のGaN基板上にGaN結晶を成長させた。かかるGaN結晶は、その転位密度を750℃でHClガスによって結晶表面をエッチングすることにより現れたピットの単位面積あたりの個数(エッチピット密度)により測定したところ、上記の非特許文献2の場合と同様に、転位密度が1×106cm-2以下の領域と転位密度が1×106cm-2を大きく上回る領域とを有しており、結晶全体の平均転位密度が1×106cm-2を上回っていた。 Furthermore, the inventors have grown a GaN crystal on a GaN substrate having a dislocation density of 1 × 10 6 cm −2 or less by the Na flux method. The dislocation density of the GaN crystal was measured by the number of pits per unit area (etch pit density) that appeared by etching the crystal surface with HCl gas at 750 ° C. Similarly, it has a region where the dislocation density is 1 × 10 6 cm −2 or less and a region where the dislocation density greatly exceeds 1 × 10 6 cm −2, and the average dislocation density of the entire crystal is 1 × 10 6 cm. It was higher than -2 .

このことは、Naフラックス法によりGaN結晶などのIII族窒化物結晶を成長させると、そのIII族窒化物結晶は、基板の転位を引き継ぐだけでなく、結晶成長中において転位が増殖されていることを意味する。   This is because when a group III nitride crystal such as a GaN crystal is grown by the Na flux method, the group III nitride crystal not only takes over the dislocation of the substrate, but also the dislocation is propagated during the crystal growth. Means.

そこで、本発明者らは、液相法において結晶成長中の転位の増殖が抑制される成長方法を提供することを目的として、Naフラックス法について詳細に検討したところ、III族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属とを含む溶媒に窒素含有ガスを溶解させた溶液を下地基板の主面に接触させて、III族窒化物結晶の結晶成長速度を十分小さくすることにより、結晶成長中の転位の増殖が抑制されることを見出し、本発明を完成させた。   Therefore, the present inventors examined the Na flux method in detail for the purpose of providing a growth method in which the growth of dislocations during crystal growth is suppressed in the liquid phase method. The crystal growth rate of the group III nitride crystal is sufficiently reduced by bringing a solution in which a nitrogen-containing gas is dissolved in a solvent containing a metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal into contact with the main surface of the base substrate. As a result, it was found that the growth of dislocations during crystal growth was suppressed, and the present invention was completed.

本発明は、液相法によるIII族窒化物結晶の成長方法であって、下地基板を準備する工程と、下地基板の主面に、III族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属と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、主面上にIII族窒化物結晶を成長させる工程と、を備えるIII族窒化物結晶の成長方法である。   The present invention is a method for growing a group III nitride crystal by a liquid phase method, comprising the steps of preparing a base substrate, and crystal growth of a group III metal, an alkali metal, and a group III nitride crystal on the main surface of the base substrate And a step of growing a group III nitride crystal on a main surface by contacting a solution in which a nitrogen-containing gas is dissolved in a solvent containing a metal for reducing the speed. .

本発明にかかるIII族窒化物結晶の成長方法において、III族窒化物結晶の結晶成長速度は、III族窒化物結晶の転位が増殖を始める臨界結晶成長速度未満とすることができる。また、アルカリ金属は、NaおよびLiの少なくともいずれかを含むことができる。また、III族窒化物結晶はGaN結晶とすることができる。また、III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属は、遷移金属、Ge、Sn、PbおよびBiからなる群から選ばれる少なくとも1種類の金属を含むことができる。また、III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属はInを含むことができる。また、III族窒化物結晶の結晶成長速度は、0.05μm/hr以上2μm/hr以下とすることができる。   In the method for growing a group III nitride crystal according to the present invention, the crystal growth rate of the group III nitride crystal can be less than the critical crystal growth rate at which the dislocation of the group III nitride crystal starts to grow. The alkali metal can contain at least one of Na and Li. The group III nitride crystal can be a GaN crystal. In addition, the metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal may include at least one metal selected from the group consisting of transition metals, Ge, Sn, Pb, and Bi. The metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal can include In. Further, the crystal growth rate of the group III nitride crystal can be 0.05 μm / hr or more and 2 μm / hr or less.

本発明によれば、液相法によるIII族窒化物結晶において、III族窒化物結晶の結晶成長速度を安定して小さくすることにより、結晶成長中の転位の増殖が抑制され、平均転位密度が低いIII族窒化物結晶が得られる。   According to the present invention, in a group III nitride crystal by a liquid phase method, the growth of dislocations during crystal growth is suppressed and the average dislocation density is reduced by stably reducing the crystal growth rate of the group III nitride crystal. Low group III nitride crystals are obtained.

図1および図2を参照して、本発明の一実施形態のIII族窒化物結晶の成長方法は、液相法によるIII族窒化物結晶10の成長方法であって、下地基板1を準備する工程と、下地基板1の主面1mに、III族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属とを含む溶媒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を成長させる工程と、を備える。   1 and 2, the method for growing a group III nitride crystal according to an embodiment of the present invention is a method for growing a group III nitride crystal 10 by a liquid phase method, and a base substrate 1 is prepared. The step is brought into contact with a main surface 1m of the base substrate 1 with a solution in which a nitrogen-containing gas 5 is dissolved in a solvent 3 containing a group III metal, an alkali metal, and a metal that reduces the crystal growth rate of a group III nitride crystal. And growing a group III nitride crystal 10 on the main surface 1m.

本実施形態のIII族窒化物結晶の成長方法によれば、III族金属およびアルカリ金属に加えて、III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属を溶媒中に含めることにより、III族窒化物結晶の結晶成長速度を安定して小さくすることができ、結晶成長中の転位の増殖が抑制され、平均転位密度が低いIII族窒化物結晶が得られる。   According to the Group III nitride crystal growth method of this embodiment, in addition to a Group III metal and an alkali metal, a Group III nitride is obtained by including in the solvent a metal that reduces the crystal growth rate of the Group III nitride crystal. The crystal growth rate of the product crystal can be stably reduced, and the growth of dislocations during crystal growth is suppressed, and a group III nitride crystal having a low average dislocation density is obtained.

(結晶成長装置)
図1および図2を参照して、本実施形態のIII族窒化物結晶の成長方法に用いられる結晶成長装置は、たとえば、外容器29と、外容器29の内部に配置された断熱材27と、断熱材27の内部に配置されたヒータ25と、ヒータ25の内側に配置された内容器21とを備える。この内容器21内には、その中でIII族窒化物結晶10を成長させるための結晶成長容器23が配置されている。また、結晶成長容器23の開口部が蓋24で覆われていてもよい。
(Crystal growth equipment)
Referring to FIGS. 1 and 2, the crystal growth apparatus used in the group III nitride crystal growth method of the present embodiment includes, for example, an outer container 29, and a heat insulating material 27 disposed inside the outer container 29. The heater 25 disposed inside the heat insulating material 27 and the inner container 21 disposed inside the heater 25 are provided. In the inner vessel 21, a crystal growth vessel 23 for growing the group III nitride crystal 10 is disposed. Further, the opening of the crystal growth vessel 23 may be covered with a lid 24.

ここで、結晶成長容器23および蓋24の材料は、溶媒3および窒素含有ガス5と反応せず、機械的強度および耐熱性が高いものであれば特に制限はないが、Al23(酸化アルミニウム、アルミナともいう)などが好ましい。また、内容器21の材料は、機械的強度および耐熱性の高いものであれば特に制限はないが、ステンレス、耐熱鋼などが好ましい。また、外容器29の材料は、機械的強度および耐熱性の高いものであれば特に制限はないが、ステンレスなどが好ましい。また、断熱材27の材料は、機械的強度、耐熱性および断熱性の高いものであれば特に制限はないが、ウール状のグラファイトなどが好ましい。 Here, the material of the crystal growth vessel 23 and the lid 24 is not particularly limited as long as it does not react with the solvent 3 and the nitrogen-containing gas 5 and has high mechanical strength and heat resistance, but Al 2 O 3 (oxidation) Aluminum and alumina) are preferred. The material of the inner container 21 is not particularly limited as long as it has high mechanical strength and heat resistance, but stainless steel, heat resistant steel, and the like are preferable. The material of the outer container 29 is not particularly limited as long as it has high mechanical strength and heat resistance, but stainless steel is preferable. The material of the heat insulating material 27 is not particularly limited as long as it has high mechanical strength, heat resistance, and heat insulating properties, but wool-like graphite or the like is preferable.

