JP2010500267A - ドープiii−nバルク結晶及び自立型ドープiii−n基板の製造方法、並びにドープiii−nバルク結晶及び自立型ドープiii−n基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶を製造する方法において、ドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶が、リアクタ内で基板又はテンプレート上に堆積し、リアクタ内に、少なくとも1つのドーパントが、少なくとも1つのIII族材料とともに混合した状態で供給される。この方法によれば、成長方向及びそれに垂直な平面においてそれぞれドーパントが非常に均質に分布されたIII−Nバルク結晶及びIII−N単結晶基板を分離させて得ることができる。同様に、成長方向及びそれに垂直な平面において非常に均質な電荷キャリア及び/又は電気抵抗率を分布させることができる。さらに、非常に良好な結晶品質を得ることができる。
【選択図】図1
Description
(i)成長面に平行な方向かつ/又は、
(ii)成長方向において、
本発明に係るLPP+モードの周波数位置によって測定可能な、それぞれ測定された電荷キャリア濃度の標準偏差が、
(i)の場合には、5%以下、好ましくは3%以下、さらに好ましくは2%以下であり、
(ii)の場合には、10%以下、好ましくは7.5%以下、さらに好ましくは5%以下である。
(i)成長面に平行な方向かつ/又は、
(ii)成長方向において、
それぞれ測定されたパラメータ、すなわちマイクロラマンマッピングでのLPP+モードの周波数位置、MDPマッピングでの光伝導度信号、及びマイクロフォトルミネセンスマッピングでのD0X遷移の線幅から選択された標準偏差は、
(i)の場合には、5%以下、好ましくは3%以下、さらに好ましくは2%以下であり、
(ii)の場合には、5%以下、好ましくは3%以下、さらに好ましくは2%以下である。
(i)成長面に平行な方向かつ/又は、
(ii)成長方向において、
マイクロラマンマッピングでは、E2フォノンの測定された半値全幅(半幅)の標準偏差は、結晶品質が優れているため、
(i)の場合には、5%以下、好ましくは3%以下、さらに好ましくは2%以下であり、
(ii)の場合には、5%以下、好ましくは3%以下、さらに好ましくは2%以下である。
マイクロラマンマッピング測定に関しては、上記に記載した測定を参照することができる。
21 石英リアクタ
22 多分割炉
22A 第1の区域
22B 第2の区域
23 ガス供給機構(流入チューブ)
23´ ガス供給機構(流入チューブ)
24 排気システム
25 フランジ
Claims (34)
- ドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶を製造する方法であって、
前記IIIが、Al、Ga及びInから選択された周期表のIII族の少なくとも1つの元素を示し、
前記ドープIII−N結晶層又は前記ドープIII−Nバルク結晶を、リアクタ内で基板又はテンプレート上に堆積させ、
前記リアクタ内に、少なくとも1つのドーパントが、少なくとも1つのIII族材料とともに混合した状態で供給される
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記ドーパントの混合状態での供給が、少なくとも1つのIII族出発材料に加えられている少なくとも1つのドーパントを用いて行われる
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1又は2に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記ドーパントの混合状態での供給が、元素形態の前記少なくとも1つのドーパントと、元素形態の前記少なくとも1つのIII族出発材料との混合物を用いて行われる
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記少なくとも1つのドーパント及び前記少なくとも1つのIII族出発材料が、固溶体、合金又は混合溶解体として供給される
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記混合状態でのドーパントの供給に加えて、それとは独立に、
ドーパントが単独で、若しくは同一の又は異なるIII族材料とともにさらに供給されるか、あるいは、
同一の又は異なるIII族材料がさらに供給される
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記ドープIII−Nバルク結晶を、気相成長リアクタ内で気相成長法によって堆積させる
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記ドープIII−Nバルク結晶の堆積が、ハイドライド気相成長法によって行われる
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - ドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶を製造する方法であって、
前記IIIが、Al、Ga及びInから選択された周期表のIII族の少なくとも1つの元素を示し、
ハイドライド気相成長法(HVPE)用のリアクタ内において、
前記HVPEリアクタ内には、III族出発材料及びドーパントを供給する共通の供給源及び/又は共通の供給路が設けられており、
