JP2013199412A - Method for manufacturing group iii nitride semiconductor crystal - Google Patents

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So Matsumoto
創 松本
Yuki Enatsu
悠貴 江夏
Kunito Suzaki
訓任 洲崎
Hirotsugu Niwa
博嗣 丹羽
Hirotaka Ikeda
宏隆 池田
Takeshi Fujito
健史 藤戸
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing group III nitride semiconductor crystal widely having an area with fewer stacking faults.SOLUTION: One group III nitride semiconductor crystal is grown from two or more growth start surfaces of base crystal, and the growth surface of the group III nitride semiconductor crystal is grown to an area which is three or more times as large as the total area of the growth start surface of the base crystal so that it is possible to provide high quality group III nitride semiconductor crystal widely having an area with fewer stacking faults.

Description

本発明は、結晶品質に優れたIII族窒化物半導体結晶とそのような特性を備えたIII族窒化物半導体結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a group III nitride semiconductor crystal having excellent crystal quality and a method for producing a group III nitride semiconductor crystal having such characteristics.

III族窒化物半導体結晶は、発光ダイオード(LED)や半導体レーザ(LD)といった発光素子の基板等として種々利用されている。なかでも、GaN結晶は、青色発光ダイオードや青色半導体レーザなど青色発光素子の基板として有用であり、活発な研究がなされている。
最近では、C面を表面とするGaN基板を用いたInGaN系青色、緑色LEDやLDにおいて、その成長軸であるc軸方向にピエゾ電界の発生が発光デバイスの外部量子効率の低下につながることが明らかとなり、その影響を弱めるためにGaN結晶のC面に垂直なA面、M面と呼ばれる非極性面を成長面としたInGaN系青色、緑色LEDやLD研究がさかんになりつつある(非特許文献1)。
しかしながら、III族窒化物半導体結晶基板を応用した電子デバイスは、III族窒化物半導体結晶基板に内在する転位や応力によっても素子寿命を含めた基本特性が大きく左右される。しかし、サファイア等の異種ウェハを用いたヘテロエピタキシャル成長を行っている限り、格子欠陥や応力の低減には限界がある。そこでサファイア等の異種ウェハに代えて、ホモエピタキシャル成長が可能なIII族窒化物半導体結晶を作製する試みが検討されている。
Group III nitride semiconductor crystals are variously used as substrates for light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs). Among these, GaN crystals are useful as substrates for blue light emitting devices such as blue light emitting diodes and blue semiconductor lasers, and active research has been conducted.
Recently, in an InGaN blue, green LED or LD using a GaN substrate with a C-plane surface, the generation of a piezo electric field in the c-axis direction, which is the growth axis, can lead to a decrease in the external quantum efficiency of the light-emitting device. In order to weaken the influence, research on InGaN blue, green LEDs and LDs using non-polar planes called A-planes and M-planes perpendicular to the C-plane of GaN crystals as growth surfaces is becoming increasingly popular (non-patented) Reference 1).
However, an electronic device to which a group III nitride semiconductor crystal substrate is applied is greatly affected by basic characteristics including element lifetime, depending on dislocations and stresses inherent in the group III nitride semiconductor crystal substrate. However, as long as heteroepitaxial growth using a heterogeneous wafer such as sapphire is performed, there is a limit to the reduction of lattice defects and stress. Therefore, an attempt to produce a group III nitride semiconductor crystal capable of homoepitaxial growth instead of a heterogeneous wafer such as sapphire has been studied.

例えば、サファイアウェハ上に有機金属化学的気相成長法によりGaN薄膜を形成後、ストライプ状のマスクを形成させ、ハライド気相成長法によってGaN層を厚膜に成長し、その後サファイアウェハを削除すれば、転位が10/cm2以下に低減したGaN単結晶が得られることが特許文献1で開示されている。 For example, after forming a GaN thin film on a sapphire wafer by metal organic chemical vapor deposition, a striped mask is formed, and a GaN layer is grown to a thick film by halide vapor deposition, and then the sapphire wafer is deleted. For example, Patent Document 1 discloses that a GaN single crystal having dislocations reduced to 10 7 / cm 2 or less can be obtained.

また、非極性窒化物結晶基板を提供するにあたっては、特許文献1の製法を改良してc軸方向に厚めに成長した結晶をM面に沿って切り出すことによって、数センチ角の基板が得られることが特許文献2で開示されている。   Further, in providing a nonpolar nitride crystal substrate, a substrate of several centimeters square can be obtained by cutting the crystal grown thicker in the c-axis direction along the M plane by improving the manufacturing method of Patent Document 1. This is disclosed in Patent Document 2.

さらに、特許文献2の方法で得たM面基板を、互いのC面同士が対向し、且つ互いのA面同士が対向するようにマトリックス状に配列させた後に、M面を主面とするハライド気相成長を行う、M面GaN層のホモエピタキシャル成長法が特許文献3で開示されている。   Further, the M-plane substrates obtained by the method of Patent Document 2 are arranged in a matrix so that the C-planes face each other and the A-faces face each other, and then the M-plane is the main surface. Patent Document 3 discloses a homoepitaxial growth method of an M-plane GaN layer that performs halide vapor phase growth.

また、C面およびM面を有する複数の窒化物半導体バーをC面同士が対向しM面が上面となるように配列し、M面上に窒化物半導体を成長させることが特許文献4で開示されている。   Further, Patent Document 4 discloses that a plurality of nitride semiconductor bars having a C plane and an M plane are arranged so that the C planes face each other and the M plane is an upper surface, and a nitride semiconductor is grown on the M plane. Has been.

またさらに、融液中で種結晶GaNのA面またはM面にGaNを成長させた後に、更に−c軸方向にGaNを成長させることが特許文献5で開示されている。   Further, Patent Document 5 discloses that after growing GaN on the A-plane or M-plane of seed crystal GaN in the melt, GaN is further grown in the −c-axis direction.

またさらに、側面にM面を有する主面C面の種結晶板を準備し、側面M面から+c軸方向に伸びるように拡大M面を成長させることが特許文献6で開示されている。   Further, Patent Document 6 discloses that a seed crystal plate having a principal plane C plane having an M plane on the side surface is prepared, and an enlarged M plane is grown so as to extend in the + c-axis direction from the side M plane.

特開平11−43398号公報JP 11-43398 A 特開2002−29897号公報JP 2002-29897 A 特開2010−275171号公報JP 2010-275171 A 特開2006−315947号公報JP 2006-315947 A 特開2006−160568号公報JP 2006-160568 A 特開2008−308401号公報JP 2008-308401 A

「第27回薄膜・表面物理基礎講座」、応用物理学会 薄膜・表面物理分科会、1998年11月16日、p.75"27th Basic Course on Thin Film and Surface Physics", Applied Physics Society, Thin Film and Surface Physics Subcommittee, November 16, 1998, p. 75 C. Stampfl and Chris G. Van de Walle, "Energetics and electronic structure of stacking faults in AlN, GaN, and InN", PHYSICAL REVIEW B, 1998, VOLUME 57, NUMBER 24, pp. R15 052- R15 055C. Stampfl and Chris G. Van de Walle, "Energetics and electronic structure of stacking faults in AlN, GaN, and InN", PHYSICAL REVIEW B, 1998, VOLUME 57, NUMBER 24, pp. R15 052- R15 055 Koji Maeda, Kunio Suzuki, Masaki Ichihara, Satoshi Nishiguchi, Kana Ono, Yutaka Mera and Shin Takeuchi, Physica B, 1999, Condensed Matter, Volumes 273-274, pp. 134-13Koji Maeda, Kunio Suzuki, Masaki Ichihara, Satoshi Nishiguchi, Kana Ono, Yutaka Mera and Shin Takeuchi, Physica B, 1999, Condensed Matter, Volumes 273-274, pp. 134-13