また、本実施形態で用いられる結晶成長装置は、第1の配管41によって内容器21に繋がれている窒素含有ガス供給装置31と、第2の配管43によって外容器29に繋がれている加圧用ガス供給装置33と、第3の配管45によって外容器29に繋がれている真空排気装置35とを備える。ここで、第1の配管41には、窒素含有ガス5の供給流量を調節するためのバルブ41vが設けられ、バルブ41vより内容器21側の部分41aには第1の圧力計41pが設けられている。また、第2の配管43には、加圧用ガス7の供給流量を調節するためのバルブ43vが設けられ、バルブ43vより外容器29側の部分43aには第2の圧力計43pが設けられている。また、第3の配管45には、排気流量を調節するためのバルブ45vが設けられている。   In addition, the crystal growth apparatus used in the present embodiment includes a nitrogen-containing gas supply device 31 connected to the inner container 21 by the first pipe 41 and an additive container connected to the outer container 29 by the second pipe 43. A pressure gas supply device 33 and a vacuum exhaust device 35 connected to the outer container 29 by a third pipe 45 are provided. Here, a valve 41v for adjusting the supply flow rate of the nitrogen-containing gas 5 is provided in the first pipe 41, and a first pressure gauge 41p is provided in a portion 41a on the inner container 21 side from the valve 41v. ing. The second pipe 43 is provided with a valve 43v for adjusting the supply flow rate of the pressurizing gas 7, and a second pressure gauge 43p is provided at a portion 43a on the outer container 29 side from the valve 43v. Yes. The third pipe 45 is provided with a valve 45v for adjusting the exhaust flow rate.

さらに、第1の配管41のバルブ41vより内容器21側の部分41aと第3の配管45のバルブ45vより外容器29側の部分45aとを繋ぐ第4の配管47が設けられている。この第4の配管47にはバルブ47vが設けられている。なお、図1には、参考のため、第1の配管41のバルブ41vより窒素含有ガス供給装置31側の部分41b、第2の配管43のバルブ43vより加圧用ガス供給装置33側の部分43b、第3の配管45のバルブ45vより真空排気装置35側の部分45bも図示した。   Furthermore, a fourth pipe 47 is provided that connects a portion 41 a closer to the inner container 21 than the valve 41 v of the first pipe 41 and a portion 45 a closer to the outer container 29 than the valve 45 v of the third pipe 45. The fourth pipe 47 is provided with a valve 47v. In FIG. 1, for reference, a portion 41 b on the nitrogen-containing gas supply device 31 side from the valve 41 v of the first pipe 41, and a portion 43 b on the pressurization gas supply device 33 side from the valve 43 v of the second pipe 43. The portion 45b on the side of the vacuum exhaust device 35 from the valve 45v of the third pipe 45 is also illustrated.

(下地基板を準備する工程)
図1および図2を参照して、本実施形態のIII族窒化物結晶の成長方法は、下地基板1を準備する工程を備える。ここで、準備される下地基板1は、その主面1m上にIII族窒化物結晶10を成長させることができるものであれば特に制限はないが、成長させるIII族窒化物結晶10と下地基板1との間の結晶格子および格子定数の整合性を高める観点から、一主面1mを有するIII族窒化物種結晶1aを含むことが好ましく、成長させるIII族窒化物結晶10とIII族窒化物種結晶1aとが同じ化学組成を有することがより好ましい。ここで、III族窒化物結晶と化学組成が同じとは、結晶を構成する原子の種類および比率が同じことをいう。
(Process for preparing the base substrate)
Referring to FIGS. 1 and 2, the group III nitride crystal growth method of this embodiment includes a step of preparing base substrate 1. Here, the prepared base substrate 1 is not particularly limited as long as the group III nitride crystal 10 can be grown on the main surface 1 m, but the group III nitride crystal 10 to be grown and the base substrate are grown. Group III nitride seed crystal 1a having one main surface 1m is preferably included, and group III nitride crystal 10 and group III nitride seed crystal to be grown are preferable. More preferably, 1a has the same chemical composition. Here, having the same chemical composition as the group III nitride crystal means that the types and ratios of atoms constituting the crystal are the same.

ここで、一主面1mを有するIII族窒化物種結晶1aを含む下地基板1とは、たとえば、基礎基板1b上にIII族窒化物種結晶1aが形成されているテンプレート基板、全体がIII族窒化物種結晶1aで形成されている自立基板などが挙げられる。また、III族窒化物結晶10としてAlxGayIn1-x-yN結晶(0≦x、0≦y、x+y≦1)をホモエピタキシャル成長させる場合には、下地基板1のIII族窒化物種結晶1aとしてAlxGayIn1-x-yN種結晶(0≦x、0≦y、x+y≦1)が用いられる。 Here, the base substrate 1 including the group III nitride seed crystal 1a having one main surface 1m is, for example, a template substrate in which the group III nitride seed crystal 1a is formed on the base substrate 1b, and the group III nitride seed as a whole. For example, a free-standing substrate formed of the crystal 1a can be used. When an Al x Ga y In 1-xy N crystal (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) is homoepitaxially grown as the group III nitride crystal 10, the group III nitride seed crystal 1a of the base substrate 1 is used. Al x Ga y In 1-xy N seed crystal (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) is used.

ここで、下地基板1の主面1mは、特に制限はないが、高品質かつ大型の下地基板を入手し易い観点から、(0001)III族金属原子表面であることが好ましい。   Here, the main surface 1m of the base substrate 1 is not particularly limited, but is preferably a (0001) group III metal atom surface from the viewpoint of easily obtaining a high-quality and large base substrate.

また、下地基板1は、主面1mにおける平均転位密度は、特に制限はないが、1×107cm-2以下が好ましく、1×106cm-2以下がより好ましい。下地基板1の主面1mにおける平均転位密度を小さくすることにより、主面1m上に成長させるIII族窒化物結晶10が受け継ぐ転位を少なくすることができる。ここで、主面1mにおける転位とは、主面1mを貫通する転位をいい、主面1mにおいて点状に現われる。また、主面1mにおける平均転位密度とは、主面1mにおける転位密度の平均を意味する。かかる下地基板1の主面1mにおける平均転位密度は、下地基板1の主面1mをHClガスでエッチングして現れたピットの単位面積あたりの数(エッチピット密度)を微分干渉顕微鏡を用いて測定できる。 In addition, the average dislocation density in the main surface 1 m of the base substrate 1 is not particularly limited, but is preferably 1 × 10 7 cm −2 or less, and more preferably 1 × 10 6 cm −2 or less. By reducing the average dislocation density on the main surface 1m of the base substrate 1, the dislocations inherited by the group III nitride crystal 10 grown on the main surface 1m can be reduced. Here, the dislocation in the main surface 1m refers to a dislocation penetrating the main surface 1m, and appears in a dot shape on the main surface 1m. Moreover, the average dislocation density in 1 m of main surfaces means the average of the dislocation density in 1 m of main surfaces. The average dislocation density on the main surface 1 m of the base substrate 1 is measured by using a differential interference microscope to measure the number of pits per unit area (etch pit density) that appears when the main surface 1 m of the base substrate 1 is etched with HCl gas. it can.

また、下地基板1の主面1mの面積は、特に制限はないが、1cm2以上であることが好ましく、10cm2以上であることがより好ましい。本実施形態の成長方法による結晶成長においては、主面の面積が大きい下地基板を用いることにより、大型で結晶成長表面10gにおける平均転位密度が低いIII族窒化物結晶が得られる。 Further, the area of the main surface 1 m of the base substrate 1 is not particularly limited, but is preferably 1 cm 2 or more, and more preferably 10 cm 2 or more. In crystal growth by the growth method of this embodiment, a large group III nitride crystal having a low average dislocation density on the crystal growth surface 10g is obtained by using a base substrate having a large area of the main surface.

本実施形態で準備される下地基板1は、HVPE法、MOCVD法などの気相法、溶液法、フラックス法などの液相法など、どのような方法によって成長されたものであってもよい。   The base substrate 1 prepared in the present embodiment may be grown by any method such as a gas phase method such as HVPE method or MOCVD method, a liquid phase method such as solution method or flux method.

(III族窒化物結晶を成長させる工程)
図1および図2を参照して、本実施形態のIII族窒化物結晶の成長方法は、下地基板1の主面1mに、III族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属とを含む溶媒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備える。
(Step of growing group III nitride crystal)
Referring to FIGS. 1 and 2, in the method for growing a group III nitride crystal of this embodiment, the crystal growth rate of a group III metal, an alkali metal, and a group III nitride crystal is applied to main surface 1m of base substrate 1. A step of bringing a group 3 nitride crystal 10 to grow on the main surface 1 m by bringing a solution containing the nitrogen-containing gas 5 into contact with the solvent 3 containing the metal to be reduced is provided.

