JP2010132473A - Growth method of gallium nitride crystal and production method of gallium nitride crystal - Google Patents

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知陽 竹山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a growth method of a GaN crystal and a production method of the GaN crystal suppressing growth of a polycrystalline GaN crystal. <P>SOLUTION: The growth method of the GaN crystal includes steps of: preparing a base substrate (step 1); forming a mask layer having an aperture on the base substrate by using a resist (step 2); cleaning the base substrate and the mask layer with an acidic solution (step 3); cleaning the base substrate and the mask layer with an organic solvent (step 4) after the step S3 of cleaning with the acidic solution; and growing the GaN crystal on the base substrate and on the mask layer (step 5). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化ガリウム結晶の成長方法および窒化ガリウム結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for growing a gallium nitride crystal and a method for producing a gallium nitride crystal.

3.4eVのエネルギーバンドギャップおよび高い熱伝導率を有する窒化ガリウム(GaN)基板は、短波長の光デバイスやパワー電子デバイスなどの半導体デバイス用の材料として注目されている。このようなGaN基板の製造方法は、特開2004−304203号公報(特許文献1)などに開示されている。特許文献1には、以下の方法により窒化物半導体基板を製造する方法が開示されている。   Gallium nitride (GaN) substrates having an energy band gap of 3.4 eV and high thermal conductivity have attracted attention as materials for semiconductor devices such as short-wavelength optical devices and power electronic devices. Such a GaN substrate manufacturing method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-304203 (Patent Document 1). Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate by the following method.

図14〜図17は、上記特許文献1のGaN基板の製造工程を模式的に示す断面図である。図14に示すように、まず、異種基板101上に窒化物半導体102が成長される。次に、保護膜103が形成され、さらにレジストが塗布されて、フォトリソグラフィにより二酸化珪素(SiO2)などよりなる保護膜103が窓部を有するように所定形状にエッチングされる。次に、図15に示すように、保護膜103の窓部より窒化物半導体102を核として第1の窒化物半導体104が成長され、第1の窒化物半導体104が保護膜103上に横方向に成長される時、完全に保護膜103を覆う前に第1の窒化物半導体104の成長が止められる。次に、図16に示すように、第1の窒化物半導体104の保護膜103が除去される。次に、図17に示すように、保護膜103が除去された第1の窒化物半導体104上に、第1の窒化物半導体104の上面および側面より第2の窒化物半導体105が成長される。
特開2004−304203号公報
14-17 is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the GaN substrate of the said patent document 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 14, first, a nitride semiconductor 102 is grown on a heterogeneous substrate 101. Next, a protective film 103 is formed, a resist is further applied, and the protective film 103 made of silicon dioxide (SiO 2 ) or the like is etched into a predetermined shape by photolithography so as to have a window portion. Next, as shown in FIG. 15, the first nitride semiconductor 104 is grown from the window portion of the protective film 103 with the nitride semiconductor 102 as a nucleus, and the first nitride semiconductor 104 is laterally formed on the protective film 103. When the first nitride semiconductor 104 is grown, the growth of the first nitride semiconductor 104 is stopped before the protective film 103 is completely covered. Next, as shown in FIG. 16, the protective film 103 of the first nitride semiconductor 104 is removed. Next, as shown in FIG. 17, the second nitride semiconductor 105 is grown on the first nitride semiconductor 104 from which the protective film 103 has been removed from the upper surface and side surfaces of the first nitride semiconductor 104. .
JP 2004-304203 A

図18は、図17の要部拡大図である。図18に示すように、上記特許文献1では、保護膜103上に多結晶の核111が生成されることを、本発明者は見出した。また、多結晶の核111が生成されると、この核111上には、多結晶の第1および第2の窒化物半導体104a、105aが成長してしまうという問題を、本発明者は見出した。   FIG. 18 is an enlarged view of a main part of FIG. As shown in FIG. 18, in the above-mentioned Patent Document 1, the present inventor has found that polycrystalline nuclei 111 are generated on the protective film 103. Further, the inventors have found a problem that when the polycrystalline nucleus 111 is generated, the polycrystalline first and second nitride semiconductors 104a and 105a grow on the nucleus 111. .

したがって、本発明は、多結晶のGaN結晶の成長を抑制できるGaN結晶の成長方法およびGaN結晶の製造方法を提供する。   Therefore, the present invention provides a GaN crystal growth method and a GaN crystal production method capable of suppressing the growth of a polycrystalline GaN crystal.

本発明者は、上記特許文献1で多結晶のGaN結晶が成長するという問題は、保護膜103を形成する際に用いたレジストに由来する反応生成物に起因することを鋭意研究の結果、見い出した。言い換えると、レジスト由来の反応生成物などが下地基板およびマスク層上に残存してしまうと、レジスト由来の反応生成物が多結晶の核111になることを見い出した。つまり、マスク層を用いたGaN結晶の成長方法において、マスク層の形成により、成長するGaN結晶の品質に影響を及ぼすことを本発明者は見出した。そこで、本発明者は、多結晶のGaN結晶の成長を抑制するマスク層の形成の条件を鋭意研究した結果、本発明を見出した。   As a result of earnest research, the present inventor has found that the problem that the polycrystalline GaN crystal grows in Patent Document 1 is caused by a reaction product derived from the resist used in forming the protective film 103. It was. In other words, it has been found that if a reaction product derived from a resist remains on the base substrate and the mask layer, the reaction product derived from the resist becomes a polycrystalline nucleus 111. That is, the present inventor has found that in the method of growing a GaN crystal using a mask layer, the formation of the mask layer affects the quality of the grown GaN crystal. Therefore, the present inventor has found the present invention as a result of earnestly studying the conditions for forming a mask layer that suppresses the growth of polycrystalline GaN crystals.

すなわち、本発明のGaN結晶の成長方法は、以下の工程が実施される。まず、下地基板が準備される。そして、レジストを用いて、下地基板上に開口部を有するマスク層が形成される。そして、下地基板およびマスク層を酸性溶液が洗浄される。そして、酸性溶液で洗浄する工程後に、下地基板およびマスク層を有機溶媒で洗浄される。そして、下地基板およびマスク層上に、GaN結晶が成長される。   That is, the GaN crystal growth method according to the present invention includes the following steps. First, a base substrate is prepared. Then, a mask layer having an opening is formed on the base substrate using a resist. Then, the acidic solution is washed on the base substrate and the mask layer. Then, after the step of washing with the acidic solution, the base substrate and the mask layer are washed with an organic solvent. Then, a GaN crystal is grown on the base substrate and the mask layer.

本発明のGaN結晶の成長方法によれば、酸性溶液で洗浄することによって、下地基板およびマスク層上に残っている反応生成物を、親水性の部分と親油性の部分とに分解し、かつ親水性の部分を溶解できる。その結果、反応生成物の親水性の部分を除去できる。酸性溶液で除去できなかった反応生成物において親油性の部分は親油性の有機溶媒となじみがよいので、有機溶媒で洗浄することによって、反応生成物の親油性の部分を除去できる。このため、下地基板およびマスク層上に残存する反応生成物を親水性の部分と親油性の部分とに分けて除去できるので、原子レベルで反応生成物を除去できる。したがって、この反応生成物を核として多結晶のGaNが成長することを抑制することができる。   According to the GaN crystal growth method of the present invention, by washing with an acidic solution, the reaction product remaining on the base substrate and the mask layer is decomposed into a hydrophilic part and a lipophilic part, and The hydrophilic part can be dissolved. As a result, the hydrophilic part of the reaction product can be removed. In the reaction product that could not be removed by the acidic solution, the lipophilic part is compatible with the lipophilic organic solvent. Therefore, the lipophilic part of the reaction product can be removed by washing with the organic solvent. For this reason, since the reaction product remaining on the base substrate and the mask layer can be removed separately in the hydrophilic portion and the lipophilic portion, the reaction product can be removed at the atomic level. Therefore, it is possible to suppress the growth of polycrystalline GaN using this reaction product as a nucleus.

上記GaN結晶の成長方法において好ましくは、上記酸性溶液で洗浄する工程および上記有機溶媒で洗浄する工程では、酸性溶液および有機溶媒に超音波を印加する。   In the GaN crystal growth method, preferably, in the step of washing with the acidic solution and the step of washing with the organic solvent, ultrasonic waves are applied to the acidic solution and the organic solvent.