前記III族出発材料及び前記ドーパントのハロゲン化物の混合物が形成されるように、ハロゲン化物反応ガスが前記共通の供給源内及び/又は前記共通の供給路内に供給され、
前記混合物が前記HVPEリアクタの成長領域に供給され、
N出発材料が前記HVPEリアクタに供給され、
それにより、前記ドープIII−N結晶層又は前記ドープIII−Nバルク結晶が、前記ドーパントをIII−N結晶へ均質に混合した状態で形成される
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - ドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶を製造する方法であって、
前記IIIが、Al、Ga及びInから選択された周期表のIII族の少なくとも1つの元素を示し、
前記ドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶のIII−N材料に対応する周期表のIII族元素と、ドーパントの元素とをそれぞれ含む固溶体、合金又は混合溶解体を供給する工程と、
前記供給された合金を反応ガスと反応させて、気相の前記反応ガスの成分をそれぞれ含む前記III族元素と前記ドーパントとの混合生成物を形成する工程と、
前記形成された混合生成物を、気相のN出発材料と反応させる工程と、
前記ドーパントが混合された前記III−N結晶層又は前記III−Nバルク結晶を堆積させる工程とを含む
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項9に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記III族元素及び前記ドーパントの塩化物を含む前記混合生成物を形成するために、前記反応ガスが、任意にキャリアガスと混合されたHCl又は別の塩化物を含む
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項9又は10に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記固溶体、合金又は混合溶解体中の前記ドーパントの量が、前記ドーパント及び前記III族元素の総重量の0重量%超過であって、前記固溶体、合金又は混合溶解体中の前記ドーパントの溶解限界以下である
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項9〜11のいずれか一項に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
混合溶解体をさらに供給し、前記混合溶解体中の前記ドーパントの溶解限界を超える量のドーパントを添加する
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記ドープIII−Nバルク結晶のIII−N結晶層を成長させる前に、前記ドープIII−Nバルク結晶とは独立に選択された組成を有する1つ又は複数の中間層を堆積させる
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1〜13のいずれか一項に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
c面、a面、m面又はr面を成長面として有するドープIII−N基板又は非ドープIII−N基板の前記成長面上に、前記ドープIII−Nバルク結晶を堆積させる
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1〜14のいずれか一項に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
c面、a面、m面又はr面に対して0.1〜30°の配向方位差を有する成長面を備えた前記ドープIII−N基板又は前記非ドープIII−N基板上の前記成長面上に、前記ドープIII−Nバルク結晶を堆積させる
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1〜15のいずれか一項に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
シリコン、テルル、マグネシウム、鉄、ゲルマニウム、錫、セレン、ベリリウム、バナジウム、マンガン、亜鉛、クロム、ニッケル及び銅からなる群から選択された元素が、前記ドーパントとして使用される
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1〜16のいずれか一項に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記ドープIII−N結晶層又は前記ドープIII−Nバルク結晶が、略円形の断面を有し、
前記基板又はテンプレートの直径及び前記III−N結晶層又は前記III−Nバルク結晶の直径が、それぞれ5cm以上である
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1〜17のいずれか一項に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記成長させたドープIII−Nバルク結晶の長さが、0.1mm以上である
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項18に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記成長させたドープIII−Nバルク結晶の長さが、1mm以上である