本実施形態におけるIII族窒化物結晶の成長工程においては、III族金属と、アルカリ金属と、III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属とを含む溶媒3が用いられる。溶媒3には、III族金属に加えてアルカリ金属が含まれているため、III族金属を含み不純物濃度(たとえば溶媒全体に対して1モル%未満の濃度)以上にはアルカリ金属を含まない溶媒に比べて、III族窒化物結晶の結晶成長温度および/または結晶成長圧力を低減することができる。これは、溶媒3に含まれているアルカリ金属が、溶媒3への窒素含有ガス5の溶解を促進させるためと考えられる。アルカリ金属は、特に制限はないが、III族窒化物結晶の結晶成長温度および/または結晶成長圧力を低減する効果が大きい観点から、NaおよびLiの少なくともいずれかを含むことが好ましい。   In the growth process of the group III nitride crystal in the present embodiment, a solvent 3 containing a group III metal, an alkali metal, and a metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal is used. Since the solvent 3 contains an alkali metal in addition to the group III metal, the solvent contains a group III metal and does not contain an alkali metal at an impurity concentration (for example, a concentration of less than 1 mol% with respect to the whole solvent). As compared with the above, the crystal growth temperature and / or the crystal growth pressure of the group III nitride crystal can be reduced. This is presumably because the alkali metal contained in the solvent 3 promotes the dissolution of the nitrogen-containing gas 5 in the solvent 3. The alkali metal is not particularly limited, but preferably contains at least one of Na and Li from the viewpoint of a large effect of reducing the crystal growth temperature and / or the crystal growth pressure of the group III nitride crystal.

溶媒3に含まれるIII族金属MIIIとアルカリ金属MAとのモル比は、III族窒化物結晶の結晶成長温度および/または結晶成長圧力を低減させ、転位の増殖を抑制して平均転位密度の低いIII族窒化物結晶を成長させるのに適正な結晶成長速度(たとえば、0.1μm/hr以上2μm/hr以下)とする観点から、たとえば、MIII:MA=90:10〜10:90が好ましく、MIII:MA=50:50〜20:80がより好ましい。MIII:MA=90:10よりIII族金属MIIIのモル比が大きくても、MIII:MA=10:90よりアルカリ金属MAのモル比が大きくても、結晶成長速度が低下しすぎてしまう。 Molar ratio reduces the crystal growth temperature and / or crystal growth pressure of the group III nitride crystal, the average dislocation density to inhibit the growth of dislocation between the Group III metal M III an alkali metal M A contained in the solvent 3 From the viewpoint of achieving a crystal growth rate suitable for growing a low group III nitride crystal (for example, 0.1 μm / hr or more and 2 μm / hr or less), for example, M III : M A = 90: 10 to 10: 90 is preferable, and M III : M A = 50: 50 to 20:80 is more preferable. Even if the molar ratio of the group III metal M III is larger than M III : M A = 90: 10 or the molar ratio of the alkali metal M A is larger than M III : M A = 10: 90, the crystal growth rate decreases. Too much.

また、溶媒3には、III族金属およびアルカリ金属に加えてIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属が含まれているため、III族窒化物結晶の結晶成長速度を安定して低減することができる。ここで、III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属は、特に制限はないが、III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する効果が大きい観点から、遷移金属、Ge、Sn、PbおよびBiからなる群から選ばれる少なくとも1種類の金属を含むことが好ましい。さらに、III族窒化物結晶としてGaN結晶を成長させる場合においては、GaN結晶の結晶成長を低減する金属は、GaN結晶の結晶成長速度を低減する効果が大きい観点から、Inを含むことが好ましい。   In addition, the solvent 3 contains a metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal in addition to the group III metal and the alkali metal, so that the crystal growth rate of the group III nitride crystal is stably reduced. can do. Here, the metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal is not particularly limited, but from the viewpoint of a large effect of reducing the crystal growth rate of the group III nitride crystal, transition metal, Ge, Sn, Pb And at least one metal selected from the group consisting of Bi. Furthermore, when a GaN crystal is grown as a group III nitride crystal, the metal that reduces the crystal growth of the GaN crystal preferably contains In from the viewpoint of a large effect of reducing the crystal growth rate of the GaN crystal.

ここで、溶媒3において、III族金属MIIIとアルカリ金属MAの合計モル数に対するIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属MMのモル数の百分率は10モル%以下であることが好ましく、1モル%以上5モル%以下であることがより好ましい。III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属MMのモル百分率が10モル%より大きいと結晶成長速度が低下しすぎてしまう。また、III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属MMのモル百分率が0.1モル%より小さいとIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する効果が小さくなる。 Here, in the solvent 3, the percentage of the number of moles of the metal M M that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal with respect to the total number of moles of the group III metal M III and the alkali metal M A is 10 mol% or less. Is preferable, and it is more preferable that it is 1 mol% or more and 5 mol% or less. III-nitride mole percentage is greater than 10 mol% and the crystal growth rate of the metal M M to reduce the crystal growth rate of the crystal is too low. Moreover, the effect of the molar percentage of metal M M to reduce the crystal growth rate of the Group III nitride crystal is reduced crystal growth rate of 0.1 mole% less than the III-nitride crystal is reduced.

なお、本実施形態のIII族窒化物結晶の成長方法においては、液化した溶媒3(融液)を用いて700℃〜900℃程度で結晶成長をさせることが好ましい観点から、溶媒3を形成するIII族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属との混合物の融点は、800℃以下が好ましく、700℃以下がより好ましい。また、下地基板1へのダメージを低減する観点から、溶媒3を形成するIII族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属との混合物の融点は500℃以下がさらに好ましい。したがって、溶媒3を形成するIII族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属との混合物の融点が800℃以下となるIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属を用いることが好ましい。   In the Group III nitride crystal growth method of the present embodiment, the solvent 3 is formed from the viewpoint that crystal growth is preferably performed at about 700 ° C. to 900 ° C. using the liquefied solvent 3 (melt). The melting point of the mixture of the group III metal, the alkali metal, and the metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal is preferably 800 ° C. or less, and more preferably 700 ° C. or less. Further, from the viewpoint of reducing damage to the base substrate 1, the melting point of the mixture of the group III metal forming the solvent 3, the alkali metal, and the metal reducing the crystal growth rate of the group III nitride crystal is 500 ° C. or less. preferable. Therefore, the crystal growth rate of the group III nitride crystal in which the melting point of the mixture of the group III metal forming the solvent 3, the alkali metal, and the metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal is 800 ° C. or less is reduced. It is preferable to use a metal.

また、III族窒化物結晶10の結晶成長速度は、平均転位密度の低いIII族窒化物結晶10を成長させる観点から、III族窒化物結晶の転位が増殖を始める臨界結晶成長速度未満であることが好ましい。かかる臨界結晶成長速度は、溶媒の化学組成、結晶成長温度、結晶成長圧力などの結晶成長条件によって、多少変動し得るが、おおよそ2μm/hrである。かかる観点から、III族窒化物結晶の結晶成長速度は、2μm/hr以下が好ましく、1μm以下がより好ましい。一方、結晶成長速度が小さく(低く)なるほど、結晶成長に多大の時間が必要となり、生産性が低下する。生産性を高める観点から、結晶成長速度は、0.05μm/hr以上が好ましく、0.1μm/hr以上がより好ましい。   Further, the crystal growth rate of the group III nitride crystal 10 is less than the critical crystal growth rate at which the dislocation of the group III nitride crystal starts to grow from the viewpoint of growing the group III nitride crystal 10 having a low average dislocation density. Is preferred. The critical crystal growth rate may vary somewhat depending on the crystal growth conditions such as the chemical composition of the solvent, the crystal growth temperature, and the crystal growth pressure, but is approximately 2 μm / hr. From such a viewpoint, the crystal growth rate of the group III nitride crystal is preferably 2 μm / hr or less, and more preferably 1 μm or less. On the other hand, as the crystal growth rate becomes smaller (lower), a longer time is required for crystal growth and the productivity is lowered. From the viewpoint of increasing productivity, the crystal growth rate is preferably 0.05 μm / hr or more, and more preferably 0.1 μm / hr or more.