特許文献2に記載の方法は、c軸方向に厚膜成長させたGaN結晶をその成長方向と平行にスライスして基板を得るものであるが、この方法によってインチサイズの基板を製造するためには、GaN単結晶を少なくとも数cm以上の厚さに成長させる必要がある。ところが、現状の気相成長技術では、数cm以上の厚さにGaN単結晶を成長させようとした場合、種々の問題が発生する。例えば、一般的なハライド気相成長法(HVPE法)によってGaN単結晶を成長させる場合、長時間に渡って気相成長を続けると気相成長装置内にGaメタルが付着し、原料ガスの流量バランスが乱れやすくなる。また、GaN種結晶は元々特許文献1の方法にあるように異種基板からヘテロエピタキシャル成長させて得ているため、異種基板との界面で発生した歪みが残存している。また、その歪みによる応力の影響はGaN単結晶の膜厚が大になるほど大きくなる。従って、数cm以上もの厚さにGaN単結晶を成長させると、表面平坦性を損なったり、歪み緩和の格子欠陥が新たに発生したりする。   The method described in Patent Document 2 is to obtain a substrate by slicing a GaN crystal grown thick in the c-axis direction in parallel with the growth direction. In order to manufacture an inch-sized substrate by this method, The GaN single crystal needs to be grown to a thickness of at least several centimeters. However, in the current vapor phase growth technique, various problems occur when trying to grow a GaN single crystal to a thickness of several centimeters or more. For example, when a GaN single crystal is grown by a general halide vapor phase epitaxy method (HVPE method), if the vapor phase growth is continued for a long time, Ga metal adheres to the vapor phase growth apparatus, and the flow rate of the source gas The balance is easily disturbed. Further, since the GaN seed crystal is originally obtained by heteroepitaxial growth from a heterogeneous substrate as in the method of Patent Document 1, the strain generated at the interface with the heterogeneous substrate remains. In addition, the influence of the stress due to the strain increases as the film thickness of the GaN single crystal increases. Therefore, when a GaN single crystal is grown to a thickness of several centimeters or more, the surface flatness is impaired, or new lattice defects for strain relaxation are generated.

そのような問題を鑑みて特許文献3は、c軸方向に数cmに成長を留めたGaN単結晶から成長方向と平行にスライスし、主面M面、側面C面、側面A面を備えた板上基板を複数準備し、互いのC面同士が対向し、且つ互いのA面同士が対向するようにマトリックス状に配列させた後に、M面を主面とするHVPE法を行う、M面GaN層のホモエピタキシャル成長法である。この製法でインチサイズの基板は得られるようになったが、再成長結晶層中には1cmあたり3乗以上の積層欠陥を内在する課題に直面した。積層欠陥を含んだ非極性GaN結晶基板のInGaN系青色、緑色LEDやLDは発光強度の分布・分散の課題を与えることから、積層欠陥は非極性GaN結晶中から抑制が望まれている。   In view of such a problem, Patent Document 3 includes a main surface M plane, a side C plane, and a side A plane, sliced in parallel to the growth direction from a GaN single crystal that has been grown to several cm in the c-axis direction. A plurality of on-board substrates are prepared, arranged in a matrix so that the C faces of each other face each other and the A faces face each other, and then the HVPE method using the M face as a principal face is performed. This is a homoepitaxial growth method of a GaN layer. Although an inch-sized substrate can be obtained by this manufacturing method, the present inventors faced the problem that stacking faults of 3rd power or more per cm are inherent in the regrown crystal layer. Since InGaN-based blue and green LEDs and LDs of nonpolar GaN crystal substrates containing stacking faults give the problem of emission intensity distribution / dispersion, stacking faults are desired to be suppressed from nonpolar GaN crystals.

特許文献4には、低い転位密度と広いウェハ面積を兼ねる手段は記載されているものの、本発明が着目している積層欠陥については何も記載されておらず、結晶品質という点でもなお改良の必要性があることが判明した。   Although Patent Document 4 describes a means that has both a low dislocation density and a wide wafer area, it does not describe any stacking faults to which the present invention is focused, and is still improved in terms of crystal quality. It turns out that there is a need.

特許文献5に記載された方法では、−c軸への成長は不純物の取り込みが多く、結晶の品質には問題があった。   In the method described in Patent Document 5, the growth to the −c axis has a large amount of impurity incorporation, and there is a problem in the quality of the crystal.

特許文献6に記載された方法では、積層欠陥の抑制の観点では言及されていないものの、貫通転位の低減には有効である。しかしながら、c軸方向への成長距離は数cmに限ら
れるので、広いウェハ面積を兼ねることには問題があった。
Although the method described in Patent Document 6 is not mentioned in terms of suppressing stacking faults, it is effective in reducing threading dislocations. However, since the growth distance in the c-axis direction is limited to a few centimeters, there is a problem in having a large wafer area.

即ち、本発明は以上の背景を鑑みてなされた発明であり、積層欠陥が少ない領域を広範に有するIII族窒化物半導体結晶の製造方法を提供することを課題とする。   That is, the present invention has been made in view of the above background, and an object thereof is to provide a method for producing a group III nitride semiconductor crystal having a wide range of regions having few stacking faults.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、下地結晶の2つ以上の成長開始面から1つのIII族窒化物半導体結晶を成長させ、かつIII族窒化物半導体結晶の成長面を、下地結晶の成長開始面の総面積の3倍以上の面積に成長させることにより、積層欠陥が少ない領域を広範に有する高品質なIII族窒化物半導体結晶が得られることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have grown one group III nitride semiconductor crystal from two or more growth start surfaces of the base crystal, and the group III nitride semiconductor crystal It has been found that a high-quality group III nitride semiconductor crystal having a wide range of regions having few stacking faults can be obtained by growing the growth surface of the substrate to an area that is at least three times the total area of the growth start surface of the base crystal. The present invention has been completed.

即ち、本発明の内容は以下に示すとおりである。
(1) 下地結晶上にIII族窒化物半導体結晶を結晶成長させる成長工程を含むIII族窒化物半導体結晶の製造方法であって、前記成長工程が、前記下地結晶の2つ以上の成長開始面から1つのIII族窒化物半導体結晶を成長させ、かつIII族窒化物半導体結晶の成長面を、前記下地結晶の成長開始面の総面積の3倍以上の面積に成長させる工程である、III族窒化物半導体結晶の製造方法。
(2) 前記成長開始面が非極性面又は半極性面である、(1)に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
(3) 前記2つ以上の成長開始面の結晶面が、全て同一であり、かつ前記結晶面の角度差の絶対値が1°以内である、(1)又は(2)に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
(4) 前記成長工程が、2つ以上の種結晶を下地結晶として用い、それぞれの種結晶の成長開始面からIII族窒化物半導体結晶を成長させる工程である、(1)〜(3)の何れかに記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
(5) 前記種結晶が、狭側面アスペクト比(高さ/短辺)3以上の直方体形状又は直方体派生型形状である、(4)に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
(6) 前記2つ以上の種結晶が、曲率半径が3m以上の面上に設置されている、(4)又は(5)に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
(7) 前記2つ以上の種結晶が、それぞれ成長開始面に直交する側面を有し、前記側面同士の間に支持体を挟むように設置されている、(4)〜(6)の何れかに記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
(8) 前記支持体が、直径公差の絶対値が50μm以下の球形状である、(7)に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
(9) 前記支持体が、寸法精度の絶対値が50μm以下の直方体形状である、(7)に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
(10) 前記成長工程が、成長開始面以外の下地結晶上の面からも結晶成長させる工程である、(1)〜(9)の何れかに記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
That is, the contents of the present invention are as follows.
(1) A method for producing a group III nitride semiconductor crystal comprising a growth step of growing a group III nitride semiconductor crystal on a base crystal, wherein the growth step comprises two or more growth start surfaces of the base crystal A group III nitride semiconductor crystal, and a group III nitride semiconductor crystal growth surface is grown to an area that is at least three times the total area of the growth start surface of the base crystal. A method for producing a nitride semiconductor crystal.
(2) The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to (1), wherein the growth start surface is a nonpolar surface or a semipolar surface.
(3) The group III according to (1) or (2), wherein the crystal planes of the two or more growth start surfaces are all the same, and the absolute value of the angle difference between the crystal planes is within 1 ° A method for producing a nitride semiconductor crystal.
(4) The growth step is a step of growing a group III nitride semiconductor crystal from the growth start surface of each seed crystal using two or more seed crystals as a base crystal. The manufacturing method of the group III nitride semiconductor crystal in any one.
(5) The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to (4), wherein the seed crystal has a rectangular parallelepiped shape or a rectangular parallelepiped-derived shape having a narrow side surface aspect ratio (height / short side) of 3 or more.
(6) The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to (4) or (5), wherein the two or more seed crystals are installed on a surface having a radius of curvature of 3 m or more.
(7) Any of (4) to (6), wherein each of the two or more seed crystals has a side surface orthogonal to the growth start surface, and is disposed so as to sandwich a support between the side surfaces. A method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to claim 1.
(8) The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to (7), wherein the support has a spherical shape with an absolute value of a diameter tolerance of 50 μm or less.
(9) The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to (7), wherein the support has a rectangular parallelepiped shape with an absolute value of dimensional accuracy of 50 μm or less.
(10) The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to any one of (1) to (9), wherein the growth step is a step of crystal growth from a surface on the base crystal other than the growth start surface.

