JP2010126392A - Method for producing nitride single crystal body - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a nitride single crystal body from which a large diameter nitride single crystal substrate can be obtained. <P>SOLUTION: The method for producing the nitride single crystal body is the one for forming a bulky nitride single crystal body 7 on a seed substrate 5 by a vapor deposition method. The method includes: a process for heating the seed substrate 5; and a process for supplying a raw gas to the seed substrate 5 from a direction A parallel to or inclined from the seed substrate 5 and supplying the same raw gas as the raw gas supplied from the direction A to the seed substrate from such a direction B that the angle between the seed substrate 5 and itself is different from the angle between the seed substrate 5 and the direction A while rotating the seed substrate 5. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、種基板の表面にバルク状の窒化物単結晶体を作製する窒化物単結晶体の製造方法に関し、特に、発光ダイオード(LED),半導体レーザ(LD)等の発光素子,トランジスタ,パワーFET(Field Effect Transistor)等のパワーデバイス等の電子素子に適用される窒化物単結晶体の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a nitride single crystal manufacturing method for producing a bulk nitride single crystal on the surface of a seed substrate, and in particular, a light emitting element such as a light emitting diode (LED) or a semiconductor laser (LD), a transistor, The present invention relates to a method for manufacturing a nitride single crystal applied to an electronic device such as a power device such as a power FET (Field Effect Transistor).

GaN,AlGaN等の窒化物単結晶体は、高融点であること、N(窒素)の平衡蒸気圧が高いことなどから、液相からのバルク状の単結晶の製造が困難である。そのため、種基板上に、窒化物から成る薄膜を気相成長させて、その薄膜を各種デバイス用に利用している。   Nitride single crystals such as GaN and AlGaN have a high melting point and a high equilibrium vapor pressure of N (nitrogen), making it difficult to produce a bulk single crystal from the liquid phase. Therefore, a thin film made of nitride is vapor-phase grown on the seed substrate, and the thin film is used for various devices.

近年、ハイドライド気相成長法(HVPE法;Hydride Vapor Phase Epitaxy 法)などの気相成長法によって、自立型の窒化物単結晶体の基板の実用化が始まっている(例えば、特許文献1参照)。このような自立型の窒化物単結晶基板は、例えば、その上に有機金属化学気相成長(MOCVD)法などにより、窒化物単結晶体の半導体を積層させることができるため、非常に有用である。
特開2000−12900号公報
In recent years, a substrate of a self-standing nitride single crystal has been put into practical use by a vapor phase growth method such as a hydride vapor phase growth method (HVPE method) (see, for example, Patent Document 1). . Such a self-standing nitride single crystal substrate is very useful because a nitride single crystal semiconductor can be stacked thereon by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). is there.
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-12900

窒化物単結晶基板は、気相成長法により成長させた窒化物単結晶体から切り出すことにより得られる。しかし、得られた窒化物単結晶体は、結晶欠陥(転位)の発生、窒化物体の割れが顕著になるため、種基板よりも大口径な窒化物単結晶基板(2インチを超えるサイズ)は未だに得られていない。   The nitride single crystal substrate is obtained by cutting out from a nitride single crystal grown by a vapor phase growth method. However, in the obtained nitride single crystal, the generation of crystal defects (dislocations) and the cracking of nitrided objects become prominent, so a nitride single crystal substrate (size larger than 2 inches) larger than the seed substrate is not It has not been obtained yet.

従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、大口径の窒化物単結晶基板を得ることができる窒化物単結晶体の製造方法を提供することである。   Accordingly, the present invention has been completed in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a method for producing a nitride single crystal capable of obtaining a large-diameter nitride single crystal substrate. It is.

本発明の窒化物単結晶体の製造方法は、気相成長法によって種基板にバルク状の窒化物単結晶体を作製する窒化物単結晶体の製造方法であって、前記種基板を加熱する工程と、前記種基板を回転させながら、前記種基板に対して平行または傾斜する方向Aから原料ガスを前記種基板に供給し、前記種基板となす角度が前記方向Aと異なる方向Bから前記原料ガスと同一の原料ガスを前記種基板に供給する工程と、を具備する。   The method for producing a nitride single crystal according to the present invention is a method for producing a nitride single crystal in which a bulk nitride single crystal is produced on a seed substrate by vapor deposition, and the seed substrate is heated. A source gas is supplied to the seed substrate from a direction A that is parallel to or inclined with respect to the seed substrate while rotating the seed substrate, and an angle formed with the seed substrate from a direction B different from the direction A Supplying the same source gas as the source gas to the seed substrate.