図1および図2を参照して、本実施形態のIII族窒化物結晶の成長工程は、たとえば、以下の複数のサブ工程によって行なわれる。まず、結晶成長容器23の底にその主面1mを上に向けて下地基板1が配置される(下地基板配置サブ工程)。結晶成長容器23には、特に制限はないが、耐熱性の観点から、Al23製の坩堝などが好ましく用いられる。III族窒化物結晶としてGaN結晶を成長させる場合には、下地基板としてGaN基板が好ましく用いられる。 Referring to FIGS. 1 and 2, the group III nitride crystal growth step of the present embodiment is performed, for example, by the following plurality of sub-steps. First, the base substrate 1 is placed on the bottom of the crystal growth vessel 23 with its main surface 1m facing up (base substrate placement sub-step). The crystal growth vessel 23 is not particularly limited, from the viewpoint of heat resistance, such as made of Al 2 O 3 crucible is preferably used. When a GaN crystal is grown as a group III nitride crystal, a GaN substrate is preferably used as the base substrate.

次に、下地基板1が配置された結晶成長容器23内にIII族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属とを含む溶媒3を入れる(溶媒配置サブ工程)。この溶媒3は室温(約25℃)中では固体であるが、後の加熱により液化する。   Next, the solvent 3 containing a group III metal, an alkali metal, and a metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal is placed in the crystal growth vessel 23 in which the base substrate 1 is arranged (solvent arrangement sub-step). This solvent 3 is solid at room temperature (about 25 ° C.), but is liquefied by subsequent heating.

III族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属とを含む溶媒3には、制限はないが、純度の高いIII族窒化物結晶を成長させる観点から、III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属、III族金属およびアルカリ金属はそれぞれ純度が高いものが好ましい。また、III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属としては、遷移金属、Ge、Sn、PbおよびBiからなる群から選ばれる少なくとも1種類の金属が好ましい。たとえば、高純度のGaN結晶を成長させるためには、高純度の金属Gaと高純度の金属NaとGaN結晶の結晶成長速度を低減する高純度の金属(たとえば、遷移金属、Ge、Sn、PbおよびBiからなる群から選ばれる少なくとも1種類の金属、Inなど)とを用いることが好ましい。この場合、金属Gaの純度は、99モル%以上が好ましく、99.999モル%以上がより好ましい。金属Naの純度は、99モル%以上が好ましく、99.99モル%以上がより好ましい。また、III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属の純度は、99.9モル%以上が好ましく、99.99モル%以上がより好ましい。   Although there is no restriction | limiting in the solvent 3 containing the group III metal, an alkali metal, and the metal which reduces the crystal growth rate of a group III nitride crystal, From a viewpoint of growing a high purity group III nitride crystal, group III nitridation It is preferable that the metal, the group III metal, and the alkali metal that reduce the crystal growth rate of the physical crystal have high purity. Moreover, as a metal which reduces the crystal growth rate of a group III nitride crystal, at least 1 type of metal chosen from the group which consists of a transition metal, Ge, Sn, Pb, and Bi is preferable. For example, in order to grow a high-purity GaN crystal, a high-purity metal Ga, a high-purity metal Na, and a high-purity metal that reduces the crystal growth rate of the GaN crystal (for example, transition metals, Ge, Sn, Pb And at least one metal selected from the group consisting of Bi and In). In this case, the purity of the metal Ga is preferably 99 mol% or more, and more preferably 99.999 mol% or more. The purity of metal Na is preferably 99 mol% or more, and more preferably 99.99 mol% or more. Further, the purity of the metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal is preferably 99.9 mol% or more, and more preferably 99.99 mol% or more.

ここで、III族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属とを含む溶媒3の量は、特に制限はないが、液化した溶媒3(融液)の深さが下地基板1の主面1mから1mm以上50mm以下であることが好ましい。かかる深さが1mmより小さいと溶媒3(融液)の表面張力のため下地基板1の全面を溶媒3(融液)が覆わない恐れがあり、50mmより大きいと溶媒3(融液)の液面からの窒素の供給が不足してしまうためである。   Here, the amount of the solvent 3 containing the group III metal, the alkali metal, and the metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal is not particularly limited, but the depth of the liquefied solvent 3 (melt) is not limited. It is preferable that it is 1 mm or more and 50 mm or less from the main surface 1 m of the base substrate 1. If the depth is less than 1 mm, the surface of the base substrate 1 may not be covered with the solvent 3 (melt) due to the surface tension of the solvent 3 (melt). This is because the supply of nitrogen from the surface is insufficient.

次に、III族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属とを含む溶媒3および下地基板1が収容された結晶成長容器23を内容器21内に配置する(結晶成長容器配置サブ工程)。ここで、結晶成長容器23の開口部を蓋24で覆うことが、溶媒3中のアルカリ金属の蒸発を抑制する観点から好ましい。   Next, the crystal growth vessel 23 containing the solvent 3 containing the group III metal, the alkali metal, and the metal for reducing the crystal growth rate of the group III nitride crystal and the base substrate 1 is placed in the inner vessel 21 (crystals). Growth vessel placement sub-process). Here, it is preferable to cover the opening of the crystal growth vessel 23 with the lid 24 from the viewpoint of suppressing evaporation of the alkali metal in the solvent 3.

次に、真空排気装置35を用いて、内容器21および外容器29の内部を真空排気する(真空排気サブ工程)。内容器21および外容器29の内部の不純物を除去するためである。このとき、バルブ41vおよび43vは閉じられており、バルブ47vおよび45vは開かれている。真空排気後の内容器21および外容器29の真空度は、特に制限はないが、残留不純物を低減する観点から、1Pa以下が好ましい。   Next, the inside of the inner container 21 and the outer container 29 is evacuated using the evacuation apparatus 35 (evacuation sub-process). This is for removing impurities inside the inner container 21 and the outer container 29. At this time, the valves 41v and 43v are closed, and the valves 47v and 45v are opened. The degree of vacuum of the inner container 21 and the outer container 29 after evacuation is not particularly limited, but is preferably 1 Pa or less from the viewpoint of reducing residual impurities.

次に、内容器21および外容器29内に、それぞれの容器の内圧が0.5MPa以上5MPa以下となるようにそれぞれ窒素含有ガス5および加圧用ガス7を供給する(窒素含有ガス供給サブ工程)。ここで、結晶成長容器23上に蓋24が配置されていても、蓋24は結晶成長容器23に密着させていないため、内容器21内に供給された窒素含有ガス5は、結晶成長容器23と蓋24との空隙を通って結晶成長容器23内の溶媒3中に供給される。このとき、内容器21内に供給される窒素含有ガス5は、特に制限はないが、純度の高いIII族窒化物結晶を成長させる観点から、窒素の純度が高いことが好ましい。かかる観点から、窒素含有ガス5は、純度が99.999モル%以上の窒素ガスが好ましい。一方、外容器29に供給される加圧用ガス7は、外容器29内の圧力維持のために用いられIII族窒化物結晶の成長に用いられるものではないため、窒素含有ガスでなくともよい。ただし、外容器29内にはヒータ25が配置されているため、加圧用ガス7には、ヒータ25により反応を起こさない不活性ガス、たとえば窒素ガス、アルゴンガスなどが好ましく用いられる。   Next, the nitrogen-containing gas 5 and the pressurizing gas 7 are supplied into the inner container 21 and the outer container 29 so that the internal pressure of each container is 0.5 MPa or more and 5 MPa or less (nitrogen-containing gas supply sub-process). . Here, even if the lid 24 is disposed on the crystal growth vessel 23, the lid 24 is not in close contact with the crystal growth vessel 23, so that the nitrogen-containing gas 5 supplied into the inner vessel 21 is supplied to the crystal growth vessel 23. Then, the liquid is supplied into the solvent 3 in the crystal growth vessel 23 through a gap between the lid 24 and the lid 24. At this time, the nitrogen-containing gas 5 supplied into the inner vessel 21 is not particularly limited, but it is preferable that the purity of nitrogen is high from the viewpoint of growing a high-purity group III nitride crystal. From this viewpoint, the nitrogen-containing gas 5 is preferably nitrogen gas having a purity of 99.999 mol% or more. On the other hand, the pressurizing gas 7 supplied to the outer container 29 is not used for growing a group III nitride crystal because it is used for maintaining the pressure in the outer container 29 and is not necessarily a nitrogen-containing gas. However, since the heater 25 is disposed in the outer container 29, an inert gas that does not react with the heater 25, such as nitrogen gas or argon gas, is preferably used for the pressurizing gas 7.