本発明によれば、積層欠陥が少ない領域を広範に有するIII族窒化物半導体結晶を簡便に製造することができる。   According to the present invention, a group III nitride semiconductor crystal having a wide range of regions with few stacking faults can be easily produced.

本発明に係る成長工程の結晶成長を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the crystal growth of the growth process which concerns on this invention. 成長開始面の結晶面の角度差、結晶面に平行な結晶軸の角度差を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the angle difference of the crystal plane of a growth start surface, and the angle difference of the crystal axis parallel to a crystal plane. 2つ以上の成長開始面を設定する方法を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the method of setting two or more growth start surfaces. 種結晶の形状を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the shape of a seed crystal. 2つ以上の種結晶と支持体の設置方法を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the installation method of two or more seed crystals and a support body. HVPE法に用いられる製造装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the manufacturing apparatus used for HVPE method. 低基底面転位密度領域及び高基底面積層欠陥密度領域を有するIII族窒化物半導体結晶を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the group III nitride semiconductor crystal which has a low basal plane dislocation density region and a high base area layer defect density region. 横方向成長領域の電子顕微鏡写真である(図面代用写真)。It is an electron micrograph of a lateral growth region (drawing substitute photo).

以下において、本発明の内容について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様や具体例に限定されるものではない。例えば、III族窒化物半導体結晶の代表例としてGaN結晶を例に挙げて説明がなされることがあるが、本発明はGaN結晶およびその製造方法に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。   Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be made based on typical embodiments and specific examples of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments and specific examples. For example, the GaN crystal may be described as a representative example of the group III nitride semiconductor crystal, but the present invention is not limited to the GaN crystal and the manufacturing method thereof. In the present specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.

本明細書において「C面」ないし「基底面」とは、六方晶構造(ウルツ鋼型結晶構造)における{0001}面と等価な面を意味する。III族窒化物半導体結晶ではC面は極性面であり、+C面はIII族面、窒化ガリウムの場合にはGa面に相当する。
また、本明細書において「M面」とは、{1−100}面として包括的に表される面であり、具体的には(1−100)面、(01−10)面、(−1010)面、(−1100)面、(0−110)面、および(10−10)面を意味する。かかる面は非極性面である。
さらに、本明細書において「A面」とは、{2−1−10}面として包括的に表される面であり、具体的には(2−1−10)面、(−12−10)面、(−1−120)面、(−2110)面、(1−210)面、および(11−20)面を意味する。かかる面は非極性面である。
本明細書において「半極性面」とは、結晶面に第13族元素と窒素元素の両方が存在しており、その存在比が1:1でない面であれば特に限定されないが、例えば{20−21}面、{10−11}面、{10−12}面、{11−21}面、{11−22}面、{11−23}面、{11−24}面などがあげられる。
なお、本明細書において<・・・・>との表記は方向の集合表現、[・・・・]との表記は方向の個別表現を表す。それに対して{・・・・}との表記は面の集合表現、(・・・・)との表記は面の個別表現を表す。
また、本明細書においてC面、M面、A面や特定の指数面を称する場合には、±0.01°以内の精度で計測される各結晶軸から10°以内のオフ角を有する範囲内の面を含む。好ましくはオフ角が5°以内であり、より好ましくは3°以内である。
なお、本明細書において主面とは、デバイスを形成すべき面、あるいは構造体において最も広い面を意味する。
In the present specification, “C plane” or “basal plane” means a plane equivalent to the {0001} plane in a hexagonal crystal structure (wurtzite type crystal structure). In the group III nitride semiconductor crystal, the C plane is a polar plane, the + C plane corresponds to a group III plane, and in the case of gallium nitride, it corresponds to a Ga plane.
Further, in this specification, the “M plane” is a plane comprehensively represented as a {1-100} plane, specifically, a (1-100) plane, a (01-10) plane, (− 1010) plane, (-1100) plane, (0-110) plane, and (10-10) plane. Such a surface is a nonpolar surface.
Furthermore, in this specification, the “A plane” is a plane comprehensively represented as a {2-1-10} plane, specifically, a (2-1-10) plane, (-12-10). ) Plane, (-1-120) plane, (-2110) plane, (1-210) plane, and (11-20) plane. Such a surface is a nonpolar surface.
In the present specification, the “semipolar plane” is not particularly limited as long as both the Group 13 element and the nitrogen element are present on the crystal plane and the abundance ratio thereof is not 1: 1. For example, {20 -21} plane, {10-11} plane, {10-12} plane, {11-21} plane, {11-22} plane, {11-23} plane, {11-24} plane, etc. .
In this specification, the notation <...> Represents a collective expression of directions, and the notation [...] Represents an individual expression of directions. On the other hand, the notation {...} Represents the collective representation of the surface, and the notation (...) Represents the individual representation of the surface.
Further, in this specification, when referring to the C, M, A, or specific index plane, a range having an off angle within 10 ° from each crystal axis measured with an accuracy within ± 0.01 °. Including the inner face. The off angle is preferably within 5 °, more preferably within 3 °.
In this specification, the main surface means a surface on which a device is to be formed or a widest surface in the structure.