前記気相成長法はハイドライド気相成長法であることが好ましい。   The vapor deposition method is preferably a hydride vapor deposition method.

前記種基板は窒化物単結晶体であることが好ましい。   The seed substrate is preferably a nitride single crystal.

前記方向Aは、前記種基板の上方に向くことが好ましい。   The direction A is preferably directed upward of the seed substrate.

前記方向Bは前記種基板に対して垂直な方向であることが好ましい。   The direction B is preferably a direction perpendicular to the seed substrate.

前記種基板の主面は(001)面であることが好ましい。   The main surface of the seed substrate is preferably a (001) plane.

本発明によれば、気相成長法による窒化物単結晶体の製造方法において、種基板を回転させながら、前記種基板に対して平行または傾斜する方向Aと、前記種基板となす角度が前記方向Aと異なる方向Bと、の二方向から同一の原料ガスを前記種基板に供給することにより、成長させた結晶の側面においても結晶成長可能な原料ガスの濃度分布を実現でき、縦方向だけではなく横方向への結晶成長が可能となる。そのため、種基板よりも大口径の窒化物単結晶基板を得ることができる。   According to the present invention, in the method for producing a nitride single crystal by a vapor phase growth method, while rotating the seed substrate, a direction A parallel or inclined with respect to the seed substrate and an angle formed with the seed substrate are By supplying the same source gas to the seed substrate from the two directions of the direction A and the direction B different from the direction A, the concentration distribution of the source gas capable of crystal growth can be realized even on the side surface of the grown crystal, and only in the vertical direction. Instead, crystal growth in the lateral direction becomes possible. Therefore, a nitride single crystal substrate having a larger diameter than that of the seed substrate can be obtained.

種基板は窒化物単結晶体であることが好ましい。種基板と成長させる単結晶体とがともに窒化物単結晶体であって同一であり、格子定数の差または熱膨張の差が小さく、さらに、二方向から同一の原料ガスを供給することで、単結晶体の成長工程において転位が結合して消滅するため、種基板よりも転位密度の小さい窒化物単結晶体を得ることができる。   The seed substrate is preferably a nitride single crystal. Both the seed substrate and the single crystal to be grown are the same nitride single crystal, the difference in lattice constant or the difference in thermal expansion is small, and by supplying the same source gas from two directions, Since dislocations combine and disappear in the single crystal growth step, a nitride single crystal having a lower dislocation density than the seed substrate can be obtained.

前記方向Aは、前記種基板の上方に向くことが好ましい。これにより、種基板の上方に成長した単結晶に直接原料ガスを供給することができ、側面の成長を大きくすることができるため、結果として大口径の窒化物単結晶基板を得ることができる。   The direction A is preferably directed upward of the seed substrate. Thereby, the source gas can be directly supplied to the single crystal grown above the seed substrate, and the growth of the side surface can be increased. As a result, a large-diameter nitride single crystal substrate can be obtained.

前記方向Bは前記種基板に対して垂直な方向であることが好ましい。これにより、種基板の成長面に対して原料ガスを高密度に供給することができるため、窒化物単結晶体を迅速に成長させることが可能となる。   The direction B is preferably a direction perpendicular to the seed substrate. Thereby, since the source gas can be supplied with high density to the growth surface of the seed substrate, the nitride single crystal can be rapidly grown.

前記種基板の主面は(001)であることが好ましい。これにより、成長速度が速く、ファセット面が形成されやすくなる。   The main surface of the seed substrate is preferably (001). As a result, the growth rate is fast and the facet surface is easily formed.

本発明の窒化物単結晶体の製造方法について以下に説明する。   The method for producing a nitride single crystal of the present invention will be described below.

図1は本実施の形態の窒化物単結晶体の製造に用いる気相成長装置Sの断面図であり、図2は、種基板5上に窒化物単結晶体7を成長させた図1の気相成長装置Sの断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a vapor phase growth apparatus S used for manufacturing a nitride single crystal according to the present embodiment. FIG. 2 shows a nitride single crystal 7 grown on a seed substrate 5 in FIG. 1 is a cross-sectional view of a vapor phase growth apparatus S. FIG.