次に、ヒータ25を用いて、内容器21および外容器29の内部を加熱して、内容器21内部全体の温度を700℃以上900℃以下にする(加熱サブ工程)。かかる加熱により、内容器21に配置されたIII族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属とを含む溶媒3は固体から液体(融液)となり、下地基板1の主面1mを覆い、この溶媒3(融液)に窒素含有ガス5が溶解する。このようにして、下地基板1の主面1mに、III族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属とを含む溶媒3に窒素含有ガス5を溶解させた溶液を接触させることができる。ここで、ヒータ25は、内容器21および外容器29の内部の加熱に適したものであれば特に制限はないが、内容器および外容器の内部の温度分布の制御が容易な観点から、抵抗加熱方式のものが好ましく用いられる。   Next, the inside of the inner container 21 and the outer container 29 is heated using the heater 25, and the temperature inside the inner container 21 is set to 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower (heating sub-step). By such heating, the solvent 3 containing the group III metal, the alkali metal, and the metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal disposed in the inner container 21 is changed from a solid to a liquid (melt). The main surface 1m is covered, and the nitrogen-containing gas 5 is dissolved in the solvent 3 (melt). In this way, a solution in which the nitrogen-containing gas 5 is dissolved in the solvent 3 containing the group III metal, the alkali metal, and the metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal on the main surface 1m of the base substrate 1 is obtained. Can be contacted. Here, the heater 25 is not particularly limited as long as it is suitable for heating the inside of the inner container 21 and the outer container 29. However, from the viewpoint of easy control of the temperature distribution inside the inner container and the outer container, the heater 25 is resistant. A heating system is preferably used.

加熱サブ工程中は、内容器21にさらに窒素含有ガス5を供給して、内容器21の内圧が外容器29の内圧に比べて0.01MPa以上0.1MPa以下の範囲で大きくなるようにする。すなわち、0.01MPa≦{(内容器の内圧)−(外容器の内圧)}≦0.1MPaとなるようにする。外容器29内の加圧用ガス7が内容器21内に混入するのを防止して、内容器21内の窒素の純度を高く維持するためである。   During the heating sub-process, the nitrogen-containing gas 5 is further supplied to the inner container 21 so that the inner pressure of the inner container 21 becomes larger than the inner pressure of the outer container 29 in the range of 0.01 MPa to 0.1 MPa. . That is, 0.01 MPa ≦ {(inner pressure of inner container) − (inner pressure of outer container)} ≦ 0.1 MPa. This is because the pressurizing gas 7 in the outer container 29 is prevented from being mixed into the inner container 21 and the purity of nitrogen in the inner container 21 is kept high.

次に、内容器21への窒素含有ガス5の供給量および加熱量を調節して、内容器21内部全体の温度を700℃以上900℃以下(結晶成長温度)に維持したまま内容器21の内圧を0.5MPa以上5MPa以下(結晶成長圧力)として、下地基板1の主面10m上にIII族窒化物結晶10を所定時間成長させる(結晶成長サブ工程)。このとき、外容器29への加圧用ガス7の供給量を調節して、外容器29の内圧を内容器21の内圧に比べて0.01MPa以上0.1MPa以下の範囲で小さくなるようにする。すなわち、結晶成長時においても加熱時と同様に、0.01MPa≦{(内容器の内圧)−(外容器の内圧)}≦0.1MPaとなるようにする。   Next, the supply amount and heating amount of the nitrogen-containing gas 5 to the inner container 21 are adjusted, and the temperature of the entire inner container 21 is maintained at 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower (crystal growth temperature). The group III nitride crystal 10 is grown for a predetermined time on the main surface 10 m of the base substrate 1 at an internal pressure of 0.5 MPa to 5 MPa (crystal growth pressure) (crystal growth sub-step). At this time, the supply amount of the pressurizing gas 7 to the outer container 29 is adjusted so that the inner pressure of the outer container 29 becomes smaller than the inner pressure of the inner container 21 in the range of 0.01 MPa to 0.1 MPa. . That is, during the crystal growth, as in the heating, 0.01 MPa ≦ {(internal pressure of the inner container) − (internal pressure of the outer container)} ≦ 0.1 MPa.

次に、0.01MPa≦{(内容器の内圧)−(外容器の内圧)}≦0.1MPaの関係を維持しながら、内容器21および外容器29のそれぞれの内部を冷却および減圧下して、内容器21の結晶成長容器23から下地基板1上に成長したIII族窒化物結晶10を取り出す(結晶取り出しサブ工程)。   Next, while maintaining the relationship of 0.01 MPa ≦ {(inner pressure of inner container) − (inner pressure of outer container)} ≦ 0.1 MPa, the inside of each of inner container 21 and outer container 29 is cooled and reduced in pressure. Then, the group III nitride crystal 10 grown on the base substrate 1 is taken out from the crystal growth vessel 23 of the inner vessel 21 (crystal removal sub-step).

本実施形態の成長方法により得られたIII族窒化物結晶を加工して半導体デバイス用基板として用いることができる。しかし、本実施形態の成長方法は、結晶の成長速度が低いことから、厚いIII族窒化物結晶を得るには有利ではない。このため、本実施形態の成長方法により得られたIII族窒化物結晶を加工したIII族窒化物結晶基板上に、結晶成長速度が高い成長方法(たとえば、HVPE法など)を用いて得られる厚さの厚いIII族窒化物結晶を加工して、多数の半導体デバイス用基板を製造することが有利である。   The group III nitride crystal obtained by the growth method of this embodiment can be processed and used as a semiconductor device substrate. However, the growth method of this embodiment is not advantageous for obtaining a thick group III nitride crystal because the growth rate of the crystal is low. Therefore, the thickness obtained by using a growth method (for example, HVPE method) having a high crystal growth rate on the group III nitride crystal substrate obtained by processing the group III nitride crystal obtained by the growth method of the present embodiment. It is advantageous to process a thick group III nitride crystal to produce a large number of semiconductor device substrates.

(実施例1)
1.GaN基板の準備
図1〜図2を参照して、下地基板1として、HVPE法で作製した主面1mが(0001)Ga原子表面で直径が2インチ(50.8mm)で厚さ500μmの自立性のGaN基板を準備した(基板の準備工程)。このGaN基板の主面1mにおける平均転位密度は、基板の主面をHClガスでエッチングして現れたピットの単位面積あたりの数(エッチピット密度)を微分干渉顕微鏡を用いて測定したところ、5×105cm-2であった。ここで、平均転位密度の測定においては、GaN基板の主面1mの100μm×100μmの正方形領域における転位密度を、ピッチ5mmの格子点上の81箇所で測定し、それらの平均を算出した。かかる平均転位密度の測定方法をEPD(エッチピット密度)測定法とも呼ぶ。
Example 1
1. Preparation of GaN Substrate Referring to FIGS. 1 to 2, as a base substrate 1, a main surface 1 m produced by the HVPE method has a (0001) Ga atom surface, a diameter of 2 inches (50.8 mm), and a self-supporting thickness of 500 μm. GaN substrate was prepared (substrate preparation step). The average dislocation density at 1 m of the main surface of the GaN substrate was determined by measuring the number of pits (etch pit density) per unit area that appeared when the main surface of the substrate was etched with HCl gas using a differential interference microscope. × 10 5 cm -2 Here, in the measurement of the average dislocation density, the dislocation density in a 100 μm × 100 μm square area of the main surface 1 m of the GaN substrate was measured at 81 locations on a lattice point with a pitch of 5 mm, and the average was calculated. Such a measurement method of the average dislocation density is also called an EPD (etch pit density) measurement method.

2.GaN結晶の成長
図2を参照して、上記各GaN基板(下地基板1)を、その平坦な主面1mを上に向けて、内径60mmで深さ20mmのアルミナ製の坩堝(結晶成長容器23)の底に配置した(基板配置サブ工程)。次に、GaN基板(下地基板1)が配置されたAl23製の坩堝(結晶成長容器23)内に、純度99.9999モル%の金属Gaと純度99.99モル%の金属Naと純度99.99モル%の金属Au(溶媒3)を、金属Ga(III族金属MIII)と金属Na(アルカリ金属MA)のモル比がMIII:MA=3:7、かつ、金属Ga(III族金属MIII)と金属Na(アルカリ金属MA)の合計のモル数に対して金属Au(結晶成長速度を低減する金属MM)のモル数の百分率が5モル%となる割合で、溶融したときの溶媒3(Ga−Na−Au融液)の表面からGaN基板(下地基板1)の主面1mまでの深さが5mmになる量を入れた。
2. 2. Growth of GaN crystal Referring to FIG. 2, each of the above GaN substrates (underlying substrate 1) is an alumina crucible (crystal growth vessel 23 having an inner diameter of 60 mm and a depth of 20 mm with its flat main surface 1 m facing upward. (Substrate placement sub-process). Next, in a crucible (crystal growth vessel 23) made of Al 2 O 3 on which a GaN substrate (underlying substrate 1) is disposed, metal Ga having a purity of 99.9999 mol%, metal Na having a purity of 99.99 mol%, A metal Au (solvent 3) having a purity of 99.99 mol% is obtained, and the molar ratio of metal Ga (group III metal M III ) to metal Na (alkali metal M A ) is M III : M A = 3: 7 Ratio in which the percentage of the number of moles of metal Au (metal M M that reduces the crystal growth rate) is 5 mol% with respect to the total number of moles of Ga (group III metal M III ) and metal Na (alkali metal M A ) The amount of the depth from the surface of the solvent 3 (Ga—Na—Au melt) when melted to the main surface 1 m of the GaN substrate (underlying substrate 1) was 5 mm.