[III族窒化物半導体結晶の製造方法]
本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法は、下地結晶の2つ以上の成長開始面から1つのIII族窒化物半導体結晶を成長させ、かつIII族窒化物半導体結晶の成長面を、下地結晶の成長開始面の総面積の3倍以上の面積に成長させる工程(以下、「本発明に係る成長工程」と略す場合がある。)を含むことを特徴とする。本発明者らは、III族窒化物半導体結晶が成長し始める下地結晶上の成長開始面の面積を、目的とするIII族窒化物半導体結晶に比べて小さく設定し、成長開始面に平行な方向への結晶成長(以下、「横方向成長」と略す場合がある。)を促して、横方向成長によって形成される成長面上の領域をより広く確保することにより、積層欠陥が少ない領域を広範に有する高品質なIII族窒化物半導体結晶が得られることを見出した。これは成長開始面(図1中の1)上に形成される結晶領域(図1中の4 以下、「成長開始面上領域」と略す場合がある。
)に多く積層欠陥が発生するのに対し、横方向成長によって形成される結晶領域(図1中の5 以下、「横方向成長領域」と略す場合がある。)には積層欠陥の発生が少なくなることに基づいている。また、本発明者らは、前述の知見を応用して、2つ以上の成長開始面を設定・配置し、それぞれの成長開始面から形成される結晶を会合結合させて、1つの大きな結晶に成長させることにより、広い成長開始面を有する下地結晶上から成長させる場合に比べて、積層欠陥の少ない高品質なIII族窒化物半導体結晶が得られることを見出した。本発明は、かかる知見に基づく発明であり、発光素子の基板等として実用性の高いIII族窒化物半導体結晶を得る観点から、成長開始面の総面積に対して成長面が3倍以上の面積になるように成長させることを特徴としている。成長面の面積が3倍よりも小さいと、例えば積層欠陥の少ない基板を効率的に製造することが困難となる。
なお、成長開始面とは、III族窒化物半導体結晶が成長し始める下地結晶上の一面又は部分面であって、結晶全体としての成長方向(結晶全体として結晶厚みが増加する方向。つまり、それぞれの成長開始面から成長したそれぞれの結晶同士が会合結合して1つの大きな結晶に成長した後に、さらに成長を続けた場合において、結晶厚みが増加する方向。)に対して垂直な面を意味するものとする。図1を参照して説明すると、1が成長開始面、2が結晶全体としての成長方向である。
また、本発明において成長面とは、結晶成長によって形成したIII族窒化物半導体結晶上の面のうち、特に結晶全体としての成長方向に対して垂直な面、即ち成長開始面に平行な面を意味するものとする。図1を参照して説明すると、3が成長面である。
さらに積層欠陥とは、GaN結晶で広く知られている基底面の積層不整である(非特許文献2を参照)。
[Method for Producing Group III Nitride Semiconductor Crystal]
In the method for producing a group III nitride semiconductor crystal of the present invention, one group III nitride semiconductor crystal is grown from two or more growth start surfaces of the base crystal, and the group III nitride semiconductor crystal growth surface is formed on the base crystal. It includes a step of growing to an area that is at least three times the total area of the crystal growth start surface (hereinafter sometimes abbreviated as “growth step according to the present invention”). The inventors set the area of the growth start surface on the base crystal on which the group III nitride semiconductor crystal starts to grow smaller than the target group III nitride semiconductor crystal, and is parallel to the growth start surface. By encouraging crystal growth (hereinafter sometimes abbreviated as “lateral growth”) to secure a wider area on the growth surface formed by the lateral growth, a wide range of areas with fewer stacking faults can be obtained. It has been found that a high-quality group III nitride semiconductor crystal can be obtained. This is sometimes abbreviated as a crystal region (4 or less in FIG. 1, “region on the growth start surface”) formed on the growth start surface (1 in FIG. 1).
) In the crystal region (5 or less in FIG. 1, sometimes abbreviated as “lateral growth region”) formed by lateral growth is less likely to cause stacking faults. Is based on becoming. In addition, the present inventors apply the above-described knowledge to set and arrange two or more growth start surfaces, and associate and bond crystals formed from the respective growth start surfaces into one large crystal. It has been found that by growing, a high-quality group III nitride semiconductor crystal with few stacking faults can be obtained as compared with the case of growing from a base crystal having a wide growth start surface. The present invention is an invention based on such knowledge, and from the viewpoint of obtaining a group III nitride semiconductor crystal having high practicality as a substrate of a light-emitting element, the area of the growth surface is at least three times the total area of the growth start surface It is characterized by growing to become. If the area of the growth surface is smaller than three times, it becomes difficult to efficiently manufacture, for example, a substrate having few stacking faults.
The growth start surface is one surface or a partial surface on the base crystal where the group III nitride semiconductor crystal starts to grow, and the growth direction as a whole crystal (the direction in which the crystal thickness increases as a whole crystal. Means a plane perpendicular to the direction in which the crystal thickness increases when each crystal grown from the growth start surface of each other is associated and bonded to grow into one large crystal and then continues to grow. Shall. Referring to FIG. 1, 1 is the growth start surface, and 2 is the growth direction of the entire crystal.
Further, in the present invention, the growth plane is a plane on the group III nitride semiconductor crystal formed by crystal growth, particularly a plane perpendicular to the growth direction of the entire crystal, that is, a plane parallel to the growth start plane. Shall mean. If it demonstrates with reference to FIG. 1, 3 is a growth surface.
Furthermore, the stacking fault is a stacking irregularity of a basal plane widely known for GaN crystals (see Non-Patent Document 2).

本発明に係る成長工程は、下地結晶の2つ以上の成長開始面から1つのIII族窒化物半導体結晶を成長させることを特徴とするものであるが、「下地結晶の2つ以上の成長開始面」とは、1つの下地結晶上に面方向に物理的に離れている2つ以上の成長開始面が設定されていること、或いは2つ以上の種結晶を下地結晶とし、それぞれの種結晶上に1つ以上の成長開始面が設定されていること(それぞれの成長開始面は面方向に物理的に離れている)を意味するものとする。また、「2つ以上の成長開始面から1つのIII族窒化物半導体結晶を成長させる」とは、2つ以上の成長開始面それぞれから形成される結晶を会合結合させて、1つの大きな結晶に成長させることを意味するものとする。
なお、成長開始面の数は、目的とするIII族窒化物半導体結晶の大きさ等によって適宜設定することができるが、好ましくは5以上、より好ましくは10以上であり、通常50以下、好ましくは30以下、より好ましくは20以下である。
また、本発明に係る成長工程は、成長開始面のみから結晶成長が進行する結晶成長を意図しているものではなく、成長開始面以外の下地結晶上の面から結晶成長が進行するものであってもよい。一方、成長開始面となりうる一面又は部分面が複数存在し、その一部を成長開始面として設定したい場合には、例えば選択した一面又は部分面に特に原料成分を供給し易くする、或いは選択した一面又は部分面以外の面からの成長を阻害する等によって、意図的に設定することができる。
The growth step according to the present invention is characterized in that one group III nitride semiconductor crystal is grown from two or more growth start surfaces of the base crystal. “Plane” means that two or more growth start surfaces physically separated in the plane direction are set on one base crystal, or two or more seed crystals are used as base crystals, and each seed crystal It means that one or more growth start surfaces are set above (each growth start surface is physically separated in the surface direction). In addition, “grow a group III nitride semiconductor crystal from two or more growth start surfaces” means that crystals formed from two or more growth start surfaces are associated with each other to form one large crystal. It means to grow.
The number of growth starting surfaces can be appropriately set depending on the size of the target group III nitride semiconductor crystal, but is preferably 5 or more, more preferably 10 or more, and usually 50 or less, preferably 30 or less, more preferably 20 or less.
In addition, the growth process according to the present invention is not intended for crystal growth in which crystal growth proceeds only from the growth start surface, but proceeds from a surface on the base crystal other than the growth start surface. May be. On the other hand, when there are a plurality of one or partial surfaces that can be the growth start surface and it is desired to set a part of them as the growth start surface, for example, it is easy to supply or select a raw material component to the selected one surface or partial surface. It can be set intentionally by inhibiting growth from a surface other than one surface or a partial surface.

本発明に係る成長工程は、III族窒化物半導体結晶の成長面を、下地結晶の成長開始面の総面積の3倍以上の面積に成長させるものであるが、成長開始面の総面積の4倍以上の面積に成長させるものであることが好ましく、成長開始面の総面積の5倍以上の面積に成長させるものであることがより好ましい。また、上限値として、通常は、成長開始面の総面積の400倍以下に成長させるものであるが、成長開始面の総面積の100倍以下に成長させることが好ましく、50倍以下に成長させることがより好ましく、10倍以下に成長させることがさらに好ましい。   In the growth step according to the present invention, the growth surface of the group III nitride semiconductor crystal is grown to an area that is at least three times the total area of the growth start surface of the base crystal. It is preferable to grow to an area that is twice or more, and it is more preferable to grow to an area that is five times or more the total area of the growth start surface. In addition, the upper limit is usually grown to 400 times or less of the total area of the growth start surface, but it is preferable to grow to 100 times or less of the total area of the growth start surface, and grow to 50 times or less. More preferably, the growth is 10 times or less.