これにより、下地基板およびマスク層の表面に付着した微粒子を除去できるので、多結晶の核の発生をより抑制できる。   Thereby, since the fine particles adhering to the surface of the base substrate and the mask layer can be removed, the generation of polycrystalline nuclei can be further suppressed.

上記GaN結晶の成長方法において好ましくは、マスク層は二酸化珪素よりなる。これにより、多結晶の核の発生を効果的に抑制したGaN結晶の成長を実現できる。   In the GaN crystal growth method, the mask layer is preferably made of silicon dioxide. Thereby, it is possible to realize the growth of the GaN crystal that effectively suppresses the generation of polycrystalline nuclei.

上記GaN結晶の成長方法において好ましくは、上記有機溶媒で洗浄する工程と上記GaN結晶を成長する工程との間に、以下の工程が実施される。下地基板上に、GaNよりなるバッファ層が形成される。そして、800℃以上1100℃以下でバッファ層が熱処理される。   In the GaN crystal growth method, preferably, the following steps are performed between the step of washing with the organic solvent and the step of growing the GaN crystal. A buffer layer made of GaN is formed on the base substrate. And a buffer layer is heat-processed at 800 degreeC or more and 1100 degrees C or less.

バッファ層を形成することによって、下地基板とGaN結晶との格子定数の整合を緩和することができる。さらに、上記温度でバッファ層を熱処理することにより、バッファ層の結晶を、アモルファスから単結晶にすることができる。このため、GaN結晶の結晶性を向上することができる。   By forming the buffer layer, the lattice constant matching between the base substrate and the GaN crystal can be relaxed. Further, by heat-treating the buffer layer at the above temperature, the buffer layer crystal can be changed from amorphous to single crystal. For this reason, the crystallinity of the GaN crystal can be improved.

本発明のGaN結晶の製造方法は、上記いずれかに記載のGaN結晶の成長方法により、GaN結晶を成長する工程と、下地基板およびマスク層を除去する工程とを備えている。   The method for producing a GaN crystal of the present invention includes a step of growing a GaN crystal and a step of removing the base substrate and the mask layer by any of the GaN crystal growth methods described above.

本発明のGaN結晶の製造方法によれば、上記GaN結晶の成長方法を用いているので、成長したGaN結晶は多結晶であることが抑制されている。このため、少なくとも下地基板およびマスク層を除去することにより、多結晶が抑制されたGaN結晶を製造することができる。   According to the method for producing a GaN crystal of the present invention, since the GaN crystal growth method is used, the grown GaN crystal is suppressed from being polycrystalline. For this reason, by removing at least the base substrate and the mask layer, a GaN crystal in which polycrystals are suppressed can be manufactured.

本発明のGaN結晶の成長方法およびGaN結晶の製造方法によれば、下地基板および前記マスク層を酸性溶液で洗浄する工程と有機溶媒で洗浄する工程とを実施することにより、多結晶のGaN結晶の成長を抑制することができる。   According to the GaN crystal growth method and the GaN crystal production method of the present invention, a polycrystalline GaN crystal is obtained by performing a step of washing the base substrate and the mask layer with an acidic solution and a step of washing with an organic solvent. Growth can be suppressed.

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態におけるGaN結晶を示す概略断面図である。図1を参照して、本実施の形態におけるGaN結晶を説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a GaN crystal in the present embodiment. With reference to FIG. 1, the GaN crystal in this Embodiment is demonstrated.

図1に示すように、本実施の形態におけるGaN結晶10は、主表面と、この主表面と反対側の裏面とを有している。GaN結晶10は、たとえば基板またはインゴットである。   As shown in FIG. 1, GaN crystal 10 in the present embodiment has a main surface and a back surface opposite to the main surface. The GaN crystal 10 is, for example, a substrate or an ingot.

GaN結晶10は、多結晶よりなる領域が抑制されており、たとえば多結晶よりなる領域は33%以下であり、好ましくは12%以下である。またGaN結晶10の曲率半径は35m以上が好ましく、50m以上がより好ましい。   In the GaN crystal 10, a region made of polycrystal is suppressed. For example, the region made of polycrystal is 33% or less, and preferably 12% or less. Further, the radius of curvature of the GaN crystal 10 is preferably 35 m or more, and more preferably 50 m or more.

図2は、本実施の形態におけるGaN結晶の製造方法を示すフローチャートである。続いて、図2を参照して、本実施の形態におけるGaN結晶10の製造方法について説明する。   FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing a GaN crystal in the present embodiment. Next, with reference to FIG. 2, a method for manufacturing the GaN crystal 10 in the present embodiment will be described.

図3は、本実施の形態における下地基板11を概略的に示す断面図である。図2および図3に示すように、まず、下地基板11を準備する(ステップS1)。準備される下地基板11は、GaNであってもGaNと異なる材料であってもよい。GaNと異なる材料よりなる異種基板として、たとえばガリウム砒素(GaAs)、サファイア(Al23)、酸化亜鉛(ZnO)、炭化珪素(SiC)などを用いることができる。 FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the base substrate 11 in the present embodiment. As shown in FIGS. 2 and 3, first, the base substrate 11 is prepared (step S1). The prepared base substrate 11 may be GaN or a material different from GaN. As the heterogeneous substrate made of a material different from GaN, for example, gallium arsenide (GaAs), sapphire (Al 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), silicon carbide (SiC), or the like can be used.

図4は、本実施の形態におけるマスク層13を形成する方法を説明するための断面図である。図5は、本実施の形態におけるマスク層13を形成した状態を概略的に示す断面図である。次に、図2、図4および図5に示すように、下地基板11の表面上に、開口部13aを有し、かつSiO2よりなるマスク層13を形成する(ステップS2)。 FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a method of forming mask layer 13 in the present embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the mask layer 13 in the present embodiment is formed. Next, as shown in FIGS. 2, 4 and 5, a mask layer 13 having an opening 13a and made of SiO 2 is formed on the surface of the base substrate 11 (step S2).

このマスク層13を形成するステップS2は、たとえば以下のように実施される。図4に示すように、まず、マスク層13の材料となるSiO2層12をたとえば蒸着法により形成する。次に、SiO2層12上に、たとえばコーターを用いてレジスト15を形成する。次に、たとえばステッパーを用いて、レジスト15にマスクパターンを転写する。このマスクパターンはストライプ状、ドット状など任意の形状を採用できる。次に、レジスト15の転写された部分を溶解して、パターンを有するレジスト15を形成する。次に、このパターンを有するレジストをマスクにして、レジスト15に覆われていないSiO2層12をエッチングする。これにより、開口部13aを形成することができる。その後、レジスト15を除去する。除去する方法は特に限定されず、たとえばアッシングなどを用いることができる。これにより、図5に示すように、開口部13aを有するマスク層13を形成できる。 Step S2 for forming this mask layer 13 is performed as follows, for example. As shown in FIG. 4, first, an SiO 2 layer 12 that is a material of the mask layer 13 is formed by, for example, vapor deposition. Next, a resist 15 is formed on the SiO 2 layer 12 using, for example, a coater. Next, the mask pattern is transferred to the resist 15 using, for example, a stepper. This mask pattern can adopt an arbitrary shape such as a stripe shape or a dot shape. Next, the transferred portion of the resist 15 is dissolved to form a resist 15 having a pattern. Next, using the resist having this pattern as a mask, the SiO 2 layer 12 not covered with the resist 15 is etched. Thereby, the opening part 13a can be formed. Thereafter, the resist 15 is removed. The removal method is not particularly limited, and for example, ashing can be used. Thereby, as shown in FIG. 5, the mask layer 13 having the opening 13a can be formed.

なお、本実施の形態のマスク層13はSiO2層12よりなるが、マスク層13の材料はSiO2に限定されず、たとえばSiN(窒化シリコン)などであってもよい。 Although the mask layer 13 of the present embodiment is made of the SiO 2 layer 12, the material of the mask layer 13 is not limited to SiO 2 and may be SiN (silicon nitride), for example.