次に、GaN基板(下地基板1)ならびに金属Ga、金属Naおよび金属Au(溶媒3)が収容されたAl23製の坩堝(結晶成長容器23)を内容器21内に配置した。Al23製の坩堝(結晶成長容器23)の上にAl23製の蓋24を配置した(結晶成長容器配置サブ工程)。 Next, a GaN substrate (underlying substrate 1) and an Al 2 O 3 crucible (crystal growth vessel 23) containing metal Ga, metal Na and metal Au (solvent 3) were placed in the inner vessel 21. An Al 2 O 3 lid 24 was placed on the Al 2 O 3 crucible (crystal growth vessel 23) (crystal growth vessel placement sub-step).

次に、真空ポンプ(真空排気装置35)を用いて、内容器21および外容器29の内部を真空排気した(真空排気サブ工程)。真空排気後の内容器21および外容器29の真空度は、1×10-3Paであった。 Next, the inside of the inner container 21 and the outer container 29 was evacuated using a vacuum pump (evacuation apparatus 35) (evacuation sub-process). The degree of vacuum of the inner container 21 and the outer container 29 after evacuation was 1 × 10 −3 Pa.

次に、内容器21および外容器29内に、それぞれの容器の内圧が1MPaとなるようにそれぞれ窒素含有ガス5および加圧用ガス7を供給した(窒素含有ガス供給サブ工程)。このとき、内容器21内に供給される窒素含有ガス5には、純度が99.99999モル%の高純度の窒素ガスを用いた。一方、外容器29に供給される加圧用ガス7には、純度が99.9999モル%の窒素ガスを用いた。   Next, the nitrogen-containing gas 5 and the pressurizing gas 7 were supplied into the inner container 21 and the outer container 29 so that the inner pressure of each container was 1 MPa (nitrogen-containing gas supply sub-step). At this time, high purity nitrogen gas having a purity of 99.99999 mol% was used as the nitrogen-containing gas 5 supplied into the inner vessel 21. On the other hand, nitrogen gas having a purity of 99.9999 mol% was used as the pressurizing gas 7 supplied to the outer container 29.

次に、抵抗加熱方式のヒータ25を用いて、内容器21および外容器29の内部を加熱して、内容器21内部全体の温度を850℃にした(加熱サブ工程)。かかる加熱により、内容器21に配置された金属Ga、金属Naおよび金属Au(溶媒3)は液化して、GaN基板(下地基板1)の主面1mを覆い、この液化した金属Ga、金属Naおよび金属Au、すなわちGa−Na−Au融液(溶媒3)に高純度の窒素ガス(窒素含有ガス5)が溶解する。このようにして、GaN基板(下地基板1)の主面1mに、Ga−Na−Au融液(溶媒3)に高純度の窒素ガス(窒素含有ガス5)を溶解させた溶液を接触させることができた。加熱中は、内容器21に高純度の窒素ガス(窒素含有ガス5)をさらに供給して、内容器21の内圧が外容器29の内圧に比べて0.01MPa以上0.1MPa以下の範囲で大きくなるようにした。すなわち、0.01MPa≦{(内容器の内圧)−(外容器の内圧)}≦0.1MPaとなるようにした。   Next, the inside of the inner container 21 and the outer container 29 was heated using the resistance heating type heater 25, and the temperature inside the inner container 21 was set to 850 ° C. (heating sub-process). By this heating, the metal Ga, metal Na, and metal Au (solvent 3) disposed in the inner container 21 are liquefied to cover the main surface 1m of the GaN substrate (underlying substrate 1), and this liquefied metal Ga, metal Na And high purity nitrogen gas (nitrogen-containing gas 5) dissolves in metal Au, that is, Ga—Na—Au melt (solvent 3). In this way, the main surface 1m of the GaN substrate (underlying substrate 1) is brought into contact with a solution in which a high-purity nitrogen gas (nitrogen-containing gas 5) is dissolved in a Ga—Na—Au melt (solvent 3). I was able to. During heating, high-purity nitrogen gas (nitrogen-containing gas 5) is further supplied to the inner container 21 so that the inner pressure of the inner container 21 is in the range of 0.01 MPa to 0.1 MPa as compared with the inner pressure of the outer container 29. I tried to get bigger. That is, 0.01 MPa ≦ {(internal pressure of the inner container) − (internal pressure of the outer container)} ≦ 0.1 MPa.

次に、内容器21への窒素含有ガス5の供給量および加熱量を調節して、内容器21内部全体の温度を850℃(結晶成長温度)に維持したまま内容器21の内圧を3MPa(結晶成長圧力)として、GaN基板(下地基板1)の主面10m上にGaN結晶(III族窒化物結晶10)を360時間成長させた(結晶成長サブ工程)。このとき、外容器29への窒素ガス(加圧用ガス7)の供給量を調節して、外容器29の内圧を内容器21の内圧に比べて0.01MPa以上0.1MPa以下の範囲で小さくなるようにした。すなわち、結晶成長時においても加熱時と同様に、0.01MPa≦{(内容器の内圧)−(外容器の内圧)}≦0.1MPaとなるようにした。   Next, the supply amount and heating amount of the nitrogen-containing gas 5 to the inner container 21 are adjusted, and the inner pressure of the inner container 21 is set to 3 MPa (3 MPa) while maintaining the temperature inside the inner container 21 at 850 ° C. (crystal growth temperature). As the crystal growth pressure, a GaN crystal (Group III nitride crystal 10) was grown on the main surface 10m of the GaN substrate (underlying substrate 1) for 360 hours (crystal growth sub-step). At this time, the supply amount of nitrogen gas (pressurizing gas 7) to the outer container 29 is adjusted so that the internal pressure of the outer container 29 is smaller than the internal pressure of the inner container 21 in the range of 0.01 MPa to 0.1 MPa. It was made to become. That is, during the crystal growth, as in the heating, 0.01 MPa ≦ {(inner pressure in the inner container) − (inner pressure in the outer container)} ≦ 0.1 MPa.

次に、0.01MPa≦{(内容器の内圧)−(外容器の内圧)}≦0.1MPaの関係を維持しながら、内容器21および外容器29のそれぞれの内部を冷却および減圧下して、30℃に冷却された内容器21のBN製坩堝(結晶成長容器23)のGa−Na−Au融液(溶媒3)からGaN基板(下地基板1)上に成長したGaN結晶(III族窒化物結晶10)をピンセットで取り出した(結晶取り出しサブ工程)。得られたGaN結晶の厚さは180μmであった。すなわち、GaN結晶の成長速度は0.5μm/hrであった。   Next, while maintaining the relationship of 0.01 MPa ≦ {(inner pressure of inner container) − (inner pressure of outer container)} ≦ 0.1 MPa, the inside of each of inner container 21 and outer container 29 is cooled and reduced in pressure. The GaN crystal (Group III) grown on the GaN substrate (underlying substrate 1) from the Ga—Na—Au melt (solvent 3) in the BN crucible (crystal growth vessel 23) of the inner vessel 21 cooled to 30 ° C. The nitride crystal 10) was taken out with tweezers (crystal removal sub-step). The thickness of the obtained GaN crystal was 180 μm. That is, the growth rate of the GaN crystal was 0.5 μm / hr.

