JP2011026181A - Iii族窒化物結晶およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本III族窒化物結晶の製造方法は、III族窒化物バルク結晶1から、{20−21}、{20−2−1}、{22−41}および{22−4−1}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が5°以下の面方位を有する主面10pm,10qmを有する複数のIII族窒化物結晶基板10p,10qを切り出す工程と、基板10p,10qの主面10pm,10qmが互いに平行で、かつ、基板10p,10qの[0001]方向が同一になるように、横方向に基板10p,10qを互いに隣接させて配置する工程と、基板10p,10qの主面10pm,10qm上にIII族窒化物結晶20を成長させる工程と、を含む。
【選択図】図2
Description
図1〜図4を参照して、本発明の一実施形態であるIII族窒化物結晶の製造方法は、以下の工程を含む。III族窒化物バルク結晶1から、{20−21}、{20−2−1}、{22−41}および{22−4−1}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が5°以下の面方位を有する主面10pm,10qmを有する複数のIII族窒化物結晶基板10p,10qを切り出す(図1〜図4の(A)を参照。基板の切り出し工程ともいう。以下同じ。)。次いで、III族窒化物結晶基板10p,10qの主面10pm,10qmが互いに平行で、かつ、III族窒化物結晶基板10p,10qの[0001]方向が同一になるように、横方向にIII族窒化物結晶基板10p,10qを互いに隣接させて配置する(図1〜図4の(B)を参照。基板配置工程ともいう。以下同じ。)。次いで、III族窒化物結晶基板10p,10qの主面10pm,10qm上に、III族窒化物結晶20を成長させる(図1〜図4の(C)を参照。結晶成長工程ともいう。以下同じ。)。
図1〜図4を参照して、本発明の他の実施形態であるIII族窒化物結晶は、{20−21}、{20−2−1}、{22−41}および{22−4−1}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位の主面を有するIII族窒化物結晶20,30であって、III族窒化物結晶20,30における不純物原子濃度は、酸素原子濃度が1×1016cm-3以上4×1019cm-3以下、珪素原子濃度が6×1014cm-3以上5×1018cm-3以下、水素原子濃度が6×1016cm-3以上1×1018cm-3以下および炭素原子濃度が1×1016cm-3以上1×1018cm-3以下の少なくともいずれかを満たす。
本願発明にかかるIII族窒化物結晶の製造方法に用いられるIII族窒化物バルク結晶であるGaNバルク結晶を、図5を参照して、以下の方法で作製した。
まず、図1(A)を参照して、GaNバルク結晶(III族窒化物バルク結晶1)の両主面である(0001)面および(000−1)面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さRaを5nmとした。ここで、表面の平均粗さRaの測定は、AFMにより行なった。
まず、図2(A)を参照して、GaNバルク結晶(III族窒化物バルク結晶1)の両主面である(0001)面および(000−1)面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さRaを5nmとした。
まず、図3(A)を参照して、GaNバルク結晶(III族窒化物バルク結晶1)の両主面である(0001)面および(000−1)面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さRaを5nmとした。
まず、図4(A)を参照して、GaNバルク結晶(III族窒化物バルク結晶1)の両主面である(0001)面および(000−1)面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さRaを5nmとした。
GaNバルク結晶(III族窒化物バルク結晶)を<1−100>方向に垂直な複数の面でスライスしたこと以外は、実施例1と同様にして、{1−100}の主面の平均粗さRaが5nmである複数のGaN結晶基板(III族窒化物結晶基板)を作製した。これらのGaN結晶基板の中には、その主面の面方位が{1−100}と完全に一致していないGaN結晶基板もあったが、かかるGaN結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は{1−100}に対するオフ角が5°以下であった。ここで、オフ角は、X線回折法により測定した。
GaNバルク結晶(III族窒化物バルク結晶)を<11−20>方向に垂直な複数の面でスライスしたこと以外は、実施例1と同様にして、{11−20}の主面の平均粗さRaが5nmである複数のGaN結晶基板(III族窒化物結晶基板)を作製した。これらのGaN結晶基板の中には、その主面の面方位が{11−20}と完全に一致していないGaN結晶基板もあったが、かかるGaN結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は{11−20}に対するオフ角が5°以下であった。ここで、オフ角は、X線回折法により測定した。