マスク層13がSiO2よりなる場合、マスク層13の表面粗さRmsは、2nm以下であることが好ましく、0.5nm以下がより好ましく、0.2nm以下がより一層好ましい。2nm以下の場合、表面に存在する結合手の余っている原子の数を減少できる。この場合、Si原子およびO原子の少なくとも一方と、後述するGaN結晶を成長させるステップS5により供給されるGa原子およびN原子の少なくとも一方とが反応することにより生成される多結晶の核の発生を抑制できる。0.5nm以下の場合、多結晶の核の発生をより抑制できる。0.2nm以下の場合、多結晶の核の発生をより一層抑制できる。 When the mask layer 13 is made of SiO 2 , the surface roughness Rms of the mask layer 13 is preferably 2 nm or less, more preferably 0.5 nm or less, and even more preferably 0.2 nm or less. In the case of 2 nm or less, the number of remaining atoms on the surface can be reduced. In this case, the generation of polycrystalline nuclei produced by the reaction of at least one of Si atoms and O atoms with at least one of Ga atoms and N atoms supplied in Step S5 for growing a GaN crystal described later. Can be suppressed. In the case of 0.5 nm or less, the generation of polycrystalline nuclei can be further suppressed. In the case of 0.2 nm or less, the generation of polycrystalline nuclei can be further suppressed.

ここで、上記「表面粗さRms」は、たとえば略中央に位置するマスク層13において50μm以下四方の視野で、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:AFM)を用いて、JIS B0601に準拠して測定された値である。また、50μm以下四方の視野で、10μm以下のピッチで5点以上のサンプルの表面粗さを測定することが好ましい。この場合、このサンプルの粗さ曲線において、平均線から測定曲線までの偏差の二乗を平均した値の平方根の値を表面粗さRmsとする。また、開口部13aの大きさ、ピッチなどにより表面粗さRmsが測定しにくい場合には、たとえばマスク層13の材料となるSiO2層12を形成したときのSiO2層12の表面粗さRmsを測定して、マスク層13の表面粗さRmsとすることもできる。 Here, the “surface roughness Rms” is based on JIS B0601 using an atomic force microscope (AFM) in a field of view of 50 μm or less in a mask layer 13 positioned substantially at the center, for example. It is a measured value. Moreover, it is preferable to measure the surface roughness of five or more samples with a pitch of 10 μm or less in a field of view of 50 μm or less in all directions. In this case, in the roughness curve of this sample, the value of the square root of the value obtained by averaging the squares of the deviation from the average line to the measurement curve is defined as the surface roughness Rms. Also, the openings 13a sized to be difficult to measure the surface roughness Rms due pitch, the surface of the SiO 2 layer 12 roughness Rms when for example the formation of the SiO 2 layer 12 as a material of the mask layer 13 Can be obtained as the surface roughness Rms of the mask layer 13.

図6は、本実施の形態におけるマスク層13の曲率半径を説明するための模式図である。図6に示すように、マスク層13がSiO2よりなる場合、マスク層13の曲率半径Rは、8m以上が好ましく、50m以上がより好ましい。8m以上の場合、マスク層13の歪みエネルギーを抑制できるので、マスク層13のSi原子およびO原子の少なくとも一方と、後述するGaN結晶を成長させるステップS5により供給されるGa原子およびN原子の少なくとも一方と反応することを抑制できる。この結果、多結晶の核の生成を抑制できる。50m以上の場合、多結晶の核の生成をより抑制できる。 FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the radius of curvature of the mask layer 13 in the present embodiment. As shown in FIG. 6, when the mask layer 13 is formed of SiO 2, the radius of curvature R of the mask layer 13 is preferably at least 8m, more preferably at least 50 m. In the case of 8 m or more, since the strain energy of the mask layer 13 can be suppressed, at least one of Si atoms and O atoms of the mask layer 13 and at least Ga atoms and N atoms supplied in Step S5 for growing a GaN crystal described later. It can suppress reacting with one side. As a result, generation of polycrystalline nuclei can be suppressed. In the case of 50 m or more, the generation of polycrystalline nuclei can be further suppressed.

ここで、上記「曲率半径R」は、たとえば図6に示すように、下地基板11上に成長したマスク層13の表面を結ぶ曲線が円弧を描くと仮定したときの半径Rを意味する。このような曲率半径Rは、たとえばマスク層13の材料となるSiO2層12を形成したときのSiO2層12の曲率半径を測定して、マスク層13の曲率半径とすることもできる。 Here, the “curvature radius R” means a radius R when it is assumed that a curve connecting the surfaces of the mask layer 13 grown on the base substrate 11 forms an arc as shown in FIG. Such radius of curvature R, for example a curvature radius of the SiO 2 layer 12 when forming the SiO 2 layer 12 as a material of the mask layer 13 as measured, may be a curvature radius of the mask layer 13.

次に、下地基板11およびマスク層13を酸性溶液で洗浄する(ステップS3)。酸性溶液は、たとえば硫酸、フッ酸、塩酸などを用いることができる。   Next, the base substrate 11 and the mask layer 13 are washed with an acidic solution (step S3). As the acidic solution, for example, sulfuric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, or the like can be used.

マスク層を形成するステップS2では、上述したようにレジスト15を用いているので、レジスト由来の反応生成物などがマスク層13上に残存している場合がある。このため酸性溶液で洗浄することによって、下地基板11およびマスク層13上に残っている反応生成物を、たとえばOH基などを有する親水性の部分と、たとえばアルキル基などを有する親油性の部分とに分解し、親水性の部分を溶解できる。したがって、反応生成物の親水性の部分を除去できる。   In step S2 for forming the mask layer, since the resist 15 is used as described above, a reaction product derived from the resist may remain on the mask layer 13 in some cases. For this reason, the reaction product remaining on the base substrate 11 and the mask layer 13 is washed with an acidic solution, for example, a hydrophilic part having an OH group and a lipophilic part having an alkyl group, for example. It can be decomposed to dissolve the hydrophilic part. Therefore, the hydrophilic part of the reaction product can be removed.

次に、下地基板11およびマスク層13を有機溶媒で洗浄する(ステップS4)。有機溶媒は、たとえばアセトン、エタノールなどを用いることができる。   Next, the base substrate 11 and the mask layer 13 are washed with an organic solvent (step S4). As the organic solvent, for example, acetone, ethanol or the like can be used.

酸性溶液で洗浄するステップS3後には、反応生成物の親油性の部分が残存している場合がある。この親油性の部分は、有機溶媒となじみがよい(混ざりやすい)。このため有機溶媒で洗浄することによって、下地基板11およびマスク層13上に残っている反応生成物の親油性の部分を除去できる。   After step S3 of washing with the acidic solution, a lipophilic part of the reaction product may remain. This lipophilic part is compatible with the organic solvent (easy to mix). For this reason, the lipophilic part of the reaction product remaining on the base substrate 11 and the mask layer 13 can be removed by washing with an organic solvent.

酸性溶液で洗浄するステップS3および有機溶媒で洗浄するステップS4では、下地基板11およびマスク層13上に残存する反応生成物を、親水性の部分と親油性の部分とに分けてそれぞれ除去している。このため、レジスト由来の反応生成物を原子レベルで除去できる。   In step S3 of washing with an acidic solution and step S4 of washing with an organic solvent, the reaction products remaining on the base substrate 11 and the mask layer 13 are separated into a hydrophilic part and a lipophilic part, respectively. Yes. For this reason, the reaction product derived from the resist can be removed at the atomic level.

酸性溶液で洗浄するステップS3および有機溶媒で洗浄するステップS4では、酸性溶液および有機溶媒に超音波を印加することが好ましい。具体的には、たとえば図7に示すような超音波装置を用いて洗浄液である酸性溶液および有機溶媒に振動(または揺動)を加える。なお、図7は、本実施の形態において、酸性溶液で洗浄するステップS3および有機溶媒で洗浄するステップS4において使用される処理装置を示す断面模式図である。超音波として、900〜2000kHzの周波数の超音波を用いると、より効果的である。   In step S3 of washing with an acidic solution and step S4 of washing with an organic solvent, it is preferable to apply ultrasonic waves to the acidic solution and the organic solvent. Specifically, vibration (or rocking) is applied to the acidic solution and the organic solvent as the cleaning liquid using, for example, an ultrasonic device as shown in FIG. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the processing apparatus used in step S3 for cleaning with an acidic solution and step S4 for cleaning with an organic solvent in the present embodiment. It is more effective to use ultrasonic waves having a frequency of 900 to 2000 kHz as the ultrasonic waves.