本発明に係る成長工程は、III族窒化物半導体結晶の成長面を、下地結晶の成長開始面の総面積の3倍以上の面積に成長させるものであるが、成長開始面の具体的な総面積は
特に限定されない。具体的な成長開始面の総面積としては、通常16cm2以下、好ましくは8cm2以下、より好ましくは4cm2以下であり、通常0.03cm2より大きく、好ましくは0.06cm2以上、より好ましくは0.15cm2以上である。
また、1つ当たりの成長開始面の面積も特に限定されないが、通常16cm2未満、好ましくは8cm2以下、より好ましくは4cm2以下、さらに好ましくは1cm2以下、よりさらに好ましくは0.5cm2以下、特に好ましくは0.1cm2以下であり、通常0.03cm2以上、好ましくは0.06cm2以上、より好ましくは0.15cm2以上である。
In the growth step according to the present invention, the growth surface of the group III nitride semiconductor crystal is grown to an area that is at least three times the total area of the growth start surface of the base crystal. The area is not particularly limited. The total area of concrete growth start surface, usually 16cm 2 or less, preferably 8 cm 2 or less, more preferably 4 cm 2 or less, usually greater than 0.03 cm 2, preferably 0.06 cm 2 or more, more preferably Is 0.15 cm 2 or more.
The area of the growth start surface per one is not particularly limited, but is usually less than 16 cm 2 , preferably 8 cm 2 or less, more preferably 4 cm 2 or less, further preferably 1 cm 2 or less, and still more preferably 0.5 cm 2. or less, particularly preferably 0.1 cm 2 or less, usually 0.03 cm 2 or more, preferably 0.06 cm 2 or more, more preferably 0.15 cm 2 or more.

成長開始面の結晶面(指数面)は、目的とするIII族窒化物半導体結晶によって適宜設定することができるが、非極性面又は半極性面であることが好ましく、M面であることがより好ましい。また、成長開始面のオフ角は10°以内であることが好ましく、5°以内がより好ましく、3°以内であることが好ましい。
また、2つ以上の成長開始面の結晶面(指数面)は全て同一であることが好ましい。結晶面を統一することで、会合結合する領域での転位の発生を軽減することができる。結晶面が同一である場合、結晶面の角度差の絶対値は、1°以内にすることが好ましく、0.5°以内にすることがより好ましい。また、結晶面上の結晶軸の方位も同一であることが好ましく、結晶軸の角度差の絶対値は、0.5°以内にすることが好ましく、0.3°以内にすることがより好ましい。なお、図2を参照して説明すると(成長開始面のオフ角=0°とした場合である)、2aは2つの成長開始面の斜視図、2bが2つの成長開始面(結晶面)の角度差を表す図、2cは2つの成長開始面の上面図であり、6と7が成長開始面(結晶面)、8が結晶面上の結晶軸、9は結晶面の角度差、10は結晶面上の結晶軸の角度差を表す。
The crystal plane (index plane) of the growth start plane can be appropriately set depending on the target group III nitride semiconductor crystal, but is preferably a nonpolar plane or a semipolar plane, and more preferably an M plane. preferable. Further, the off angle of the growth start surface is preferably within 10 °, more preferably within 5 °, and preferably within 3 °.
Moreover, it is preferable that the crystal planes (index planes) of two or more growth start planes are all the same. By unifying the crystal planes, the occurrence of dislocations in the associative region can be reduced. When the crystal planes are the same, the absolute value of the angle difference between the crystal planes is preferably within 1 °, and more preferably within 0.5 °. The orientation of the crystal axes on the crystal plane is preferably the same, and the absolute value of the angle difference between the crystal axes is preferably within 0.5 °, more preferably within 0.3 °. . 2A (when the off-angle of the growth start surface is 0 °), 2a is a perspective view of two growth start surfaces, and 2b is two growth start surfaces (crystal planes). FIGS. 2c and 2c are top views of two growth start faces, 6 and 7 are growth start faces (crystal faces), 8 is a crystal axis on the crystal face, 9 is an angle difference between crystal faces, It represents the angle difference between the crystal axes on the crystal plane.

本発明に係る成長工程は、成長開始面以外の下地結晶上の面から結晶成長が進行するものであってもよいことを前述したが、成長開始面以外の面は+C面及び/又は半極性面であることが好ましい。かかる面が存在することによって、横方向成長を促進し、効率よく結晶成長を進めることができる。
また、2つ以上の成長開始面同士の間の空間に成長開始面以外の面が存在する場合には、かかる面も+C面及び/又は半極性面であることが好ましい。成長開始面同士の間の空間にC面及び/又は半極性面が存在することによって、空間を埋め込んでバルク結晶を得やすくすることができる。さらに、当該空間が複数存在し、各々の空間ごとに成長開始面以外の面が存在する場合には、前記成長開始面以外の面同士を同じ方向に揃えることが好ましく、具体的には、それぞれの空間に+C面が存在する場合には、+C面同士を同じ方向に揃えることが好ましく、それぞれの空間に同一の半極性面が存在する場合には、半極性面同士を同じ方向に揃えることが好ましい。また、前記成長開始面以外の面同士の結晶面の角度差の絶対値を1°以内にすることが好ましく、0.5°以内にすることがより好ましい。さらに結晶面上の結晶軸の方位も同一であることが好ましく、結晶軸の角度差の絶対値は、0.5°以内にすることが好ましく、0.3°以内にすることがより好ましい。成長開始面以外の面を統一することによって、かかる空間に形成される結晶の品質を均一にすることができる。
As described above, the growth process according to the present invention may be such that crystal growth proceeds from a surface on the base crystal other than the growth start surface. However, the surface other than the growth start surface is a + C plane and / or semipolar. A surface is preferred. The presence of such a surface can promote lateral growth and efficiently promote crystal growth.
In addition, when a surface other than the growth start surface exists in a space between two or more growth start surfaces, the surface is also preferably a + C surface and / or a semipolar surface. The presence of the C-plane and / or semipolar plane in the space between the growth start surfaces makes it easy to obtain a bulk crystal by filling the space. Furthermore, when there are a plurality of such spaces, and there is a surface other than the growth start surface for each space, it is preferable to align the surfaces other than the growth start surface in the same direction, specifically, When + C planes are present in the space, it is preferable to align the + C planes in the same direction. When the same semipolar planes are present in the respective spaces, the semipolar planes are aligned in the same direction. Is preferred. The absolute value of the angle difference between the crystal planes other than the growth start plane is preferably within 1 °, and more preferably within 0.5 °. Furthermore, the orientation of the crystal axes on the crystal plane is preferably the same, and the absolute value of the angle difference between the crystal axes is preferably within 0.5 °, and more preferably within 0.3 °. By unifying the surfaces other than the growth start surface, the quality of crystals formed in such a space can be made uniform.

成長開始面の形状は、アスペクト比の大きな矩形であることが好ましい。矩形の成長開始面を平行(特に矩形の長辺が横並びになるような平行)に配列することにより、横方向成長を一定方向に制御することができ、より高品質なIII族窒化物半導体結晶を得ることができる。矩形の成長開始面である場合、短辺の長さは通常1mm以下、好ましくは0.5mm以下、より好ましくは0.01mm以下であり、通常0.001mm以上である。矩形の成長開始面の長辺の長さは、目的とするIII族窒化物半導体結晶の形状によって適宜設定することができるが、通常1〜15cmである。   The shape of the growth start surface is preferably a rectangle with a large aspect ratio. By arranging rectangular growth start surfaces in parallel (especially parallel so that the long sides of the rectangle are arranged side by side), the lateral growth can be controlled in a certain direction, and a higher-quality group III nitride semiconductor crystal Can be obtained. In the case of a rectangular growth start surface, the length of the short side is usually 1 mm or less, preferably 0.5 mm or less, more preferably 0.01 mm or less, and usually 0.001 mm or more. The length of the long side of the rectangular growth start surface can be appropriately set depending on the shape of the target group III nitride semiconductor crystal, but is usually 1 to 15 cm.