図1において、Sは気相成長装置、1aおよび1bは上面原料供給管、2aおよび2bはヒーター、3は石英管、4aおよび4bは側面原料供給管、5は種基板、6はサセプターを示す。図2において、7は窒化物単結晶体を示す。なお、図1および2において、上面原料供給管1aおよび1bは、種基板5に対して垂直な方向から原料ガスを供給する。また、側面原料供給管4aおよび4bは、種基板5に対して平行な方向から原料ガスを供給する。   In FIG. 1, S is a vapor phase growth apparatus, 1a and 1b are upper surface material supply tubes, 2a and 2b are heaters, 3 is a quartz tube, 4a and 4b are side surface material supply tubes, 5 is a seed substrate, and 6 is a susceptor. . In FIG. 2, 7 indicates a nitride single crystal. 1 and 2, the upper surface material supply pipes 1 a and 1 b supply a material gas from a direction perpendicular to the seed substrate 5. Further, the side raw material supply pipes 4 a and 4 b supply the raw material gas from a direction parallel to the seed substrate 5.

本発明は、種基板5にバルク状の窒化物単結晶体7を作製する窒化物単結晶体の製造方法である。ここで、バルク状とは、厚みが1mm以上のものをいう。   The present invention is a method for manufacturing a nitride single crystal in which a bulk nitride single crystal 7 is formed on a seed substrate 5. Here, the bulk shape means a thickness of 1 mm or more.

本発明の製造方法では、気相成長法により窒化物単結晶体を成長させる。本実施の形態の窒化物体の製造方法としては、ハイドライド気相成長法が好ましく用いられる。他に、気相成長法としては有機金属気相成長法(MOVPE法)、昇華法などが挙げられるが、成長速度が速く、品質も良く、バルク状の窒化物単結晶体を作製させやすいという理由によりハイドライド気相成長法が好ましい。   In the production method of the present invention, a nitride single crystal is grown by vapor phase growth. A hydride vapor phase growth method is preferably used as the method for manufacturing the nitride object of the present embodiment. In addition, examples of the vapor phase growth method include a metal organic vapor phase growth method (MOVPE method), a sublimation method, etc., but the growth rate is fast, the quality is good, and a bulk nitride single crystal is easily produced. The hydride vapor phase growth method is preferable for the reason.

本発明の製造方法では、例えば、図1に示すような気相成長装置Sが用いられる。   In the manufacturing method of the present invention, for example, a vapor phase growth apparatus S as shown in FIG. 1 is used.

図1に示すように、サセプター6により支持した状態で種基板5を気相成長装置Sに配置し、本発明の製造方法を用いることにより、図2のような窒化物単結晶体7を成長させることができる。   As shown in FIG. 1, a seed substrate 5 is placed in a vapor phase growth apparatus S while being supported by a susceptor 6, and a nitride single crystal 7 as shown in FIG. 2 is grown by using the manufacturing method of the present invention. Can be made.

本発明の製造方法では、まず種基板5を加熱する。具体的には、気相成長装置S内のヒーター2aおよび2bを700℃以上に加熱する。ヒーター2aおよび2bは単結晶成長時には1000〜1300℃に温度設定して、サセプター6と種基板5を加熱する。   In the manufacturing method of the present invention, the seed substrate 5 is first heated. Specifically, the heaters 2a and 2b in the vapor phase growth apparatus S are heated to 700 ° C. or higher. The heaters 2a and 2b set the temperature to 1000 to 1300 ° C. during single crystal growth to heat the susceptor 6 and the seed substrate 5.

種基板5の形状としては、円板状、矩形状、角錐台形状などが挙げられる。種基板5が円板状の場合、直径は50〜100mm、厚みは0.1〜1mmである。   Examples of the shape of the seed substrate 5 include a disc shape, a rectangular shape, and a truncated pyramid shape. When the seed substrate 5 is disc-shaped, the diameter is 50 to 100 mm and the thickness is 0.1 to 1 mm.

種基板の主面は成長面であることが好ましく、具体的に、(001)面、(100)面などが挙げられる。とくに、成長速度が速く、ファセット面が形成されやすいため、(001)面が好ましい。   The main surface of the seed substrate is preferably a growth surface, and specific examples include (001) surface and (100) surface. In particular, the (001) plane is preferable because the growth rate is fast and the facet plane is easily formed.

種基板5としては、具体的には、GaN,AlGaN、AlNなどの窒化物半導体を用いることができる。また、サファイア、SiCなども用いることができる。なかでも、成長させる窒化物単結晶体との格子定数差が小さく、転位の発生が少ないことから、種基板5としては、窒化物半導体が好ましい。   Specifically, a nitride semiconductor such as GaN, AlGaN, or AlN can be used as the seed substrate 5. Moreover, sapphire, SiC, etc. can also be used. Among these, a nitride semiconductor is preferable as the seed substrate 5 because the difference in lattice constant from the nitride single crystal to be grown is small and the occurrence of dislocations is small.