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項18に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記成長させたドープIII−Nバルク結晶の長さが、1cm以上である
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項18に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
前記成長させたドープIII−Nバルク結晶の長さが、3cm以上である
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1〜21に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
単結晶サファイア、炭化シリコン、砒化ガリウム、アルミン酸リチウム又はシリコンを前記基板として使用し、その基板上に前記ドープIII−Nバルク結晶を堆積させる
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - 請求項1〜22に記載するドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法において、
ドープGaN基板又は非ドープGaN基板を前記基板として使用し、又はGaNでコーティングされた異種基板を前記テンプレートとして使用して、ドープGaNバルク結晶を成長させる
ことを特徴とするドープIII−N結晶層又はドープIII−Nバルク結晶の製造方法。 - ドープIII−Nバルク結晶であって
請求項1〜23のいずれか一項に記載する方法によって製造される
ことを特徴とするドープIII−Nバルク結晶。 - ドープIII−Nバルク結晶であって、
前記ドープIII−Nバルク結晶のマイクロラマンマッピングを、(i)成長面に平行な方向かつ/又は、(ii)成長方向において行うとき、
LPP+モードの測定された周波数位置の標準偏差が、(i)の場合は5%以下であり、(ii)の場合は10%以下である
ことを特徴とするドープIII−Nバルク結晶。 - ドープIII−Nバルク結晶であって、
前記ドープIII−Nバルク結晶のMDPマッピングを、(i)成長面に平行な方向かつ/又は、(ii)成長方向において行うとき、
光伝導度信号の標準偏差が、(i)の場合は5%以下であり、(ii)の場合は10%以下である
ことを特徴とするドープIII−Nバルク結晶。 - ドープIII−Nバルク結晶であって、
前記ドープIII−Nバルク結晶のマイクロフォトルミネセンスマッピングを、(i)成長面に平行な方向かつ/又は、(ii)成長方向において行うとき、
D0X遷移の線幅の標準偏差が、(i)の場合は5%以下であり、(ii)の場合は10%以下である
ことを特徴とするドープIII−Nバルク結晶。 - 自立型ドープIII−N結晶基板を製造する方法であって、
前記IIIが、Al、Ga及びInから選択された周期表のIII族の少なくとも1つの元素を示し、
a)請求項1〜23のいずれか一項に記載する方法を実施する工程と、
b)1つ又は複数のドープIII−N基板を分離する工程とを含む
ことを特徴とする自立型ドープIII−N結晶基板の製造方法。 - 請求項28に記載する自立型ドープIII−N結晶基板の製造方法において、
前記分離がワイヤ切断によって行われ、ラップ仕上げ工程、研磨工程、アニーリング工程及び仕上げ洗浄工程から選択されたさらなる処理工程が後に続いて行われる
ことを特徴とする自立型ドープIII−N結晶基板の製造方法。 - 自立型ドープIII−N基板であって、
請求項28又は29に記載する方法によって製造される
ことを特徴とする自立型ドープIII−N基板。 - 自立型ドープIII−N基板であって、
前記自立型ドープIII−N基板のマイクロラマンマッピングを、(i)成長面に平行な方向かつ/又は、(ii)成長方向において行うとき、
LPP+モードの測定された周波数位置の標準偏差が、(i)の場合は5%以下であり、(ii)の場合は5%以下である
ことを特徴とする自立型ドープIII−N基板。 - 自立型ドープIII−N基板であって、
前記自立型ドープIII−N基板のMDPマッピングを、(i)成長面に平行な方向かつ/又は、(ii)成長方向において行うとき、
光伝導度信号の標準偏差が、(i)の場合は5%以下であり、(ii)の場合は5%以下である
ことを特徴とする自立型ドープIII−N基板。 - 自立型ドープIII−N基板であって、
前記自立型ドープIII−N基板のマイクロフォトルミネセンスマッピングを、(i)成長面に平行な方向かつ/又は、(ii)成長方向において行うとき、
D0X遷移の線幅の標準偏差が、(i)の場合は5%以下であり、(ii)の場合は5%以下である
ことを特徴とする自立型ドープIII−N基板。 - 請求項25〜27のいずれか一項に記載のドープIII−Nバルク結晶又は請求項31〜33のいずれか一項に記載の自立型ドープIII−N基板であって、
前記ドープIII−Nバルク結晶又は自立型ドープIII−N基板のマイクロラマンマッピングを、(i)成長面に平行な方向かつ/又は、(ii)成長方向において行うとき、
E2フォノンの測定された半値全幅の標準偏差が、(i)の場合は5%以下であり、(ii)の場合は5%以下である
ことを特徴とするドープIII−Nバルク結晶又は自立型ドープIII−N基板。
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