隣接した成長開始面同士の間隔は、成長開始面の形状等によって適宜設定することができるが、通常1mm以上、好ましくは2mm以上、より好ましくは10mm以上であり、通常50mm以下、好ましくは30mm以下、より好ましくは20mm以下である。上記範囲であると、積層欠陥の少ない領域を十分に確保することができる。なお、3つ以上の成長開始面を設定する場合には、それぞれの成長開始面同士の間隔は、同一であっても、異なっていてもよい。また、成長開始面が位置する高さについても特に限定されないが、全ての成長開始面を同一の高さに揃えることが好ましい。   The spacing between adjacent growth start surfaces can be appropriately set depending on the shape of the growth start surface and the like, but is usually 1 mm or more, preferably 2 mm or more, more preferably 10 mm or more, and usually 50 mm or less, preferably 30 mm or less. More preferably, it is 20 mm or less. Within the above range, a region with few stacking faults can be secured sufficiently. When three or more growth start surfaces are set, the intervals between the respective growth start surfaces may be the same or different. Further, the height at which the growth start surface is located is not particularly limited, but it is preferable to align all the growth start surfaces at the same height.

2つ以上の成長開始面を設定する方法としては、例えば2つ以上の種結晶を下地結晶として用い、それぞれの種結晶に成長開始面を設定する方法(図3中の3a)、大きな下地結晶上にマスク層を形成する方法(図3の3b)、大きな下地結晶を切削して溝を形成する方法(図3中の3c)等が挙げられる。操作の簡便性から、2つ以上の種結晶を下地結晶として用い、それぞれの種結晶に成長開始面を設定する方法が好ましい。   As a method of setting two or more growth start surfaces, for example, a method of using two or more seed crystals as a base crystal and setting a growth start surface for each seed crystal (3a in FIG. 3), a large base crystal Examples thereof include a method of forming a mask layer (3b in FIG. 3), a method of cutting a large base crystal to form a groove (3c in FIG. 3), and the like. In view of simplicity of operation, a method of using two or more seed crystals as a base crystal and setting a growth start surface for each seed crystal is preferable.

本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法に用いる下地結晶の種類としては、GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN等のIII族窒化物半導体結晶、サファイア、ZnO、BeO等の金属酸化物、SiC、Si等の珪素含有物、及びGaAs等が挙げられる。これらの中で、GaN、AlN、InN等の目的とするIII族窒化物半導体結晶と同種の結晶を用いることが好ましい。   The types of base crystals used in the method for producing a Group III nitride semiconductor crystal of the present invention include Group III nitride semiconductor crystals such as GaN, AlN, InN, InGaN, and AlGaN, metal oxides such as sapphire, ZnO, and BeO, Examples thereof include silicon-containing materials such as SiC and Si, and GaAs. Among these, it is preferable to use the same kind of crystal as the target group III nitride semiconductor crystal such as GaN, AlN, InN or the like.

下地結晶は、熱処理を施したものを用いることが好ましい。具体的な熱処理条件として、GaNの場合の条件を以下に説明する。GaNを熱処理する場合、雰囲気ガスとしてN2、NH3又はこれらの混合ガスが挙げられる。熱処理は、密閉系でも或いは流通系でもよいが、流通系が好ましく、その流量は通常50ml/min以上、好ましくは150ml/min以上、より好ましくは180ml/min以上である。温度条件は通常900℃以上、好ましくは1100℃以上、より好ましくは1250℃以上であり、通常2500℃以下、好ましくは2220℃以下、より好ましくは1400℃以下である。加熱時間は、通常1分以上、好ましくは1時間以上、より好ましくは3時間以上であり、通常1666時間以下、好ましくは833時間以下、より好ましくは240時間以下である。上記条件で熱処理された下地結晶は、基底面転位が熱力学的に安定な位置に集合化して、残留応力が少なくなっているため、本願発明において熱処理された下地結晶を用いた場合には、より積層欠陥が少ない高品質なIII族窒化物半導体結晶が得られる傾向がある。
また、前述の熱処理によって、下地結晶表面にIII族金属層、酸化物層、水酸化物層、又はオキシ水酸化物等の表面変質層が形成される場合がある。従って、結晶成長に使用する前にかかる表面変質層を除去することが好ましい。表面変質層の具体的な除去方法としては、下地結晶を酸溶液中に浸漬する方法や機械研磨方法が挙げられる。下地結晶を酸溶液中に浸漬する場合に使用する酸溶液の種類は特に限定されないが、塩酸、硫酸、硝酸が挙げられ、特に硝酸が好ましい。また、酸溶液の濃度も特に限定されないが、通常10%以上、好ましくは30%以上である。高濃度の酸溶液又は混酸溶液を使用することによって、被膜除去が効率的になる。さらに酸溶液中に浸漬する際は、スターラー、超音波振動装置等を用いて撹拌しながら行われることが好ましく、さらに60℃以上、好ましくは80℃以上の温度で加熱しながら行うことが好ましい。
It is preferable to use a base crystal that has been heat-treated. As specific heat treatment conditions, conditions for GaN will be described below. When heat-treating GaN, N 2 , NH 3, or a mixed gas thereof can be used as the atmospheric gas. The heat treatment may be a closed system or a flow system, but a flow system is preferable, and the flow rate is usually 50 ml / min or more, preferably 150 ml / min or more, more preferably 180 ml / min or more. The temperature condition is usually 900 ° C. or higher, preferably 1100 ° C. or higher, more preferably 1250 ° C. or higher, and usually 2500 ° C. or lower, preferably 2220 ° C. or lower, more preferably 1400 ° C. or lower. The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 1 hour or longer, more preferably 3 hours or longer, and usually 1666 hours or shorter, preferably 833 hours or shorter, more preferably 240 hours or shorter. The base crystal heat-treated under the above conditions aggregates the basal plane dislocations in a thermodynamically stable position and reduces the residual stress, so when using the heat-treated base crystal in the present invention, There is a tendency to obtain a high-quality group III nitride semiconductor crystal with fewer stacking faults.
In addition, a surface-modified layer such as a group III metal layer, an oxide layer, a hydroxide layer, or an oxyhydroxide may be formed on the surface of the base crystal by the above-described heat treatment. Therefore, it is preferable to remove the surface altered layer before using it for crystal growth. Specific methods for removing the surface altered layer include a method of immersing the base crystal in an acid solution and a mechanical polishing method. The type of the acid solution used when the base crystal is immersed in the acid solution is not particularly limited, and examples thereof include hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid, and nitric acid is particularly preferable. The concentration of the acid solution is not particularly limited, but is usually 10% or more, preferably 30% or more. By using a high-concentration acid solution or mixed acid solution, film removal becomes efficient. Further, the immersion in the acid solution is preferably performed while stirring using a stirrer, an ultrasonic vibration device, or the like, and more preferably performed while heating at a temperature of 60 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher.