本発明の製造方法では、種基板5を回転させながら、種基板5に対して平行または傾斜する方向Aから原料ガスを種基板5に供給し、種基板5に対して垂直な方向Bから原料ガスと同一の原料ガスを種基板5に供給する工程を含む。この工程は図3および4を用いて説明する。なお、図3は、図1の気相成長装置Sの一部を示す拡大断面図である。また、図4は、図1の気相成長装置Sと形態の異なる原料供給管を有する気相成長装置Sの一部を示す拡大断面図である。具体的に、図3は、種基板5に対して平行な方向Aから原料ガスを種基板5に供給する場合を、図4は、種基板5に対して傾斜する方向Aから原料ガスを種基板5に供給する場合をそれぞれ示す。なお、図3および図4の気相成長装置Sは、窒化物単結晶体7を成長させている途中の状態を示す。図3および図4のいずれの場合も、種基板5に対して垂直な方向Bから原料ガスを供給している。なお、方向Bは種基板5に対して垂直な方向であることが好ましいが、本発明ではそれに限定されず、方向Bは、種基板5となす角度が方向Aと異なり、かつ、種基板5に対して原料ガスを供給できる方向であればよい。   In the manufacturing method of the present invention, while the seed substrate 5 is rotated, the source gas is supplied to the seed substrate 5 from the direction A parallel or inclined with respect to the seed substrate 5, and the source gas is supplied from the direction B perpendicular to the seed substrate 5. A step of supplying the same source gas as the gas to the seed substrate 5. This process will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the vapor phase growth apparatus S of FIG. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the vapor phase growth apparatus S having a raw material supply pipe having a different form from the vapor phase growth apparatus S of FIG. Specifically, FIG. 3 shows a case where the source gas is supplied to the seed substrate 5 from the direction A parallel to the seed substrate 5, and FIG. 4 shows that the source gas is seeded from the direction A inclined with respect to the seed substrate 5. The case where it supplies to the board | substrate 5 is shown, respectively. 3 and 4 shows a state in the middle of growing the nitride single crystal 7. 3 and 4, the source gas is supplied from the direction B perpendicular to the seed substrate 5. The direction B is preferably a direction perpendicular to the seed substrate 5, but is not limited to this in the present invention. The direction B is different from the direction A in the angle formed with the seed substrate 5 and the seed substrate 5. As long as the raw material gas can be supplied to the surface.

方向Aと方向Bとがなす角度としては45°以上が好ましい。これにより、縦方向だけでなく、横方向に対しても窒化物単結晶を成長させることができる。   The angle formed by the direction A and the direction B is preferably 45 ° or more. Thereby, the nitride single crystal can be grown not only in the vertical direction but also in the horizontal direction.

ここで、「種基板に対して平行な方向」および「種基板に対して垂直な方向」は、それぞれ誤差として±5°の範囲内であれば問題はない。また、「種基板に対して傾斜する方向」は、種基板5に対して5〜45°傾斜したものをいう。さらに、「種基板5に対して」とは、「種基板5の主面(成長主面)に対して」を意味する。   Here, there is no problem if the “direction parallel to the seed substrate” and the “direction perpendicular to the seed substrate” are within an error range of ± 5 °. Further, the “direction inclined with respect to the seed substrate” refers to a direction inclined by 5 to 45 ° with respect to the seed substrate 5. Further, “to the seed substrate 5” means “to the main surface (growth main surface) of the seed substrate 5”.

気相成長装置S内に供給されて窒化物体を成長させる原料ガスは、アンモニア(NH)ガス,塩化ガリウム(GaCl)ガス,塩化水素(HCl)ガス等であり、さらに窒素(N2)ガス,水素(H)ガス,シラン(SiH4)ガス等を含んでいてもよい。 The source gas supplied into the vapor phase growth apparatus S for growing a nitride body is ammonia (NH 3 ) gas, gallium chloride (GaCl) gas, hydrogen chloride (HCl) gas, or the like, and also nitrogen (N 2 ) gas. , Hydrogen (H 2 ) gas, silane (SiH 4 ) gas, or the like may be included.