図7に示すように、処理装置は酸性溶液または有機溶媒である洗浄液7を保持するための洗浄浴槽1と、洗浄浴槽1の底面に設置された超音波発生部材3と、超音波発生部材3に接続され、超音波発生部材3を制御するための制御部5とを備えている。洗浄浴槽1の内部には洗浄液7が保持されている。また、洗浄液7には複数のマスク層13が形成された下地基板11を保持するためのホルダ9が浸漬された状態になっている。ホルダ9には、洗浄対象である複数のマスク層13が形成された下地基板11が保持されている。洗浄浴槽1の底面には超音波発生部材3が配置されている。   As shown in FIG. 7, the processing apparatus has a cleaning bath 1 for holding a cleaning liquid 7 that is an acidic solution or an organic solvent, an ultrasonic wave generating member 3 installed on the bottom surface of the cleaning bath 1, and an ultrasonic wave generating member 3. And a control unit 5 for controlling the ultrasonic wave generating member 3. A cleaning liquid 7 is held inside the cleaning bath 1. Further, the cleaning liquid 7 is in a state in which a holder 9 for holding the base substrate 11 on which the plurality of mask layers 13 are formed is immersed. The holder 9 holds a base substrate 11 on which a plurality of mask layers 13 to be cleaned are formed. An ultrasonic wave generating member 3 is disposed on the bottom surface of the washing tub 1.

酸性溶液で洗浄するステップS3および有機溶媒で洗浄するステップS4においてマスク層13が形成された下地基板11の洗浄を行なうときには、図7に示すように洗浄浴槽1の内部に所定の洗浄液7を配置し、ホルダ9に保持されたマスク層13が形成された下地基板11をホルダ9ごとに洗浄液7に浸漬する。このようにして、マスク層13および下地基板11の表面を洗浄液7により洗浄できる。   When cleaning the base substrate 11 on which the mask layer 13 is formed in the step S3 for cleaning with an acidic solution and the step S4 for cleaning with an organic solvent, a predetermined cleaning liquid 7 is disposed in the cleaning bath 1 as shown in FIG. Then, the base substrate 11 on which the mask layer 13 held by the holder 9 is formed is immersed in the cleaning liquid 7 for each holder 9. In this way, the surfaces of the mask layer 13 and the base substrate 11 can be cleaned with the cleaning liquid 7.

また、このとき、超音波発生部材3を制御部5により制御することで超音波を発生させてもよい。この結果、洗浄液7に超音波が印加される。このため、洗浄液7が振動するのでマスク層13および下地基板11から不純物や微粒子を除去する効果を高めることができる。また、洗浄浴槽1をXYステージなど揺動可能な部材上に配置して当該部材を揺動させることにより、洗浄浴槽1を揺動させて内部の洗浄液7を攪拌(揺動)してもよい。あるいは、マスク層13が形成された下地基板11をホルダ9ごと手作業などにより揺らすことで、洗浄液7を攪拌(揺動)してもよい。この場合も、超音波の印加と同様に下地基板11およびマスク層13から不純物や微粒子を除去する効果を高めることができる。   At this time, an ultrasonic wave may be generated by controlling the ultrasonic wave generating member 3 by the control unit 5. As a result, ultrasonic waves are applied to the cleaning liquid 7. For this reason, since the cleaning liquid 7 vibrates, the effect of removing impurities and fine particles from the mask layer 13 and the base substrate 11 can be enhanced. Further, the cleaning bath 1 may be placed on a swingable member such as an XY stage, and the member may be swung, so that the cleaning bath 1 is swung and the cleaning liquid 7 inside is stirred (swung). . Alternatively, the cleaning liquid 7 may be agitated (oscillated) by shaking the base substrate 11 on which the mask layer 13 is formed together with the holder 9 by manual work or the like. Also in this case, the effect of removing impurities and fine particles from the base substrate 11 and the mask layer 13 can be enhanced in the same manner as the application of ultrasonic waves.

図8は、本実施の形態におけるGaN結晶17を成長させた状態を概略的に示す断面図である。次に、図2および図8に示すように、下地基板11およびマスク層13上に、GaN結晶17を成長する(ステップS5)。GaN結晶17の成長方法は特に限定されず、昇華法、HVPE(ハイドライド気相成長)法、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシ)法などの気相成長法、液相成長法などを採用でき、HVPE法を採用することが好ましい。   FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the GaN crystal 17 in this embodiment is grown. Next, as shown in FIGS. 2 and 8, a GaN crystal 17 is grown on the base substrate 11 and the mask layer 13 (step S5). The growth method of the GaN crystal 17 is not particularly limited, and gas phase such as sublimation method, HVPE (hydride vapor phase epitaxy) method, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method and the like. A growth method, a liquid phase growth method, or the like can be employed, and it is preferable to employ the HVPE method.

以上のステップS1〜S5を実施することによりGaN結晶17を成長することができる。このGaN結晶17を用いて図1に示すGaN基板などのGaN結晶10を製造する場合には、さらに以下の工程が行なわれる。   The GaN crystal 17 can be grown by performing the above steps S1 to S5. When the GaN crystal 10 such as the GaN substrate shown in FIG. 1 is manufactured using the GaN crystal 17, the following steps are further performed.

次に、GaN結晶17から、下地基板11およびマスク層13を除去する(ステップS6)。除去する方法は、特に限定されず、たとえば切断、研削などの方法を用いることができる。   Next, the base substrate 11 and the mask layer 13 are removed from the GaN crystal 17 (step S6). The removal method is not particularly limited, and for example, a method such as cutting or grinding can be used.

ここで、切断とは、電着ダイヤモンドホイールの外周刃を持つスライサー、ワイヤーソーなどで、GaN結晶17とマスク層13との界面を機械的に分割(スライス)すること、レーザパルスや水分子をGaN結晶17とマスク層13との界面に照射または噴射すること、マスク層13の結晶格子面に沿ってへき開することなどによりGaN結晶17とマスク層13とを機械的に分割することをいう。また研削とは、ダイヤモンド砥石を持つ研削設備などで、下地基板11およびマスク層13を機械的に削り取ることをいう。   Here, the cutting means that the interface between the GaN crystal 17 and the mask layer 13 is mechanically divided (sliced) with a slicer having a peripheral edge of an electrodeposited diamond wheel, a wire saw, etc., and laser pulses and water molecules are separated. It means that the GaN crystal 17 and the mask layer 13 are mechanically divided by irradiating or spraying the interface between the GaN crystal 17 and the mask layer 13 or cleaving along the crystal lattice plane of the mask layer 13. Grinding refers to mechanically removing the base substrate 11 and the mask layer 13 with a grinding facility having a diamond grindstone.

なお、下地基板11およびマスク層13を除去する方法は、エッチングなどの化学的方法を採用してもよい。   It should be noted that a chemical method such as etching may be employed as a method of removing the base substrate 11 and the mask layer 13.

また、GaN結晶17よりなるGaN結晶10を製造するために、少なくとも下地基板11およびマスク層13を除去しているが、下地基板11およびマスク層13近傍のGaN結晶17をさらに除去してもよい。   Further, in order to manufacture the GaN crystal 10 made of the GaN crystal 17, at least the base substrate 11 and the mask layer 13 are removed. However, the GaN crystal 17 in the vicinity of the base substrate 11 and the mask layer 13 may be further removed. .

以上のステップS1〜S6を実施することにより、図1に示すGaN結晶10を製造することができる。   By performing the above steps S1 to S6, the GaN crystal 10 shown in FIG. 1 can be manufactured.

なお、GaN結晶10において、下地基板11が形成されていた面側から研磨をさらに行なってもよい。この研磨は、GaN結晶10の表面および裏面の少なくとも一方を鏡面とする場合に効果的な方法であり、またGaN結晶10の表面および裏面の少なくとも一方に形成された加工変質層を除去するのに効果的な方法である。   The GaN crystal 10 may be further polished from the side where the base substrate 11 is formed. This polishing is an effective method when at least one of the front surface and the back surface of the GaN crystal 10 is used as a mirror surface, and for removing the work-affected layer formed on at least one of the front surface and the back surface of the GaN crystal 10. It is an effective method.