GaNバルク結晶(III族窒化物バルク結晶)を<1−102>方向に垂直な複数の面でスライスしたこと以外は、実施例1と同様にして、{1−102}の主面の平均粗さRaが5nmである複数のGaN結晶基板(III族窒化物結晶基板)を作製した。これらのGaN結晶基板の中には、その主面の面方位が{1−102}と完全に一致していないGaN結晶基板もあったが、かかるGaN結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は{1−102}に対するオフ角が5°以下であった。ここで、オフ角は、X線回折法により測定した。
GaNバルク結晶(III族窒化物バルク結晶)を<11−22>方向に垂直な複数の面でスライスしたこと以外は、実施例1と同様にして、{11−22}の主面の平均粗さRaが5nmである複数のGaN結晶基板(III族窒化物結晶基板)を作製した。これらのGaN結晶基板の中には、その主面の面方位が{11−22}と完全に一致していないGaN結晶基板もあったが、かかるGaN結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は{11−22}に対するオフ角が5°以下であった。ここで、オフ角は、X線回折法により測定した。
GaNバルク結晶(III族窒化物バルク結晶)を<12−30>方向に垂直な複数の面でスライスしたこと以外は、実施例1と同様にして、{12−30}の主面の平均粗さRaが5nmである複数のGaN結晶基板(III族窒化物結晶基板)を作製した。これらのGaN結晶基板の中には、その主面の面方位が{12−30}と完全に一致していないGaN結晶基板もあったが、かかるGaN結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は{12−30}に対するオフ角が5°以下であった。ここで、オフ角は、X線回折法により測定した。
実施例5は、石英製の結晶成長容器の内壁をBN製板で被覆したこと、結晶成長速度を70μm/hrとしたこと以外は、実施例1と同様にしてGaN結晶(III族窒化物結晶)を成長させた。実施例6は、結晶成長速度を80μm/hrとしたこと以外は、実施例5と同様にしてGaN結晶(III族窒化物結晶)を成長させた。実施例7は、O2ガスをN2ガスで希釈したもの、SiCl4ガス、H2ガス、およびCH4ガスを用いて、GaN結晶に酸素原子、珪素原子、水素原子および炭素原子を高濃度に添加したこと以外は、実施例5と同様にしてGaN結晶(III族窒化物結晶)を成長させた。実施例8は結晶成長速度を80μm/hrとしたこと以外は実施例7と同様にGaN結晶(III族窒化物結晶)を成長させた。結果を表3にまとめた。
実施例9は、石英製の結晶成長容器の内壁をBN製板で被覆したこと以外は、実施例2と同様にしてGaN結晶(III族窒化物結晶)を成長させた。実施例10は、結晶成長速度を90μm/hrとしたこと以外は、実施例9と同様にしてGaN結晶(III族窒化物結晶)を成長させた。実施例11は、O2ガスをN2ガスで希釈したもの、SiCl4ガス、H2ガス、およびCH4ガスを用いて、GaN結晶に酸素原子、珪素原子、水素原子および炭素原子を高濃度に添加したこと以外は、実施例9と同様にしてGaN結晶(III族窒化物結晶)を成長させた。実施例12は結晶成長速度を90μm/hrとしたこと以外は実施例11と同様にGaN結晶(III族窒化物結晶)を成長させた。結果を表3にまとめた。
実施例13〜実施例19は、成長させるGaN結晶(III族窒化物結晶)に添加する酸素原子の濃度を調節したこと以外は、実施例12と同様にしてGaN結晶を成長させた。実施例20は、結晶成長速度を250μm/hrとしたこと以外は、実施例16と同様にしてGaN結晶を成長させた。結果を表4にまとめた。
実施例21〜実施例27は、成長させるGaN結晶(III族窒化物結晶)に添加する珪素原子の濃度を調節したこと以外は、実施例12と同様にしてGaN結晶を成長させた。結果を表5にまとめた。
実施例28〜実施例34は、成長させるGaN結晶(III族窒化物結晶)に添加する水素原子の濃度を調節したこと以外は、実施例12と同様にしてGaN結晶を成長させた。結果を表6にまとめた。
実施例35〜実施例41は、成長させるGaN結晶(III族窒化物結晶)に添加する炭素原子の濃度を調節したこと以外は、実施例12と同様にしてGaN結晶を成長させた。結果を表7にまとめた。
実施例42〜実施例47は、成長させるGaN結晶(III族窒化物結晶)に添加する不純物原子濃度を調節して、酸素原子濃度が1×1016cm-3以上4×1019cm-3以下、珪素原子濃度が6×1014cm-3以上5×1018cm-3以下、水素原子濃度が6×1016cm-3以上1×1018cm-3以下および炭素原子濃度が1×1016cm-3以上1×1018cm-3以下のうちいずれか2つを満たすようにしたこと以外は、実施例12と同様にしてGaN結晶を成長させた。結果を表8にまとめた。
実施例48〜実施例51は、成長させるGaN結晶(III族窒化物結晶)に添加する不純物原子濃度を調節して、酸素原子濃度が1×1016cm-3以上4×1019cm-3以下、珪素原子濃度が6×1014cm-3以上5×1018cm-3以下、水素原子濃度が6×1016cm-3以上1×1018cm-3以下および炭素原子濃度が1×1016cm-3以上1×1018cm-3以下のうちいずれか3つを満たすようにしたこと以外は、実施例12と同様にしてGaN結晶を成長させた。結果を表9にまとめた。
実施例52は、成長させるGaN結晶(III族窒化物結晶)に添加する不純物原子濃度を調節して、酸素原子濃度が1×1016cm-3以上4×1019cm-3以下、珪素原子濃度が6×1014cm-3以上5×1018cm-3以下、水素原子濃度が6×1016cm-3以上1×1018cm-3以下および炭素原子濃度が1×1016cm-3以上1×1018cm-3以下のうちのすべて(4つ)を満たすようにしたこと以外は、実施例12と同様にしてGaN結晶を成長させた。実施例53は、結晶成長速度を250μm/hrとしたこと以外は、実施例52と同様にしてGaN結晶を成長させた。結果を表9にまとめた。