塩化水素ガスを用いる場合、塩化水素は気相成長装置Sでガリウム金属と800℃程度の温度で反応させて塩化ガリウム(GaCl)ガスとして供給される。これにアンモニアガスを供給して混合させて、種基板5に供給することによって種基板5の表面に窒化物単結晶体8を成長させる。アンモニアガスと塩化水素ガスの流量比は、アンモニアガスの流量が塩化水素ガスの流量の15〜30倍程度である。15〜30倍程度とすることによって、GaN単結晶体の成長速度を高めることができ、また、柱状結晶の成長が起こりGaN単結晶体中の転位の増加を抑えることができる。   When hydrogen chloride gas is used, hydrogen chloride is reacted with gallium metal at a temperature of about 800 ° C. in the vapor phase growth apparatus S and supplied as gallium chloride (GaCl) gas. The ammonia single crystal 8 is grown on the surface of the seed substrate 5 by supplying ammonia gas to the mixture and supplying it to the seed substrate 5. The flow rate ratio of ammonia gas to hydrogen chloride gas is such that the flow rate of ammonia gas is about 15 to 30 times the flow rate of hydrogen chloride gas. By setting the ratio to about 15 to 30 times, the growth rate of the GaN single crystal can be increased, and the growth of the columnar crystal can be suppressed to suppress the increase of dislocations in the GaN single crystal.

GaNの単結晶体を作製する場合の具体例を、図3をもとに説明する。上面原料供給管1aおよび側面原料供給管4aから塩化ガリウムガスを供給し、上面原料供給管1bおよび側面原料供給管4bからは、もう一つの原料ガスであるアンモニアを供給する。この場合、方向AおよびBはいずれも、塩化ガリウムガスとアンモニアが供給されることになり、同一の原料ガスが供給されることになる。   A specific example of producing a GaN single crystal will be described with reference to FIG. Gallium chloride gas is supplied from the upper surface material supply pipe 1a and the side surface material supply pipe 4a, and ammonia, which is another material gas, is supplied from the upper surface material supply pipe 1b and the side surface material supply pipe 4b. In this case, in both directions A and B, gallium chloride gas and ammonia are supplied, and the same raw material gas is supplied.

種基板5はサセプターによって回転しているため、上面原料供給管1aおよび1bから異なる原料ガスを供給し、さらに、側面原料供給管4aおよび4bから異なる原料ガスを供給したとしても、回転により種基板5に満遍なく均一に原料ガスを供給することができる。なお、種基板5の回転数は5〜50rpmである。   Since the seed substrate 5 is rotated by the susceptor, even if different source gases are supplied from the upper surface source supply pipes 1a and 1b and further different source gases are supplied from the side surface source supply pipes 4a and 4b, the seed substrate is rotated by rotation. The material gas can be supplied evenly and evenly. In addition, the rotation speed of the seed substrate 5 is 5-50 rpm.

このように、種基板5および成長途中の窒化物単結晶体7に、方向Aおよび方向Bから同一の原料ガスが供給されるため、窒化物単結晶体7を縦方向のみならず横方向に成長させることができ、大口径のGaNの単結晶基板を得ることができる。   In this way, since the same source gas is supplied from the direction A and the direction B to the seed substrate 5 and the growing nitride single crystal 7, the nitride single crystal 7 is not only vertically oriented but also laterally oriented. A large-diameter GaN single crystal substrate can be obtained.

逆に、上面原料供給管1aおよび1bから塩化ガリウムガスを供給し、側面原料供給管4aおよび4bからアンモニアを供給するように、方向Aおよび方向Bで原料ガスが異なる場合は、GaN結晶側面での塩化ガリウム滞留時間が短くなるため横方向へのGaNの単結晶体の成長が困難となり、大口径のGaNの単結晶基板を得ることができなくなる。   On the contrary, when the source gas is different in the direction A and the direction B such that gallium chloride gas is supplied from the upper surface material supply pipes 1a and 1b and ammonia is supplied from the side surface material supply pipes 4a and 4b, Since the gallium chloride residence time becomes shorter, it becomes difficult to grow a GaN single crystal in the lateral direction, and a large-diameter GaN single crystal substrate cannot be obtained.

また、上面原料供給管1aおよび1bからアンモニアを供給し、側面原料供給管4aおよび4bから塩化ガリウムガスを供給する場合は、GaN結晶近傍で均一にガスが混合しないという理由により、大口径のGaNの単結晶基板を得ることができなくなる。   Also, when ammonia is supplied from the upper surface material supply pipes 1a and 1b and gallium chloride gas is supplied from the side surface material supply pipes 4a and 4b, the large-diameter GaN is used because the gas is not mixed uniformly in the vicinity of the GaN crystal. It becomes impossible to obtain a single crystal substrate.