以上説明したように、本実施の形態におけるGaN結晶17の成長方法およびGaN結晶10の製造方法は、下地基板11およびマスク層13を酸性溶液で洗浄するステップS3と、酸性溶液で洗浄するステップS3後に、下地基板11およびマスク層13を有機溶媒で洗浄するステップS4とを備えている。   As described above, the growth method of GaN crystal 17 and the method of manufacturing GaN crystal 10 according to the present embodiment include step S3 for cleaning base substrate 11 and mask layer 13 with an acidic solution, and step S3 for cleaning with acidic solution. After that, step S4 for cleaning the base substrate 11 and the mask layer 13 with an organic solvent is provided.

これにより、マスク層13を形成するステップS2後に、レジスト由来の反応生成物などが下地基板11およびマスク層13上に残存してしまう場合であっても、レジスト由来の反応生成物を親水性の部分と親油性の部分とに分けて除去できる。このため、原子レベルで反応生成物を除去できるので、この反応生成物を核として多結晶のGaNが成長することをさらに抑制することができる。よって、多結晶領域を低減したGaN結晶17を成長することができる。   Thereby, even if the reaction product derived from the resist remains on the base substrate 11 and the mask layer 13 after step S2 of forming the mask layer 13, the reaction product derived from the resist is made hydrophilic. It can be removed by dividing it into a part and a lipophilic part. For this reason, since the reaction product can be removed at the atomic level, it is possible to further suppress the growth of polycrystalline GaN using this reaction product as a nucleus. Therefore, the GaN crystal 17 with a reduced polycrystalline region can be grown.

また本実施の形態におけるGaN結晶17の成長方法およびGaN結晶10の製造方法において好ましくは、マスク層13の表面粗さRmsを2nm以下にしている。   In the growth method of GaN crystal 17 and the manufacturing method of GaN crystal 10 in the present embodiment, the surface roughness Rms of mask layer 13 is preferably 2 nm or less.

これにより、マスク層13の表面積を小さくできるので、マスク層13の表面に存在する結合手の余っている原子数を低減することができる。このため、このマスク層13上にGaN結晶17を成長する(ステップS5)と、Ga原子およびN原子の少なくとも一方が、Si原子およびO原子の少なくとも一方の結合手と結合することを抑制することができる。また、マスク層13の表面に存在する結晶構造が乱れた原子数を低減することもできる。その結果、GaNの多結晶の核がマスク層13上に形成されることを抑制することができるので、多結晶領域をさらに低減したGaN結晶17を成長することができる。   Thereby, since the surface area of the mask layer 13 can be reduced, the number of remaining atoms in the bond existing on the surface of the mask layer 13 can be reduced. For this reason, when the GaN crystal 17 is grown on the mask layer 13 (step S5), it is suppressed that at least one of Ga atom and N atom is bonded to at least one bond of Si atom and O atom. Can do. In addition, the number of atoms having a disordered crystal structure on the surface of the mask layer 13 can be reduced. As a result, the formation of GaN polycrystal nuclei on the mask layer 13 can be suppressed, and the GaN crystal 17 with a further reduced polycrystal region can be grown.

また本実施の形態におけるGaN結晶17の成長方法およびGaN結晶10の製造方法において好ましくは、マスク層13の曲率半径を8m以上にしている。   In the growth method of GaN crystal 17 and the manufacturing method of GaN crystal 10 in the present embodiment, the curvature radius of mask layer 13 is preferably 8 m or more.

これにより、マスク層13の表面の反りを低減することができるので、マスク層13の歪みエネルギーを低減することができる。このため、GaN結晶17を成長させるステップS5時に、マスク層13のSi原子およびO原子の少なくとも一方がGa原子およびN原子の少なくとも一方と結合することを抑制できる。したがって、マスク層13上にGaNの多結晶の核が形成されることを抑制することができる。よって、多結晶領域をさらに低減したGaN結晶17を成長することができる。   Thereby, since the curvature of the surface of the mask layer 13 can be reduced, the strain energy of the mask layer 13 can be reduced. For this reason, it can suppress that at least one of the Si atom and O atom of the mask layer 13 couple | bonds with at least one of Ga atom and N atom at step S5 which makes the GaN crystal 17 grow. Therefore, the formation of GaN polycrystalline nuclei on the mask layer 13 can be suppressed. Therefore, it is possible to grow the GaN crystal 17 in which the polycrystalline region is further reduced.

(実施の形態2)
本実施の形態におけるGaN結晶は、図1に示す実施の形態1のGaN結晶10と同様である。
(Embodiment 2)
The GaN crystal in the present embodiment is the same as the GaN crystal 10 in the first embodiment shown in FIG.

図9は、本実施の形態におけるGaN結晶の製造方法を示すフローチャートである。続いて、本実施の形態におけるGaN結晶の製造方法について説明する。図9に示すように、本実施の形態におけるGaN結晶の製造方法は、基本的には実施の形態1におけるGaN結晶の製造方法と同様の構成を備えているが、バッファ層をさらに形成している点において異なる。   FIG. 9 is a flowchart showing a method for manufacturing a GaN crystal in the present embodiment. Next, a method for manufacturing a GaN crystal in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 9, the GaN crystal manufacturing method according to the present embodiment basically has the same configuration as the GaN crystal manufacturing method according to the first embodiment, but a buffer layer is further formed. Is different.

具体的には、まず、図3および図9に示すように、実施の形態1と同様に下地基板11を準備する(ステップS1)。   Specifically, first, as shown in FIGS. 3 and 9, the base substrate 11 is prepared in the same manner as in the first embodiment (step S1).

次に、図5および図9に示すように、実施の形態1と同様にマスク層13を形成する(ステップS2)。   Next, as shown in FIGS. 5 and 9, a mask layer 13 is formed as in the first embodiment (step S2).

次に、図9に示すように、実施の形態1と同様に酸性溶液で洗浄し(ステップS3)、有機溶媒で洗浄する(ステップS4)。   Next, as shown in FIG. 9, the substrate is washed with an acidic solution (step S3) and washed with an organic solvent (step S4) as in the first embodiment.

図10は、本実施の形態におけるバッファ層19を形成した状態を示す概略断面図である。次に、図9および図10に示すように、下地基板11上にGaNよりなるバッファ層19を形成する(ステップS7)。バッファ層19を形成することによって、下地基板11とステップS5で成長させるGaN結晶17との格子定数の整合を良好にすることができる。   FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the buffer layer 19 in the present embodiment is formed. Next, as shown in FIGS. 9 and 10, a buffer layer 19 made of GaN is formed on the base substrate 11 (step S7). By forming the buffer layer 19, it is possible to improve the lattice constant matching between the base substrate 11 and the GaN crystal 17 grown in step S5.

本実施の形態では、下地基板11上であって、かつマスク層13の開口部13aにバッファ層19を成長する。バッファ層19を形成する方法は特に限定されないが、たとえばGaN結晶17の成長方法と同様の方法で成長されることにより形成することができる。   In the present embodiment, the buffer layer 19 is grown on the base substrate 11 and in the opening 13 a of the mask layer 13. The method for forming the buffer layer 19 is not particularly limited. For example, the buffer layer 19 can be formed by being grown by a method similar to the method for growing the GaN crystal 17.

次に、800℃以上1100℃以下でバッファ層19を熱処理する(ステップS8)。熱処理する温度は、800℃以上1100℃以下が好ましく、900℃近傍がより好ましい。この温度範囲で熱処理とすることによって、バッファ層19がアモルファスの場合には、アモルファスから単結晶にすることができる。特に下地基板11がGaAs基板の場合にはバッファ層19を形成して熱処理することが効果的である。   Next, the buffer layer 19 is heat-treated at 800 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower (step S8). The temperature for the heat treatment is preferably 800 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, and more preferably around 900 ° C. By performing the heat treatment in this temperature range, when the buffer layer 19 is amorphous, it can be changed from amorphous to single crystal. In particular, when the base substrate 11 is a GaAs substrate, it is effective to form a buffer layer 19 and perform heat treatment.