実施例54は、実施例52で得られたGaN結晶(III族窒化物結晶)からGaN結晶基板(III族窒化物基板)の主面に平行な面でスライスして、それらの主面を研削および研磨加工して、厚さ1mmで主面の平均粗さRaが5nmである複数のさらなるGaN結晶基板(さらなるIII族窒化物結晶基板)を作製し、これらのさらなるGaN結晶基板の内下から2枚目のさらなるGaN結晶基板の(20−21)の主面上に結晶成長させたこと、および結晶成長速度を140μm/hrとしたこと以外は、実施例12と同様にしてGaN結晶を成長させた。実施例55は、実施例52で得られたGaN結晶(III族窒化物結晶)からGaN結晶基板(III族窒化物基板)の主面に平行な面でスライスして、それらの主面を研削および研磨加工して、厚さ1mmで主面の平均粗さRaが5nmである複数のさらなるGaN結晶基板(さらなるIII族窒化物結晶基板)を作製し、これらのさらなるGaN結晶基板の内下から2枚目のさらなるGaN結晶基板の(20−21)の主面上に結晶成長させたこと、および結晶成長速度を150μm/hrとしたこと以外は実施例52と同様にしてGaN結晶を成長させた。結果を表10にまとめた。
Claims (10)
- III族窒化物バルク結晶から、{20−21}、{20−2−1}、{22−41}および{22−4−1}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が5°以下の面方位を有する主面を有する複数のIII族窒化物結晶基板を切り出す工程と、
前記基板の前記主面が互いに平行で、かつ、前記基板の[0001]方向が同一になるように、横方向に前記基板を互いに隣接させて配置する工程と、
前記基板の前記主面上にIII族窒化物結晶を成長させる工程と、を含むIII族窒化物結晶の製造方法。 - 前記基板の前記主面の面方位は、{20−2−1}および{20−21}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が5°以下である請求項1に記載のIII族窒化物結晶の製造方法。
- 前記基板が互いに隣接する面の平均粗さRaが、50nm以下である請求項1または請求項2に記載のIII族窒化物結晶の製造方法。
- 前記III族窒化物結晶を成長させる方法が、ハイドライド気相成長法である請求項1から請求項3までのいずれかに記載のIII族窒化物結晶の製造方法。
- 前記III族窒化物結晶を成長させる工程において、前記III族窒化物結晶を、その結晶成長面を平坦に保ちながら、成長させる請求項1から請求項4までのいずれかに記載のIII族窒化物結晶の製造方法。
- 前記基板の前記主面上に前記III族窒化物結晶を成長させる工程において、
前記主面の面方位が{20−21}に対して5°以下のオフ角を有するとき前記III族窒化物結晶の成長速度は80μm/hr未満であり、
前記主面の面方位が{20−2−1}に対して5°以下のオフ角を有するとき前記III族窒化物結晶の成長速度は90μm/hr未満であり、
前記主面の面方位が{22−41}に対して5°以下のオフ角を有するとき前記III族窒化物結晶の成長速度は60μm/hr未満であり、
前記主面の面方位が{22−4−1}に対して5°以下のオフ角を有するとき前記III族窒化物結晶の成長速度は80μm/hr未満である、請求項5に記載のIII族窒化物結晶の製造方法。 - 前記III族窒化物結晶を成長させる工程において、前記III族窒化物結晶における不純物原子濃度について、酸素原子濃度が1×1016cm-3以上4×1019cm-3以下、珪素原子濃度が6×1014cm-3以上5×1018cm-3以下、水素原子濃度が6×1016cm-3以上1×1018cm-3以下および炭素原子濃度が1×1016cm-3以上1×1018cm-3以下の少なくともいずれかを満たす前記III族窒化物結晶を成長させる請求項1から請求項6に記載のIII族窒化物結晶の製造方法。
- 前記III族窒化物結晶から、{20−21}、{20−2−1}、{22−41}および{22−4−1}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が5°以下の面方位を有する主面を有するさらなるIII族窒化物結晶基板を準備する工程と、
前記さらなるIII族窒化物結晶基板の前記主面上に、さらなるIII族窒化物結晶を成長させる工程とを備える請求項1から請求項7までのいずれかに記載のIII族窒化物結晶の製造方法。 - {20−21}、{20−2−1}、{22−41}および{22−4−1}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位の主面を有するIII族窒化物結晶であって、
前記III族窒化物結晶における不純物原子濃度について、酸素原子濃度が1×1016cm-3以上4×1019cm-3以下、珪素原子濃度が6×1014cm-3以上5×1018cm-3以下、水素原子濃度が6×1016cm-3以上1×1018cm-3以下および炭素原子濃度が1×1016cm-3以上1×1018cm-3以下の少なくともいずれかを満たすIII族窒化物結晶。 - 前記主面の面積が10cm2以上である請求項9に記載のIII族窒化物結晶。
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