方向Aは、種基板5の上方、つまり、成長途中の窒化物単結晶体7に向くように位置していることが好ましい。これにより、種基板の上方に成長した単結晶に直接原料ガスを供給することができ、側面の成長を大きくすることができるため、結果として大口径の窒化物単結晶基板を得ることができる。   The direction A is preferably located above the seed substrate 5, that is, so as to face the nitride single crystal 7 that is being grown. Thereby, the source gas can be directly supplied to the single crystal grown above the seed substrate, and the growth of the side surface can be increased. As a result, a large-diameter nitride single crystal substrate can be obtained.

図4では、前述したように、方向Aが種基板5に対して傾斜している。図4では、上面原料供給管1aおよび斜面原料供給管8aから塩化ガリウムガスを供給し、上面原料供給管1bおよび斜面原料供給管8bからは、もう一つの原料ガスであるアンモニアを供給する。この場合でも、方向AおよびBのいずれにも塩化ガリウムガスおよびアンモニアが供給され、方向AおよびB共に同一の原料ガスが供給され、窒化物単結晶体7を縦方向のみならず横方向に成長させることができる。これにより、大口径のGaNの単結晶基板を得ることができる。   In FIG. 4, the direction A is inclined with respect to the seed substrate 5 as described above. In FIG. 4, gallium chloride gas is supplied from the upper surface material supply pipe 1a and the slope material supply pipe 8a, and ammonia, which is another material gas, is supplied from the upper surface material supply pipe 1b and the slope material supply pipe 8b. Even in this case, gallium chloride gas and ammonia are supplied in both directions A and B, and the same source gas is supplied in both directions A and B, so that nitride single crystal 7 is grown not only in the vertical direction but also in the horizontal direction. Can be made. Thereby, a large-diameter GaN single crystal substrate can be obtained.

なお、本発明において、方向Aは、種基板5に対して傾斜する方向であるよりも、種基板5に対して平行する方向であることが好ましい。方向Aが種基板5に対して平行であることにより、窒化物単結晶体7を横方向に大きく成長させることができるため、より大口径のGaNの単結晶基板を得ることができる。   In the present invention, the direction A is preferably a direction parallel to the seed substrate 5 rather than a direction inclined with respect to the seed substrate 5. When the direction A is parallel to the seed substrate 5, the nitride single crystal 7 can be greatly grown in the lateral direction, so that a larger-diameter GaN single crystal substrate can be obtained.

窒化物単結晶基板は、種基板5上に成長させた窒化物単結晶体7から、例えば、以下の方法により取り出すことができる。   The nitride single crystal substrate can be taken out from the nitride single crystal 7 grown on the seed substrate 5 by the following method, for example.

まず、種基板5に成長させた窒化物単結晶体7を種基板5とともに気相成長装置Sから取り出し、窒化物単結晶体7の外周を研削して、所望の大きさとなるようにする。研削には例えば、ダイアモンド砥石などを使用する。そして、研削された窒化物単結晶体7の両面を研磨する。研磨には、例えば、ダイアモンド砥粒またはSiC砥粒を用いて粗研磨した後に、例えば、コロイダルシリカなどを用いて表面を鏡面研磨する。   First, the nitride single crystal 7 grown on the seed substrate 5 is taken out of the vapor phase growth apparatus S together with the seed substrate 5, and the outer periphery of the nitride single crystal 7 is ground to a desired size. For example, a diamond grindstone is used for grinding. Then, both surfaces of the ground nitride single crystal 7 are polished. For polishing, for example, rough polishing is performed using diamond abrasive grains or SiC abrasive grains, and then the surface is mirror-polished using, for example, colloidal silica.

以上より、光学素子、電子素子に適用される窒化物単結晶基板を製造することができる。   From the above, a nitride single crystal substrate applied to an optical element and an electronic element can be manufactured.

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の窒化物単結晶体の製造方法の実施例について以下に説明する。
(実施例1)
図1に示す気相成長装置Sを用いてGaNの単結晶体を製造した。種基板5として、直径52mm、厚み0.4mm、主面が(001)面の円板状GaN単結晶から成るものを用いた。気相成長装置Sである石英管3内(内径85mm)に設置された、外径60mm、厚さ20mmであり、SiCを0.2mmコーティングしたグラファイトから成るサセプター6に、種基板5の成長面が上向きになるように固定した。
Examples of the method for producing a nitride single crystal according to the present invention will be described below.
Example 1
A single crystal of GaN was manufactured using the vapor phase growth apparatus S shown in FIG. A seed substrate 5 made of a disk-shaped GaN single crystal having a diameter of 52 mm, a thickness of 0.4 mm, and a main surface of (001) plane was used. The growth surface of the seed substrate 5 is placed on a susceptor 6 made of graphite having an outer diameter of 60 mm and a thickness of 20 mm and coated with 0.2 mm of SiC, which is installed in the quartz tube 3 (inner diameter 85 mm) as the vapor phase growth apparatus S. Was fixed to face upward.