なお、バッファ層19を形成するステップS7および熱処理するステップS8は省略されてもよい。たとえば下地基板11がサファイア基板の場合には、このステップS7およびS8は省略されても、成長させるGaN結晶17への影響は小さい。一方、たとえば下地基板11がGaAs基板の場合には、このステップS7およびS8を実施することで、成長させるGaN結晶17の結晶性を良好にすることができる。   The step S7 for forming the buffer layer 19 and the step S8 for heat treatment may be omitted. For example, when the base substrate 11 is a sapphire substrate, even if these steps S7 and S8 are omitted, the influence on the GaN crystal 17 to be grown is small. On the other hand, for example, when the base substrate 11 is a GaAs substrate, the crystallinity of the GaN crystal 17 to be grown can be improved by carrying out the steps S7 and S8.

図11は、本実施の形態におけるGaN結晶17を成長した状態を示す概略断面図である。次に、図9および図11に示すように、GaN結晶17を成長させる(ステップS5)。本実施の形態では、マスク層13およびバッファ層19上にGaN結晶17を成長させる。それ以外は実施の形態1と同様である。以上のステップS1〜S5、S7およびS8により、GaN結晶17を成長することができる。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a grown GaN crystal 17 in the present embodiment. Next, as shown in FIGS. 9 and 11, a GaN crystal 17 is grown (step S5). In the present embodiment, a GaN crystal 17 is grown on the mask layer 13 and the buffer layer 19. The rest is the same as in the first embodiment. The GaN crystal 17 can be grown by the above steps S1 to S5, S7 and S8.

次に、図9に示すように、下地基板11およびマスク層13を除去する(ステップS6)。本実施の形態では、バッファ層19をさらに除去する。それ以外は実施の形態1と同様である。以上のステップS1〜S8により、図1に示すGaN結晶10を製造することができる。   Next, as shown in FIG. 9, the base substrate 11 and the mask layer 13 are removed (step S6). In the present embodiment, the buffer layer 19 is further removed. The rest is the same as in the first embodiment. Through the above steps S1 to S8, the GaN crystal 10 shown in FIG. 1 can be manufactured.

なお、これ以外のGaN結晶17の成長方法およびGaN結晶10の製造方法は、実施の形態1と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。   Since the other growth methods of GaN crystal 17 and the manufacturing method of GaN crystal 10 are the same as those in the first embodiment, the same members are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

以上説明したように、本実施の形態におけるGaN結晶17の成長方法およびGaN結晶10の製造方法は、有機溶媒で洗浄するステップS4とGaN結晶17を成長するステップS5との間に、バッファ層19を形成するステップS7と、800℃以上1100℃以下でバッファ層19を熱処理するステップS8とをさらに備えている。   As described above, the growth method of the GaN crystal 17 and the manufacturing method of the GaN crystal 10 according to the present embodiment are performed between the step S4 of washing with an organic solvent and the step S5 of growing the GaN crystal 17 in the buffer layer 19. And step S8 of heat-treating the buffer layer 19 at 800 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower.

これにより、下地基板11と成長するGaN結晶17との格子定数の整合を良好にすることができる。さらに、上記温度でバッファ層19を熱処理することにより、バッファ層19の結晶を、アモルファスから単結晶にすることができる。このため、GaN結晶17の結晶性を向上することができる。よって、多結晶領域をさらに低減したGaN結晶17を成長することができる。   Thereby, the lattice constant matching between the base substrate 11 and the growing GaN crystal 17 can be improved. Further, by heat-treating the buffer layer 19 at the above temperature, the crystal of the buffer layer 19 can be changed from amorphous to single crystal. For this reason, the crystallinity of the GaN crystal 17 can be improved. Therefore, it is possible to grow the GaN crystal 17 in which the polycrystalline region is further reduced.

(実施の形態3)
本実施の形態におけるGaN結晶は、図1に示す実施の形態1のGaN結晶10と同様である。
(Embodiment 3)
The GaN crystal in the present embodiment is the same as the GaN crystal 10 in the first embodiment shown in FIG.

続いて、本実施の形態におけるGaN結晶の製造方法について説明する。本実施の形態におけるGaN結晶の製造方法は、基本的には実施の形態2におけるGaN結晶の製造方法と同様の構成を備えているが、バッファ層をマスク層上にも形成している点において異なる。   Next, a method for manufacturing a GaN crystal in the present embodiment will be described. The GaN crystal manufacturing method according to the present embodiment basically has the same configuration as the GaN crystal manufacturing method according to the second embodiment, except that the buffer layer is also formed on the mask layer. Different.

具体的には、図9に示すように、実施の形態1および2と同様に、下地基板11を準備する(ステップS1)。次に、実施の形態1および2と同様に、マスク層13を形成する(ステップS2)。次に、実施の形態1および2と同様に酸性溶液で洗浄し(ステップS3)、有機溶媒で洗浄する(ステップS4)。   Specifically, as shown in FIG. 9, the base substrate 11 is prepared as in the first and second embodiments (step S1). Next, the mask layer 13 is formed as in the first and second embodiments (step S2). Next, as in the first and second embodiments, the substrate is washed with an acidic solution (step S3) and washed with an organic solvent (step S4).

図12は、本実施の形態におけるバッファ層19を形成した状態を示す概略断面図である。次に、図9および図12に示すように、下地基板11上にGaNよりなるバッファ層19を形成する(ステップS7)。本実施の形態では、下地基板11上のマスク層13の開口部13a、および、マスク層13上にバッファ層19を成長する。つまり、マスク層13の全体を覆うようにバッファ層19を成長する。   FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the buffer layer 19 in the present embodiment is formed. Next, as shown in FIGS. 9 and 12, a buffer layer 19 made of GaN is formed on the base substrate 11 (step S7). In the present embodiment, the buffer layer 19 is grown on the opening 13 a of the mask layer 13 on the base substrate 11 and the mask layer 13. That is, the buffer layer 19 is grown so as to cover the entire mask layer 13.

次に、実施の形態2と同様に、バッファ層19を熱処理する(ステップS8)。
図13は、本実施の形態におけるGaN結晶17を成長した状態を示す概略断面図である。次に、図9および図13に示すように、GaN結晶17を成長させる(ステップS5)。本実施の形態では、バッファ層19上にGaN結晶17を成長させる。それ以外は実施の形態2と同様である。以上のステップS1〜S5、S7およびS8により、GaN結晶17を成長することができる。
Next, as in the second embodiment, the buffer layer 19 is heat-treated (step S8).
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the GaN crystal 17 is grown in the present embodiment. Next, as shown in FIGS. 9 and 13, a GaN crystal 17 is grown (step S5). In the present embodiment, a GaN crystal 17 is grown on the buffer layer 19. The rest is the same as in the second embodiment. The GaN crystal 17 can be grown by the above steps S1 to S5, S7 and S8.

次に、図9に示すように、下地基板11およびマスク層13を除去する(ステップS6)。本実施の形態では、実施の形態2と同様に、バッファ層19をさらに除去する。以上のステップS1〜S8により、図1に示すGaN結晶10を製造することができる。   Next, as shown in FIG. 9, the base substrate 11 and the mask layer 13 are removed (step S6). In the present embodiment, the buffer layer 19 is further removed as in the second embodiment. Through the above steps S1 to S8, the GaN crystal 10 shown in FIG. 1 can be manufactured.

なお、これ以外のGaN結晶17の成長方法およびGaN結晶10の製造方法は、実施の形態1と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。   Since the other growth methods of GaN crystal 17 and the manufacturing method of GaN crystal 10 are the same as those in the first embodiment, the same members are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

以上説明したように、本実施の形態によれば、マスク層13の全体を覆うようにバッファ層19を形成している。このため、マスク層13上のバッファ層19には、多結晶の核が生成されにくい。したがって、このマスク層13上に形成されたGaN結晶17は、多結晶の生成が抑制される。また、バッファ層19により下地基板11との格子整合性を緩和できるので結晶性を向上することができる。よって、多結晶領域をさらに低減し、かつ結晶性をより向上したGaN結晶17を成長することができる。   As described above, according to the present embodiment, the buffer layer 19 is formed so as to cover the entire mask layer 13. Therefore, polycrystalline nuclei are unlikely to be generated in the buffer layer 19 on the mask layer 13. Therefore, the GaN crystal 17 formed on the mask layer 13 is suppressed from generating polycrystals. In addition, since the lattice matching with the base substrate 11 can be relaxed by the buffer layer 19, the crystallinity can be improved. Therefore, it is possible to grow the GaN crystal 17 in which the polycrystalline region is further reduced and the crystallinity is further improved.