上記のようにして得られたGaN結晶(III族窒化物結晶10)の結晶成長厚さTが100μmの平面10tにおける平均転位密度は、上記と同様のEPD測定法により測定したところ、5×105cm-2であり、この値は基板の主面における平均転位密度5×105cm-2と同等であり、III族窒化物結晶の成長の際に転位の増殖が抑制された。結果を表1にまとめた。 The average dislocation density in the plane 10t having a crystal growth thickness T of 100 μm of the GaN crystal (Group III nitride crystal 10) obtained as described above was measured by the same EPD measurement method as described above, and was 5 × 10 5. a 5 cm -2, this value is equivalent to the average dislocation density of 5 × 10 5 cm -2 in the main surface of the substrate, the growth of the dislocation is suppressed during growth of a group III nitride crystal. The results are summarized in Table 1.

(比較例1)
結晶成長速度を低減する金属を溶媒3に含めなかったこと以外は、実施例1と同様にして、GaN結晶(III族窒化物結晶10)を成長させた。得られたGaN結晶の厚さは1800μmであった。すなわち、GaN結晶の成長速度は5.0μm/hrであった。このGaN結晶(III族窒化物結晶10)の結晶成長厚さTが100μmの平面10tにおける平均転位密度は8×106cm-2であり、この値は基板の主面における平均転位密度5×105cm-2よりはるかに大きく、III族窒化物結晶の際に転位が増殖していた。
(Comparative Example 1)
A GaN crystal (Group III nitride crystal 10) was grown in the same manner as in Example 1 except that the solvent 3 did not contain a metal that reduces the crystal growth rate. The thickness of the obtained GaN crystal was 1800 μm. That is, the growth rate of the GaN crystal was 5.0 μm / hr. The average dislocation density in the plane 10t of the GaN crystal (group III nitride crystal 10) having a crystal growth thickness T of 100 μm is 8 × 10 6 cm −2 , and this value is the average dislocation density 5 × in the main surface of the substrate. Much larger than 10 5 cm −2 , dislocations grew in the group III nitride crystals.

(実施例2)
結晶成長速度を低減する金属として金属Agを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN結晶(III族窒化物結晶10)を成長させた。得られたGaN結晶の厚さは144μmであった。すなわち、GaN結晶の成長速度は0.4μm/hrであった。このGaN結晶(III族窒化物結晶10)の結晶成長厚さTが100μmの平面10tにおける平均転位密度は5×105cm-2であり、この値は基板の主面における平均転位密度5×105cm-2と同等であり、III族窒化物結晶の成長の際に転位の増殖が抑制された。結果を表1にまとめた。
(Example 2)
A GaN crystal (Group III nitride crystal 10) was grown in the same manner as in Example 1 except that metal Ag was used as the metal for reducing the crystal growth rate. The thickness of the obtained GaN crystal was 144 μm. That is, the growth rate of the GaN crystal was 0.4 μm / hr. The average dislocation density in the plane 10t of the GaN crystal (group III nitride crystal 10) having a crystal growth thickness T of 100 μm is 5 × 10 5 cm −2 , and this value is the average dislocation density 5 × in the main surface of the substrate. This is equivalent to 10 5 cm −2, and the growth of dislocations was suppressed during the growth of the group III nitride crystal. The results are summarized in Table 1.

(実施例3)
結晶成長速度を低減する金属として金属Cuを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN結晶(III族窒化物結晶10)を成長させた。得られたGaN結晶の厚さは108μmであった。すなわち、GaN結晶の成長速度は0.3μm/hrであった。このGaN結晶(III族窒化物結晶10)の結晶成長厚さTが100μmの平面10tにおける平均転位密度は5×105cm-2であり、この値は基板の主面における平均転位密度5×105cm-2と同等であり、III族窒化物結晶の成長の際に転位の増殖が抑制された。結果を表1にまとめた。
(Example 3)
A GaN crystal (Group III nitride crystal 10) was grown in the same manner as in Example 1 except that metal Cu was used as the metal for reducing the crystal growth rate. The thickness of the obtained GaN crystal was 108 μm. That is, the growth rate of the GaN crystal was 0.3 μm / hr. The average dislocation density in the plane 10t of the GaN crystal (group III nitride crystal 10) having a crystal growth thickness T of 100 μm is 5 × 10 5 cm −2 , and this value is the average dislocation density 5 × in the main surface of the substrate. This is equivalent to 10 5 cm −2, and the growth of dislocations was suppressed during the growth of the group III nitride crystal. The results are summarized in Table 1.

(実施例4)
結晶成長速度を低減する金属として金属Ptを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN結晶(III族窒化物結晶10)を成長させた。得られたGaN結晶の厚さは180μmであった。すなわち、GaN結晶の成長速度は0.5μm/hrであった。このGaN結晶(III族窒化物結晶10)の結晶成長厚さTが100μmの平面10tにおける平均転位密度は5×105cm-2であり、この値は基板の主面における平均転位密度5×105cm-2と同等であり、III族窒化物結晶の成長の際に転位の増殖が抑制された。結果を表1にまとめた。
Example 4
A GaN crystal (Group III nitride crystal 10) was grown in the same manner as in Example 1 except that metal Pt was used as the metal for reducing the crystal growth rate. The thickness of the obtained GaN crystal was 180 μm. That is, the growth rate of the GaN crystal was 0.5 μm / hr. The average dislocation density in the plane 10t of the GaN crystal (group III nitride crystal 10) having a crystal growth thickness T of 100 μm is 5 × 10 5 cm −2 , and this value is the average dislocation density 5 × in the main surface of the substrate. This is equivalent to 10 5 cm −2, and the growth of dislocations was suppressed during the growth of the group III nitride crystal. The results are summarized in Table 1.

(実施例5)
結晶成長速度を低減する金属として金属Inを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN結晶(III族窒化物結晶10)を成長させた。得られたGaN結晶の厚さは72μmであった。すなわち、GaN結晶の成長速度は0.2μm/hrであった。このGaN結晶(III族窒化物結晶10)の結晶成長厚さTが50μmの平面10tにおける平均転位密度は5×105cm-2であり、この値は基板の主面における平均転位密度5×105cm-2と同等であり、III族窒化物結晶の成長の際に転位の増殖が抑制された。結果を表1にまとめた。
(Example 5)
A GaN crystal (Group III nitride crystal 10) was grown in the same manner as in Example 1 except that metal In was used as the metal for reducing the crystal growth rate. The thickness of the obtained GaN crystal was 72 μm. That is, the growth rate of the GaN crystal was 0.2 μm / hr. The average dislocation density in the plane 10t of the GaN crystal (group III nitride crystal 10) having a crystal growth thickness T of 50 μm is 5 × 10 5 cm −2 , and this value is the average dislocation density 5 × in the main surface of the substrate. This is equivalent to 10 5 cm −2, and the growth of dislocations was suppressed during the growth of the group III nitride crystal. The results are summarized in Table 1.

(実施例6)
結晶成長速度を低減する金属として金属Snを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN結晶(III族窒化物結晶10)を成長させた。得られたGaN結晶の厚さは180μmであった。すなわち、GaN結晶の成長速度は0.5μm/hrであった。このGaN結晶(III族窒化物結晶10)の結晶成長厚さTが100μmの平面10tにおける平均転位密度は8×105cm-2であり、この値は基板の主面における平均転位密度5×105cm-2に比べてわずかに増加していたが、III族窒化物結晶の成長の際に転位の増殖がかなり抑制された。結果を表1にまとめた。
(Example 6)
A GaN crystal (Group III nitride crystal 10) was grown in the same manner as in Example 1 except that metal Sn was used as the metal for reducing the crystal growth rate. The thickness of the obtained GaN crystal was 180 μm. That is, the growth rate of the GaN crystal was 0.5 μm / hr. The average dislocation density in the plane 10t of the GaN crystal (group III nitride crystal 10) having a crystal growth thickness T of 100 μm is 8 × 10 5 cm −2 , and this value is the average dislocation density 5 × in the main surface of the substrate. Although it increased slightly compared with 10 5 cm −2 , the growth of dislocations was considerably suppressed during the growth of the group III nitride crystal. The results are summarized in Table 1.

(実施例7)
結晶成長速度を低減する金属として金属Pbを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN結晶(III族窒化物結晶10)を成長させた。得られたGaN結晶の厚さは180μmであった。すなわち、GaN結晶の成長速度は0.5μm/hrであった。このGaN結晶(III族窒化物結晶10)の結晶成長厚さTが100μmの平面10tにおける平均転位密度は9×105cm-2であり、この値は基板の主面における平均転位密度5×105cm-2に比べてわずかに増加していたが、III族窒化物結晶の成長の際に転位の増殖がかなり抑制された。結果を表1にまとめた。
(Example 7)
A GaN crystal (Group III nitride crystal 10) was grown in the same manner as in Example 1 except that metal Pb was used as the metal for reducing the crystal growth rate. The thickness of the obtained GaN crystal was 180 μm. That is, the growth rate of the GaN crystal was 0.5 μm / hr. The average dislocation density in the plane 10t of the GaN crystal (group III nitride crystal 10) having a crystal growth thickness T of 100 μm is 9 × 10 5 cm −2 , and this value is the average dislocation density 5 × in the main surface of the substrate. Although it increased slightly compared with 10 5 cm −2 , the growth of dislocations was considerably suppressed during the growth of the group III nitride crystal. The results are summarized in Table 1.