次に、ヒーター2aおよび2bに通電して石英管内を加熱し、種基板5の温度を1100℃程度に制御しながら、サセプター6を10rpmで回転させた。原料供給管1aと側面原料供給管4aとからGaClガスを30cc/分の量で供給した。また、ほぼ同時に原料供給管1bと側面原料供給管4bとからアンモニアガスを800cc/分の量で供給した。これにより、GaNの単結晶体の成長を開始し、成長厚み30mmまで結晶成長を行った。得られたGaNの単結晶体の外径は62mmであった。   Next, the heaters 2a and 2b were energized to heat the inside of the quartz tube, and the susceptor 6 was rotated at 10 rpm while controlling the temperature of the seed substrate 5 to about 1100 ° C. GaCl gas was supplied in an amount of 30 cc / min from the raw material supply pipe 1a and the side surface raw material supply pipe 4a. At almost the same time, ammonia gas was supplied in an amount of 800 cc / min from the raw material supply pipe 1b and the side surface raw material supply pipe 4b. Thereby, the growth of a single crystal of GaN was started, and the crystal was grown to a growth thickness of 30 mm. The outer diameter of the obtained single crystal of GaN was 62 mm.

結晶成長終了後、気相成長装置SからGaNの単結晶体を取り出し、ダイアモンド砥石を使用して外周研削した。その後、外周研削したGaNの単結晶体をダイアモンド砥粒が固着したワイヤを用いて、ワイヤーソーにより厚み0.6mmに複数枚切断し、GaNの単結晶基板を得た。   After the completion of the crystal growth, a single crystal of GaN was taken out from the vapor phase growth apparatus S, and peripheral grinding was performed using a diamond grindstone. Thereafter, a plurality of GaN single crystals obtained by grinding the outer periphery were cut into a thickness of 0.6 mm with a wire saw using a wire having diamond abrasive grains fixed thereon, to obtain a GaN single crystal substrate.

次に、ワイヤーソーにより切り出したGaN単結晶基板の両面をダイアモンド砥粒を用いて粗研磨し、さらに、コロイダルシリカを用いて、結晶成長に用いる面をメカノケミカル研磨して鏡面加工することにより、直径56mm、厚み0.4mmのGaN単結晶基板のウェハを作製できた。   Next, both sides of the GaN single crystal substrate cut out by a wire saw are roughly polished using diamond abrasive grains, and further, by using colloidal silica, the surface used for crystal growth is mechanochemically polished and mirror-finished, A GaN single crystal substrate wafer having a diameter of 56 mm and a thickness of 0.4 mm could be produced.

以上のようにして作製したGaN単結晶基板は元の種基板5よりも大口径であった。また、GaN単結晶基板のウェハ表面をX線トポグラフ像で観察したところ、平均転位密度は5×10cm−2であった。
(実施例2)
実施例1において得られたGaN基板を種基板として、実施例1と同様の方法にて厚み30mmのGaN単結晶体を成長させた後に切断研磨加工を行い、直径56mm、厚み0.4mmのGaN単結晶基板を作製した。
The GaN single crystal substrate produced as described above had a larger diameter than the original seed substrate 5. Further, when the wafer surface of the GaN single crystal substrate was observed with an X-ray topographic image, the average dislocation density was 5 × 10 5 cm −2 .
(Example 2)
Using the GaN substrate obtained in Example 1 as a seed substrate, a GaN single crystal having a thickness of 30 mm was grown by the same method as in Example 1, and then cut and polished, and GaN having a diameter of 56 mm and a thickness of 0.4 mm. A single crystal substrate was produced.