本実施例では、酸性溶液で洗浄する工程と、有機溶媒で洗浄する工程とを備えることによる効果について調べた。   In the present Example, the effect by having the process wash | cleaned with an acidic solution and the process wash | cleaned with an organic solvent was investigated.

(本発明例1)
本発明例1は、基本的には上述した実施の形態1にしたがってGaN結晶17を成長した。
(Invention Example 1)
In Example 1 of the present invention, the GaN crystal 17 was basically grown according to the first embodiment described above.

具体的には、まず、60mmの直径を有し、かつサファイアよりなる下地基板11を準備した(ステップS1)。   Specifically, first, a base substrate 11 having a diameter of 60 mm and made of sapphire was prepared (step S1).

次に、下地基板11上にSiO2よりなるマスク層13を形成した(ステップS2)。詳細には、下記の表1に記載の条件でスパッタリングにより下地基板11上にSiO2層12を蒸着した。その後、SiO2層12上にレジスト15を形成し、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)法によるパターニングをして、開口部13aを有するマスク層13を形成した。 Next, a mask layer 13 made of SiO 2 was formed on the base substrate 11 (step S2). Specifically, the SiO 2 layer 12 was deposited on the base substrate 11 by sputtering under the conditions shown in Table 1 below. Thereafter, a resist 15 was formed on the SiO 2 layer 12 and patterned by a reactive ion etching (RIE) method to form a mask layer 13 having an opening 13a.

このマスク層13を形成するステップS2において、SiO2層を形成した際に、表面粗さRmsおよび曲率半径を測定した。表面粗さRmsは、SiO2層の中央部と、この中央部を中心に上下左右にそれぞれ100μm移動した位置の4点との合計5点について、10μm四方の視野で測定した。曲率半径は、図6に示すようにして測定した。その結果を下記の表1に示す。 In step S2 for forming the mask layer 13, when the SiO 2 layer was formed, the surface roughness Rms and the radius of curvature were measured. The surface roughness Rms was measured in a visual field of 10 μm square with respect to a total of five points including the central part of the SiO 2 layer and four points moved 100 μm vertically and horizontally from the central part. The radius of curvature was measured as shown in FIG. The results are shown in Table 1 below.

次に、下地基板11およびマスク層13を酸性溶液で洗浄した(ステップS3)。酸性溶液として濃度が25%のフッ酸を用い、15分間、常温で超音波を印加した。   Next, the base substrate 11 and the mask layer 13 were washed with an acidic solution (step S3). An ultrasonic solution was applied at room temperature for 15 minutes using hydrofluoric acid having a concentration of 25% as the acidic solution.

次に、下地基板11およびマスク層13を有機溶媒で洗浄した(ステップS4)。有機溶媒としてアセトンを用い、15分間、常温で超音波を印加した。   Next, the base substrate 11 and the mask layer 13 were washed with an organic solvent (step S4). Acetone was used as the organic solvent, and ultrasonic waves were applied at room temperature for 15 minutes.

次に、下地基板11およびマスク層13上に、HVPE法により、GaN結晶17を成長した(ステップS5)。詳細には、マスク層13が形成された下地基板11を成長炉に投入した。そして、GaN結晶17の原料として、アンモニア(NH3)ガスと、塩化水素(HCl)ガスと、ガリウム(Ga)とを準備し、ドーピングガスとして酸素ガスを準備し、キャリアガスとして純度が99.999%以上の水素(H2)を準備した。そして、HClガスとGaとを、Ga+HCl→GaCl+1/2H2のように反応させることにより、塩化ガリウム(GaCl)ガスを生成した。このGaClガスとNH3ガスとをマスク層13の開口部13aから露出した下地基板11に当たるようにキャリアガスおよびドーピングガスとともに流して、その表面上で、1000℃で、GaCl+NH3→GaN+HCl+H2のように反応させた。なお、このGaN結晶17の成長において、HClガスの分圧を0.001atm、NH3ガスの分圧を0.15atmとした。これにより、本発明例1のGaN結晶17を成長した。 Next, a GaN crystal 17 was grown on the base substrate 11 and the mask layer 13 by HVPE (step S5). Specifically, the base substrate 11 on which the mask layer 13 was formed was put into a growth furnace. Then, ammonia (NH 3 ) gas, hydrogen chloride (HCl) gas, and gallium (Ga) are prepared as raw materials for the GaN crystal 17, oxygen gas is prepared as a doping gas, and purity is 99.99 as a carrier gas. More than 999% hydrogen (H 2 ) was prepared. Then, gallium chloride (GaCl) gas was generated by reacting HCl gas and Ga as Ga + HCl → GaCl + 1 / 2H 2 . The GaCl gas and the NH 3 gas are flowed together with a carrier gas and a doping gas so as to hit the base substrate 11 exposed from the opening 13a of the mask layer 13, and on the surface, at 1000 ° C., GaCl + NH 3 → GaN + HCl + H 2 To react. In the growth of the GaN crystal 17, the partial pressure of HCl gas was 0.001 atm and the partial pressure of NH 3 gas was 0.15 atm. Thereby, the GaN crystal 17 of Inventive Example 1 was grown.

(本発明例2〜5)
本発明例2〜5は、基本的には上述した実施の形態2にしたがってGaN結晶17を成長した。
(Invention Examples 2 to 5)
In the inventive examples 2 to 5, the GaN crystal 17 was basically grown according to the second embodiment described above.

具体的には、まず、60mmの直径を有し、かつGaAsよりなる下地基板11を準備した(ステップS1)。   Specifically, first, a base substrate 11 having a diameter of 60 mm and made of GaAs was prepared (step S1).

次に、下地基板11上にSiO2よりなるマスク層13を形成した(ステップS2)。このステップS2では、下記の表1に記載の条件でスパッタリングした点を除き、本発明例1と同様とした。 Next, a mask layer 13 made of SiO 2 was formed on the base substrate 11 (step S2). In this step S2, it was the same as Example 1 of the present invention except that sputtering was performed under the conditions described in Table 1 below.

次に、本発明例1と同様に、下地基板11およびマスク層13を酸性溶液で洗浄した(ステップS3)。   Next, similarly to Example 1 of the present invention, the base substrate 11 and the mask layer 13 were washed with an acidic solution (step S3).

次に、本発明例1と同様に、下地基板11およびマスク層13を有機溶媒で洗浄した(ステップS4)。   Next, similarly to Example 1 of the present invention, the base substrate 11 and the mask layer 13 were washed with an organic solvent (step S4).

次に、HVPE法により、下地基板11上にGaNよりなるバッファ層19を形成した(ステップS7)。詳細には、マスク層13が形成された下地基板11を成長炉に投入し、下記の表1に記載の条件でバッファ層19を形成した。   Next, a buffer layer 19 made of GaN was formed on the base substrate 11 by HVPE (step S7). Specifically, the base substrate 11 on which the mask layer 13 was formed was put into a growth furnace, and the buffer layer 19 was formed under the conditions described in Table 1 below.

次に、水素とアンモニアとを含む雰囲気で、900℃で、バッファ層19を熱処理した(ステップS8)。   Next, the buffer layer 19 was heat-treated at 900 ° C. in an atmosphere containing hydrogen and ammonia (step S8).

次に、下地基板11およびマスク層13上に、下記の表1の成長条件でHVPE法により、GaN結晶17を成長した(ステップS5)。   Next, a GaN crystal 17 was grown on the base substrate 11 and the mask layer 13 by the HVPE method under the growth conditions shown in Table 1 below (step S5).

(比較例1)
まず、本発明例2〜5と同様のGaAsよりなる下地基板を準備した(ステップS1)。
(Comparative Example 1)
First, a base substrate made of GaAs similar to Examples 2 to 5 of the present invention was prepared (step S1).

次に、下記の表1に記載の条件でスパッタリングして、下地基板上にSiO2よりなるマスク層を形成した。 Next, sputtering was performed under the conditions described in Table 1 below to form a mask layer made of SiO 2 on the base substrate.