(実施例8)
結晶成長速度を低減する金属として金属Biを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN結晶(III族窒化物結晶10)を成長させた。得られたGaN結晶の厚さは144μmであった。すなわち、GaN結晶の成長速度は0.4μm/hrであった。このGaN結晶(III族窒化物結晶10)の結晶成長厚さTが100μmの平面10tにおける平均転位密度は7×105cm-2であり、この値は基板の主面における平均転位密度5×105cm-2に比べてわずかに増加していたが、III族窒化物結晶の成長の際に転位の増殖がかなり抑制された。結果を表1にまとめた。
(Example 8)
A GaN crystal (Group III nitride crystal 10) was grown in the same manner as in Example 1 except that metal Bi was used as the metal for reducing the crystal growth rate. The thickness of the obtained GaN crystal was 144 μm. That is, the growth rate of the GaN crystal was 0.4 μm / hr. The average dislocation density in the plane 10t of the GaN crystal (group III nitride crystal 10) having a crystal growth thickness T of 100 μm is 7 × 10 5 cm −2 , and this value is the average dislocation density 5 × in the main surface of the substrate. Although it increased slightly compared with 10 5 cm −2 , the growth of dislocations was considerably suppressed during the growth of the group III nitride crystal. The results are summarized in Table 1.

Figure 2010024124
Figure 2010024124

表1を参照して、下地基板の主面に、III族金属とアルカリ金属とIII族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属と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、主面上にIII族窒化物結晶を成長させることにより、転位の増殖を抑制しながらIII族窒化物結晶を成長させることが可能となり、平均転位密度が低いIII族窒化物結晶が得られた。   Referring to Table 1, the main surface of the base substrate is brought into contact with a solution in which a nitrogen-containing gas is dissolved in a solvent containing a group III metal, an alkali metal, and a metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal. Thus, by growing a group III nitride crystal on the main surface, it becomes possible to grow a group III nitride crystal while suppressing the growth of dislocations, and a group III nitride crystal having a low average dislocation density is obtained. It was.

なお、実施例6〜実施例8で得られたGaN結晶は、実施例1〜実施例5で得られたGaN結晶に比べて、結晶成長面のモフォロジーにわずかながら凹凸が見られ平坦性が損なわれていた。かかる結晶成長面のモフォロジーの差異が平均転位密度の差異に影響を与えたのかもしれない。   In addition, the GaN crystals obtained in Examples 6 to 8 were slightly uneven as compared to the GaN crystals obtained in Examples 1 to 5, and the flatness was impaired. It was. The difference in the morphology of the crystal growth surface may have influenced the difference in the average dislocation density.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明にかかる成長方法により得られたIII族窒化物結晶およびこの結晶を基板として他の成長方法により得られるIII族窒化物結晶は、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、HEMT(高電子移動度トランジスタ)などの電子素子、微小電子源(エミッタ)、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視-紫外光検出器などの半導体センサ、SAW(表面弾性波)デバイス、振動子、共振子、発振器、MEMS(Micro Electro Mechanical System)部品、圧電アクチュエータなどのデバイス用の基板として広く用いられる。   A group III nitride crystal obtained by the growth method according to the present invention and a group III nitride crystal obtained by another growth method using this crystal as a substrate are light emitting elements such as light emitting diodes and laser diodes, rectifiers, bipolar transistors, Electronic devices such as field effect transistors and HEMTs (high electron mobility transistors), micro electron sources (emitters), temperature sensors, pressure sensors, radiation sensors, semiconductor sensors such as visible-ultraviolet light detectors, SAW (surface acoustic waves) It is widely used as a substrate for devices such as devices, vibrators, resonators, oscillators, MEMS (Micro Electro Mechanical System) parts, and piezoelectric actuators.

本発明にかかるIII族窒化物結晶の成長方法および成長装置の一実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment of the growth method and growth apparatus of the group III nitride crystal concerning this invention. 図1のII部分を拡大した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing to which the II part of FIG. 1 was expanded.

符号の説明Explanation of symbols

1 下地基板、1a III族窒化物種結晶、1b 基礎基板、1m 主面、3 溶媒、5 窒素含有ガス、7 加圧用ガス、10 III族窒化物結晶、10g 結晶成長表面、10t 平面、21 内容器、23 結晶成長容器、24 蓋、25 ヒータ、27 断熱材、29 外容器、31 窒素含有ガス供給装置、33 加圧用ガス供給装置、35 真空排気装置、41 第1の配管、41a バルブより内容器側の部分、41b バルブより窒素含有ガス供給装置側の部分、41p,43p 圧力計、41v,43v,45v,47v バルブ、43 第2の配管、43a,45a バルブより外容器側の部分、43b バルブより加圧用ガス供給装置側の部分、45 第3の配管、45b バルブより真空排気装置側の部分、47 第4の配管。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base substrate, 1a Group III nitride seed crystal, 1b Base substrate, 1m main surface, 3 Solvent, 5 Nitrogen-containing gas, 7 Gas for pressurization, 10 Group III nitride crystal, 10 g Crystal growth surface, 10t plane, 21 inner container , 23 Crystal growth vessel, 24 lid, 25 heater, 27 heat insulating material, 29 outer vessel, 31 nitrogen-containing gas supply device, 33 pressurization gas supply device, 35 vacuum exhaust device, 41 first piping, 41a inner vessel from valve Side part, 41b valve side nitrogen-containing gas supply side part, 41p, 43p pressure gauge, 41v, 43v, 45v, 47v valve, 43 second piping, 43a, 45a valve side part, outer container side part, 43b valve A portion closer to the pressurizing gas supply device, 45 third piping, a portion closer to the vacuum exhaust device than the 45b valve, 47 a fourth piping.

Claims (7)

液相法によるIII族窒化物結晶の成長方法であって、
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板の主面に、III族金属とアルカリ金属と前記III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属と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と、を備えるIII族窒化物結晶の成長方法。
A method for growing a group III nitride crystal by a liquid phase method,
Preparing a base substrate;
Contacting the main surface of the base substrate with a solution in which a nitrogen-containing gas is dissolved in a solvent containing a group III metal, an alkali metal, and a metal that reduces the crystal growth rate of the group III nitride crystal; Growing a group III nitride crystal thereon, a method for growing a group III nitride crystal.
前記III族窒化物結晶の結晶成長速度は、前記III族窒化物結晶の転位が増殖を始める臨界結晶成長速度未満である請求項1に記載のIII族窒化物結晶の成長方法。   2. The method for growing a group III nitride crystal according to claim 1, wherein a crystal growth rate of the group III nitride crystal is less than a critical crystal growth rate at which dislocations of the group III nitride crystal start to grow. 前記アルカリ金属は、NaおよびLiの少なくともいずれかを含む請求項1または請求項2に記載のIII族窒化物結晶の成長方法。   The method for growing a group III nitride crystal according to claim 1 or 2, wherein the alkali metal includes at least one of Na and Li. 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3までのいずれかに記載のIII族窒化物結晶の成長方法。   The method for growing a group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein the group III nitride crystal is a GaN crystal. 前記III族窒化物結晶の結晶成長速度を低減する金属は、遷移金属、Ge、Sn、PbおよびBiからなる群から選ばれる少なくとも1種類の金属を含む請求項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。   The metal for reducing the crystal growth rate of the group III nitride crystal includes at least one metal selected from the group consisting of transition metals, Ge, Sn, Pb, and Bi. 3. A method for growing a group III nitride crystal according to 1. 前記GaN結晶の結晶成長速度を低減する金属はInを含む請求項4に記載のIII族窒化物結晶の成長方法。   The method for growing a group III nitride crystal according to claim 4, wherein the metal that reduces the crystal growth rate of the GaN crystal contains In. 前記III族窒化物結晶の結晶成長速度は、0.05μm/hr以上2μm/hr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。   The method for growing a group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 6, wherein a crystal growth rate of the group III nitride crystal is 0.05 µm / hr or more and 2 µm / hr or less.
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