下地結晶の形状は、前述の成長開始面を設定することができるものであれば特に限定されないが、前述したような2つ以上の種結晶を下地結晶として用いる場合の好ましい形状について以下に説明する。
成長開始面の形状は矩形であることが好ましいことを前述したが、種結晶の形状としてもこのような矩形の一面を有することが好ましい。また、矩形の成長開始面を平行に配列するために、種結晶は成長開始面となる面に直交する側面を有することが好ましい。具体的な種結晶の形状としては、図4に示すような直方体形状又は直方体派生型形状を有する
ものが挙げられる(図4の上側は種結晶の斜視図、下側は種結晶の側面図である)。直方体派生型形状とは、例えば図4の4b又は4cに示されるような形状であり、特に成長開始面となる面の面積が小さくなるように直方体形状を変形させた形状を意味するものとする。このような直方体派生型形状は、例えば図4の4aの直方体形状の種結晶を、回転研磨機、イオンビーム等を用いて加工することにより得ることができる。
種結晶の寸法は、成長開始面の形状や間隔によって適宜設定することができるが、図4を参照して説明すると、短辺(図4中の13)は通常1mm以下、好ましくは0.5mm以下、より好ましくは0.3mm以下であり、通常0.05mm以上、好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.15mm以上である。高さ(図4中の14)は、通常10mm以下、好ましくは5mm以下、より好ましくは2mm以下であり、通常0.5mm以上、好ましくは1mm以上である。長辺(図4中の15)は、通常5mm以上、好ましくは20mm以上、より好ましくは50mm以上である。また、高さ(図中4の14)/短辺(図4中の13)とするアスペクト比(以下、「狭側面アスペクト比」と略す場合がある。)は、通常3以上、好ましくは4以上、より好ましくは5以上であり、通常100以下、好ましくは50以下、より好ましくは20以下である。
The shape of the base crystal is not particularly limited as long as the above-described growth start surface can be set, but a preferable shape in the case where two or more seed crystals as described above are used as the base crystal will be described below. .
As described above, it is preferable that the growth start surface has a rectangular shape. However, it is preferable that the seed crystal has a rectangular surface. Further, in order to arrange the rectangular growth start surfaces in parallel, the seed crystal preferably has a side surface orthogonal to the surface to be the growth start surface. Specific examples of the shape of the seed crystal include those having a rectangular parallelepiped shape or a rectangular parallelepiped-derived shape as shown in FIG. 4 (the upper side of FIG. 4 is a perspective view of the seed crystal, and the lower side is a side view of the seed crystal. is there). The rectangular parallelepiped-derived shape is, for example, a shape as shown in 4b or 4c of FIG. 4, and particularly means a shape obtained by deforming the rectangular parallelepiped shape so that the area of the surface to be the growth start surface is reduced. . Such a rectangular parallelepiped-derived shape can be obtained, for example, by processing the rectangular parallelepiped seed crystal 4a in FIG. 4 using a rotary polishing machine, an ion beam, or the like.
The dimension of the seed crystal can be appropriately set depending on the shape and interval of the growth start surface. However, when described with reference to FIG. 4, the short side (13 in FIG. 4) is usually 1 mm or less, preferably 0.5 mm. Hereinafter, it is more preferably 0.3 mm or less, usually 0.05 mm or more, preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.15 mm or more. The height (14 in FIG. 4) is usually 10 mm or less, preferably 5 mm or less, more preferably 2 mm or less, and usually 0.5 mm or more, preferably 1 mm or more. The long side (15 in FIG. 4) is usually 5 mm or more, preferably 20 mm or more, more preferably 50 mm or more. Also, the aspect ratio (hereinafter sometimes abbreviated as “narrow side aspect ratio”) of height (14 in FIG. 4) / short side (13 in FIG. 4) is usually 3 or more, preferably 4 Above, more preferably 5 or more, usually 100 or less, preferably 50 or less, more preferably 20 or less.

2つ以上の成長開始面の結晶面(指数面)は全て同一であることが好ましいこと、さらに結晶面上の結晶軸の方位も同一であることが好ましいことを前述したが、このように設定するために、設置する全ての種結晶の成長開始面となる面がそれぞれ同一になるように設定することが好ましい。
また、成長開始面同士の間の空間に成長開始面以外の面が存在する場合には、かかる面は+C面及び/又は半極性面であることが好ましいことを前述したが、このように設定するために、設置する全ての種結晶について、成長開始面となる面に直交する側面が+C面又は半極性面になるように設定することが好ましい。具体的には、設置する全ての種結晶の成長開始面をM面とし、対向する各種結晶の側面を+C面及び−C面とし、かつ、全ての種結晶の+C面を同じ方向に揃える態様が好ましい。
As described above, it is preferable that the crystal planes (index planes) of two or more growth start planes are all the same, and that the crystal axis orientations on the crystal planes are also preferably the same. In order to achieve this, it is preferable to set the surfaces to be the growth start surfaces of all the seed crystals to be set to be the same.
In addition, as described above, when a surface other than the growth start surface exists in the space between the growth start surfaces, it is preferable that the surface is a + C surface and / or a semipolar surface. Therefore, it is preferable to set all the seed crystals to be set so that the side surface orthogonal to the surface to be the growth start surface becomes a + C surface or a semipolar surface. Specifically, the growth start surface of all the seed crystals to be installed is the M plane, the side surfaces of the opposing various crystals are the + C plane and the −C plane, and the + C planes of all the seed crystals are aligned in the same direction. Is preferred.

種結晶は曲率半径が3m以上の面上に設置されることが好ましく、5m以上の面上に設置されることがより好ましく、10m以上の面上に設置することがさらに好ましい。   The seed crystal is preferably installed on a surface having a radius of curvature of 3 m or more, more preferably installed on a surface of 5 m or more, and even more preferably installed on a surface of 10 m or more.

種結晶を設置する方法は特に限定されないが、目的とする成長開始面同士の間隔を保つために、成長開始面となる面に直交する側面を利用する方法が挙げられる。例えば、図5に示されるように種結晶の側面同士を接触させる方法(図5の5a)、種結晶同士の間に支持体を挟む方法(図5の5b、5c)が挙げられる。これらの中で、操作の簡便性から、種結晶同士の間に支持体を挟む方法を採用することが好ましい。   The method of installing the seed crystal is not particularly limited, but a method of using a side surface orthogonal to the surface to be the growth start surface can be mentioned in order to keep the target growth start surface. For example, as shown in FIG. 5, there are a method of bringing the side surfaces of the seed crystals into contact with each other (5a in FIG. 5) and a method of sandwiching a support between the seed crystals (5b and 5c in FIG. 5). Among these, it is preferable to employ a method in which a support is sandwiched between seed crystals for ease of operation.

支持体の形状は、目的とする成長開始面同士の間隔を保てるものであれば、特に限定されないが、例えば球形状(図5の5b)、直方体形状(図5の5c)等が挙げられる。
球形状の支持体を用いる場合、支持体の直径公差の絶対値は、通常50μm以下、好ましくは20μm以下、より好ましくは、10μm以下である。用いる球形状の支持体の数は、種結晶の形状等によって適宜設定することができるが、最密に充填することが好ましい。
また、直方体形状の支持体を用いる場合、支持体の寸法精度の絶対値は、通常50μm以下、好ましくは20μm以下、より好ましくは10μm以下である。なお、支持体の寸法精度の絶対値とは、種結晶の側面と接する支持体の両側側面間の距離のバラつき指す。
The shape of the support is not particularly limited as long as the target growth start surfaces can be kept apart, and examples thereof include a spherical shape (5b in FIG. 5) and a rectangular parallelepiped shape (5c in FIG. 5).
When a spherical support is used, the absolute value of the diameter tolerance of the support is usually 50 μm or less, preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less. The number of spherical supports to be used can be set as appropriate depending on the shape of the seed crystal and the like, but it is preferable to pack the particles in the closest packing.
When a rectangular parallelepiped support is used, the absolute value of the dimensional accuracy of the support is usually 50 μm or less, preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less. The absolute value of the dimensional accuracy of the support refers to the variation in the distance between the side surfaces of the support that contacts the side surface of the seed crystal.

支持体の材質は、結晶成長を阻害せず、かつ成長開始面同士の間隔を保てるものであれば特に限定されないが、熱膨張率の小さい材質であることが好ましく、具体的には石英又は成長結晶と同一の材料(この場合はGaN結晶)が挙げられる。   The material of the support is not particularly limited as long as it does not inhibit crystal growth and can maintain the spacing between the growth start surfaces, but is preferably a material having a low coefficient of thermal expansion, specifically quartz or growth. Examples include the same material as the crystal (in this case, a GaN crystal).