次に、本発明例1と同様に、下地基板11およびマスク層13を有機溶媒で洗浄した(ステップS4)。   Next, similarly to Example 1 of the present invention, the base substrate 11 and the mask layer 13 were washed with an organic solvent (step S4).

次に、下記の表1に記載の条件でバッファ層を形成した。次に、このバッファ層を下記の表1に記載の条件で熱処理した。   Next, a buffer layer was formed under the conditions described in Table 1 below. Next, this buffer layer was heat-treated under the conditions described in Table 1 below.

次に、下地基板11およびマスク層13上に、下記の表1の成長条件でHVPE法により、GaN結晶を成長した。   Next, a GaN crystal was grown on the base substrate 11 and the mask layer 13 by the HVPE method under the growth conditions shown in Table 1 below.

Figure 2010132473
Figure 2010132473

(測定方法)
本発明例1〜5および比較例1のGaN結晶について、多結晶の占有領域およびGaN結晶の曲率半径について測定した。多結晶の占有領域は、以下のようにして測定した。具体的には、中央の2インチの大きさの領域について、白色LEDを照射して反射率の高い部分を多結晶として、CCDカメラにて全体を撮影した。そして、撮影した画像の反射率の高い部分をbit数でカウントし、GaN結晶全体に対するbit数の割合を算出した。曲率半径については、図6に示す方法と同様に、GaN結晶17の表面を結ぶ曲線が円弧を描くと仮定したときの半径Rを測定した。
(Measuring method)
For the GaN crystals of Invention Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, the occupied area of the polycrystal and the curvature radius of the GaN crystal were measured. The occupied area of the polycrystal was measured as follows. Specifically, the entire area of a size of 2 inches was irradiated with a white LED, and a portion having high reflectivity was made into a polycrystal, and the whole was photographed with a CCD camera. And the part with the high reflectance of the image | photographed image was counted by the number of bits, and the ratio of the number of bits with respect to the whole GaN crystal was computed. As for the radius of curvature, the radius R was measured when it was assumed that the curve connecting the surfaces of the GaN crystal 17 would draw an arc as in the method shown in FIG.

(測定結果)
表1に示すように、マスク層を形成した後に、酸性溶液および有機溶媒で洗浄してGaN結晶を成長させた本発明例1〜5のGaN結晶は、多結晶が占有している領域が33%以下と低かった。
(Measurement result)
As shown in Table 1, in the GaN crystals of Invention Examples 1 to 5 in which a GaN crystal was grown by washing with an acidic solution and an organic solvent after forming a mask layer, the region occupied by the polycrystal was 33. % And so on.

一方、酸性溶液で洗浄しなかった比較例1では、成長したGaN結晶は多結晶の占有領域が100%であった。また、クラックが多数発生したので、GaN結晶の曲率半径を測定することができなかった。これは、マスク層を形成した際に用いたレジストによるレジスト由来の反応生成物などが下地基板およびマスク層上に残存してしまい、多結晶の核が生成されたことに起因すると考えられる。   On the other hand, in Comparative Example 1 which was not washed with an acidic solution, the grown GaN crystal had a polycrystal occupying region of 100%. Moreover, since many cracks occurred, the radius of curvature of the GaN crystal could not be measured. This is considered to be because a reaction product derived from a resist by the resist used when forming the mask layer remains on the base substrate and the mask layer, and a polycrystal nucleus is generated.

以上より、本実施例によれば、酸性溶液で洗浄する工程と、有機溶媒で洗浄する工程とを備えることにより、多結晶のGaN結晶の成長を抑制することが確認できた。   As described above, according to this example, it was confirmed that the growth of the polycrystalline GaN crystal was suppressed by including the step of washing with the acidic solution and the step of washing with the organic solvent.

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、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実施の形態では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でのすべての変更が含まれることが意図される。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the features of the embodiments and examples. The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

本発明の実施の形態1におけるGaN結晶を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the GaN crystal in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるGaN基板の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the GaN substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における下地基板を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the base substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるマスク層を形成する方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the method to form the mask layer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるマスク層を形成した状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the state in which the mask layer in Embodiment 1 of this invention was formed. 本発明の実施の形態1におけるマスク層の曲率半径を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the curvature radius of the mask layer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の酸性溶液で洗浄する工程および有機溶媒で洗浄する工程において使用される処理装置を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the processing apparatus used in the process wash | cleaned with the acidic solution of Embodiment 1 of this invention, and the process wash | cleaned with an organic solvent. 本発明の実施の形態1におけるGaN結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the state which grew the GaN crystal in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるGaN結晶の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the GaN crystal in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるバッファ層を形成した状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state in which the buffer layer in Embodiment 2 of this invention was formed. 本発明の実施の形態2におけるGaN層を成長した状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state which grew the GaN layer in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるバッファ層を形成した状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state in which the buffer layer in Embodiment 3 of this invention was formed. 本発明の実施の形態3におけるGaN層を成長した状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state which grew the GaN layer in Embodiment 3 of this invention. 上記特許文献1のGaN基板の製造工程を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the GaN substrate of the said patent document 1. FIG. 上記特許文献1のGaN基板の製造工程を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the GaN substrate of the said patent document 1. FIG. 上記特許文献1のGaN基板の製造工程を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the GaN substrate of the said patent document 1. FIG. 上記特許文献1のGaN基板の製造工程を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the GaN substrate of the said patent document 1. FIG. 図17の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 洗浄浴槽、3 超音波発生部材、5 制御部、7 洗浄液、9 ホルダ、10 GaN結晶、11 下地基板、12 SiO2層、13 マスク層、13a 開口部、15 レジスト、17 GaN結晶、19 バッファ層。 1 cleaning bath, 3 ultrasonic wave generating member, 5 control unit, 7 washings, 9 holder, 10 GaN crystal, 11 underlying substrate, 12 SiO 2 layer, 13 a mask layer, 13a opening, 15 resist, 17 GaN crystal, 19 buffer layer.

Claims (5)

下地基板を準備する工程と、
レジストを用いて、前記下地基板上に開口部を有するマスク層を形成する工程と、
前記下地基板および前記マスク層を酸性溶液で洗浄する工程と、
前記酸性溶液で洗浄する工程後に、前記下地基板および前記マスク層を有機溶媒で洗浄する工程と、
前記下地基板および前記マスク層上に、窒化ガリウム結晶を成長する工程とを備えた、窒化ガリウム結晶の成長方法。
Preparing a base substrate;
Using a resist, forming a mask layer having an opening on the base substrate;
Washing the base substrate and the mask layer with an acidic solution;
After the step of washing with the acidic solution, the step of washing the base substrate and the mask layer with an organic solvent;
And a step of growing a gallium nitride crystal on the base substrate and the mask layer.
前記酸性溶液で洗浄する工程および前記有機溶媒で洗浄する工程では、前記酸性溶液および前記有機溶媒に超音波を印加する、請求項1に記載の窒化ガリウム結晶の成長方法。   The method for growing a gallium nitride crystal according to claim 1, wherein in the step of washing with the acidic solution and the step of washing with the organic solvent, ultrasonic waves are applied to the acidic solution and the organic solvent. 前記マスク層は二酸化珪素よりなる、請求項1または2に記載の窒化ガリウム結晶の成長方法。   The gallium nitride crystal growth method according to claim 1, wherein the mask layer is made of silicon dioxide. 前記有機溶媒で洗浄する工程と前記窒化ガリウム結晶を成長する工程との間に、
前記下地基板上に、窒化ガリウムよりなるバッファ層を形成する工程と、
800℃以上1100℃以下で前記バッファ層を熱処理する工程とをさらに備えた、請求項1〜3のいずれかに記載の窒化ガリウム結晶の成長方法。
Between the step of washing with the organic solvent and the step of growing the gallium nitride crystal,
Forming a buffer layer made of gallium nitride on the base substrate;
The method for growing a gallium nitride crystal according to claim 1, further comprising a step of heat-treating the buffer layer at 800 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower.
請求項1〜4のいずれかに記載の窒化ガリウム結晶の成長方法により、窒化ガリウム結晶を成長する工程と、
前記下地基板および前記マスク層を除去する工程とを備えた、窒化ガリウム結晶の製造方法。
A step of growing a gallium nitride crystal by the method of growing a gallium nitride crystal according to any one of claims 1 to 4,
And a step of removing the base substrate and the mask layer.
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