以上のようにして作製した、GaN単結晶基板のウェハ表面をX線トポグラフ像で観察したところ、平均転位密度は2×10cm−2であった。
(比較例1)
側面原料供給管4aおよび4bから原料ガスを供給しなかった以外は実施例1と同じ工程により、GaN単結晶種基板のウェハを作製した。これにより、外径50.2mm、厚み30mmのGaN単結晶体が得られたが、切断研磨加工をした後の基板外径は結果として49mmであり、元の種基板5よりも大口径のものは得られなかった。
(比較例2)
種基板5として、サファイアを用いたところ、成長させたGaN単結晶体は成長厚みが1mmを超えるとクラックを生じた。
When the wafer surface of the GaN single crystal substrate produced as described above was observed with an X-ray topographic image, the average dislocation density was 2 × 10 4 cm −2 .
(Comparative Example 1)
A wafer of a GaN single crystal seed substrate was produced by the same process as in Example 1 except that the raw material gas was not supplied from the side raw material supply tubes 4a and 4b. As a result, a GaN single crystal body having an outer diameter of 50.2 mm and a thickness of 30 mm was obtained, but the substrate outer diameter after cutting and polishing was 49 mm as a result, which was larger than the original seed substrate 5. Was not obtained.
(Comparative Example 2)
When sapphire was used as the seed substrate 5, the grown GaN single crystal cracked when the growth thickness exceeded 1 mm.

本実施の形態の窒化物単結晶体の製造に用いる気相成長装置Sの断面図である。It is sectional drawing of the vapor phase growth apparatus S used for manufacture of the nitride single crystal of this Embodiment. 種基板5上に窒化物単結晶体7を成長させた図1の気相成長装置Sの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the vapor phase growth apparatus S of FIG. 1 in which a nitride single crystal 7 is grown on a seed substrate 5. 図1の気相成長装置Sの一部を示す拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a part of the vapor phase growth apparatus S of FIG. 1. 図1の気相成長装置Sと異なる原料供給管を有する気相成長装置Sの一部を示す拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of a vapor phase growth apparatus S having a raw material supply pipe different from the vapor phase growth apparatus S of FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

S:気相成長装置
1a:上面原料供給管
1b:上面原料供給管
2a:ヒーター
2b:ヒーター
3:石英管
4a:側面原料供給管
4b:側面原料供給管
5:種基板
6:サセプター
7:窒化物単結晶体
8a:斜面原料供給管
8b:斜面原料供給管
A:方向A
B:方向B
S: Vapor growth apparatus 1a: Upper surface material supply tube 1b: Upper surface material supply tube 2a: Heater 2b: Heater 3: Quartz tube 4a: Side surface material supply tube 4b: Side surface material supply tube 5: Seed substrate 6: Susceptor 7: Nitriding Single crystal 8a: slope raw material supply pipe 8b: slope raw material supply pipe A: direction A
B: Direction B

Claims (6)

気相成長法によって種基板にバルク状の窒化物単結晶体を作製する窒化物単結晶体の製造方法であって、
前記種基板を加熱する工程と、
前記種基板を回転させながら、前記種基板に対して平行または傾斜する方向Aから原料ガスを前記種基板に供給し、前記種基板となす角度が前記方向Aと異なる方向Bから前記原料ガスと同一の原料ガスを前記種基板に供給する工程と、
を具備する窒化物単結晶体の製造方法。
A nitride single crystal manufacturing method for producing a bulk nitride single crystal on a seed substrate by vapor deposition,
Heating the seed substrate;
While rotating the seed substrate, a source gas is supplied to the seed substrate from a direction A that is parallel or inclined with respect to the seed substrate, and an angle formed with the seed substrate from a direction B different from the direction A Supplying the same source gas to the seed substrate;
A method for producing a nitride single crystal comprising:
前記気相成長法はハイドライド気相成長法である請求項1記載の窒化物単結晶体の製造方法。   2. The method for producing a nitride single crystal according to claim 1, wherein the vapor phase growth method is a hydride vapor phase growth method. 前記種基板は窒化物単結晶体である請求項1または2記載の窒化物単結晶体の製造方法。   The method for producing a nitride single crystal according to claim 1, wherein the seed substrate is a nitride single crystal. 前記方向Aは、前記種基板の上方に向く請求項1乃至3のいずれか記載の窒化物単結晶体の製造方法。   4. The method for producing a nitride single crystal according to claim 1, wherein the direction A is directed upward of the seed substrate. 5. 前記方向Bは前記種基板に対して垂直な方向である請求項1乃至4のいずれか記載の窒化物単結晶体の製造方法。   The method for producing a nitride single crystal according to claim 1, wherein the direction B is a direction perpendicular to the seed substrate. 前記種基板の主面は(001)面である、請求項1乃至5のいずれか記載の窒化物単結晶体の製造方法。   The method for producing a nitride single crystal according to claim 1, wherein a main surface of the seed substrate is a (001) plane.
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