JP2010024124A - Method for growing group iii nitride crystal - Google Patents
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Abstract
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。
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
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
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、Al2O3(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
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
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
(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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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、Al2O3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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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Al2O3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 (
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Al2O3製の坩堝(結晶成長容器23)を内容器21内に配置した。Al2O3製の坩堝(結晶成長容器23)の上にAl2O3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
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
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
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
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
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
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
(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
(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
(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
(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
(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
(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
(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
(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
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.
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
Claims (7)
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.
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