本発明に係る成長工程は、III族窒化物半導体結晶の成長面を、下地結晶の成長開始面の総面積の3倍以上の面積に成長させる工程であるが、このような成長は前述したような成長開始面を設定し、特に横方向成長を阻害するものでなければ、ハライド気相成長法(HVPE法)、有機金属化学蒸着法(MOCVD法)、有機金属塩化物気相成長法(MOC法)、昇華法、融液成長、高圧溶液法、フラックス法、安熱法等の公知の成長方法の何れを採用しても行うことができる。これらの中で、特にHVPE法を採用することが好ましく、本発明に係る成長工程の詳細を説明するに当たり、HVPE法を用いGaN半導体結晶を得る場合の製造装置の構成及び成長条件の具体例を挙げて説明する。   The growth process according to the present invention is a process in which the growth surface of the group III nitride semiconductor crystal is grown to an area that is at least three times the total area of the growth start surface of the underlying crystal. Unless a specific growth start surface is set and the lateral growth is particularly inhibited, halide vapor phase epitaxy (HVPE), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), metal organic chloride vapor phase epitaxy (MOC) Method), sublimation method, melt growth, high pressure solution method, flux method, heat treatment method, etc., any known growth method can be employed. Among these, the HVPE method is particularly preferably employed, and in explaining the details of the growth process according to the present invention, a specific example of the configuration of the manufacturing apparatus and the growth conditions when obtaining the GaN semiconductor crystal using the HVPE method. I will give you a description.

<製造装置の構成>
HVPE法に用いる製造装置の構成について、図6を参照して説明する。製造装置には、リアクター(反応容器 図6中の100)が備えられており、かかるリアクター内にはサセプター(図6中の107)、III族窒化物半導体結晶の原料を入れるリザーバー(図6中の105)を備えられている。また、リアクター内にガスを導入するための導入管(図6中の101〜104)、排気するための排気管(図6中の108)、さらにリアクターを加熱するためのヒーター(図6中の106)が設置されている。
<Configuration of manufacturing equipment>
The structure of the manufacturing apparatus used for the HVPE method will be described with reference to FIG. The production apparatus is provided with a reactor (reaction vessel 100 in FIG. 6), and in this reactor, a susceptor (107 in FIG. 6) and a reservoir (in FIG. 6) into which a group III nitride semiconductor crystal raw material is placed. 105). Also, an introduction pipe (101 to 104 in FIG. 6) for introducing gas into the reactor, an exhaust pipe (108 in FIG. 6) for exhausting, and a heater (in FIG. 6) for heating the reactor 106) is installed.

リアクターの材質としては、石英、焼結体窒化ホウ素、ステンレス等が挙げられるが、好ましい材質は石英である。サセプターの材質としてはカーボンが好ましく、SiCで表面をコーティングしているものがより好ましい。サセプターの形状特に限定されないが、結晶成長する際に結晶成長面付近に構造物が存在しないものであることが好ましい。結晶成長面付近に成長する可能性のある構造物が存在すると、そこに多結晶体が付着し、その生成物としてHClガスが発生して、結晶成長させようとしている結晶に悪影響が出る場合がある。   Examples of the material for the reactor include quartz, sintered boron nitride, and stainless steel. A preferable material is quartz. Carbon is preferable as the material of the susceptor, and a material whose surface is coated with SiC is more preferable. The shape of the susceptor is not particularly limited, but it is preferable that the structure does not exist in the vicinity of the crystal growth surface during crystal growth. If there is a structure that can grow near the crystal growth surface, polycrystals adhere to the structure, and HCl gas is generated as the product, which may adversely affect the crystal to be grown. is there.

リザーバーには、例えば目的とするIII族窒化物半導体結晶の原料を入れることができ、例えばGa、Al、In等のIII族源となる原料が挙られる。リザーバーに接続した導入管(図6中の103)からは、III族源となる原料と反応するガス、例えばHClガスを供給することが挙げられる。このとき、HClガスとともに、導入管からはキャリアガスを供給してもよい。キャリアガスとしては、例えば水素、窒素、He、Ne、Ar等が挙げられ、これらのガスは1種のみでも、混合して用いてもよい。   The reservoir can contain, for example, a target group III nitride semiconductor crystal raw material, and examples include a source material of a group III source such as Ga, Al, and In. From an introduction pipe (103 in FIG. 6) connected to the reservoir, a gas that reacts with a raw material to be a group III source, for example, HCl gas, can be mentioned. At this time, the carrier gas may be supplied from the introduction pipe together with the HCl gas. Examples of the carrier gas include hydrogen, nitrogen, He, Ne, Ar, and the like, and these gases may be used alone or in combination.

リザーバーに接続した導入管以外の導入管(図6中の101、102、104)からは、例えば、窒素源となる原料ガス、キャリアガス、ドーパントガス等を供給することができる。窒素源となる原料ガスとしては通常NH3が、キャリアガスとしては水素、窒素、He、Ne、Arが、ドーパントガスとしては、酸素、水、SiH4、SiH2Cl2、H2S等が挙げられる。これらのガスは1種のみでも、混合して用いてもよい。また、導入管の数は特に限定されず、供給するガスの種類に応じて、導入管の数を増減してもよい。 From an introduction pipe (101, 102, 104 in FIG. 6) other than the introduction pipe connected to the reservoir, for example, a source gas, a carrier gas, a dopant gas, or the like serving as a nitrogen source can be supplied. The source gas for the nitrogen source is usually NH 3 , the carrier gas is hydrogen, nitrogen, He, Ne, Ar, and the dopant gas is oxygen, water, SiH 4 , SiH 2 Cl 2 , H 2 S, etc. Can be mentioned. These gases may be used alone or in combination. The number of introduction pipes is not particularly limited, and the number of introduction pipes may be increased or decreased depending on the type of gas to be supplied.

排気管は、リアクター内壁の上面、底面、側面に設置することができる。不純物落ちの観点から結晶成長端よりも下部にあることが好ましく、図6に示されるようにリアクター底面にガス排気管が設置されていることがより好ましい。   The exhaust pipe can be installed on the top, bottom and side surfaces of the reactor inner wall. From the viewpoint of dropping impurities, it is preferably located below the crystal growth end, and more preferably a gas exhaust pipe is installed on the bottom of the reactor as shown in FIG.

本発明に係る成長工程は、III族窒化物半導体結晶の成長面を、下地結晶の成長開始面の総面積の3倍以上の面積に成長させる、即ち横方向成長を進行させる結晶成長であることを特徴とするが、横方向成長は、原料が到達しにくい、或いは構造的な障害がある等の横方向成長を阻害する要因がなければ、通常の成長条件においても進めることができる。横方向成長を制御することができる具体的な成長条件としては、温度、原料分圧、窒素原料/III族原料比、原料供給口−結晶成長端距離等が挙げられる。以下、本発明に係る成長工程の条件(HVPE法の場合)について好ましい態様を説明する。
<初期低速成長>
前述のように本発明に係る成長工程は、III族窒化物半導体結晶が成長し始める下地結晶上の成長開始面の面積を、目的とするIII族窒化物半導体結晶の成長面に比べて小さく設定することを特徴としており、一般的な下地結晶を用いる場合に比べて、成長初期の成長領域(成長面)は小さい傾向にある。そのため、一般的な下地結晶を用いる場合と同程度の原料ガス量を供給してしまうと原料過度となり、多結晶部位が発生しまう可能性が高くなる。従って、成長領域が比較的小さい成長初期は、原料ガス供給量を小さくし、成長速度を遅くすることが好ましい(以下、成長速度を遅めに設定する初期成長を「初期低速成長」と略す場合がある)。
成長速度としては、通常10μm/h以上、好ましくは15μm/h以上、より好ましくは20μm/h以上であり、通常70μm/h以下、好ましくは60μm/h以下、より好ましくは50μm/h以下である。
原料ガス供給量は、成長開始面の面積によって適宜設定することができるが、原料ガス供給分圧(NH3)として、通常1.50×104Pa以下、好ましくは1.15×104Pa以下、より好ましくは8.00×103Pa以下であり、通常3.00×103Pa以上、好ましくは3.60×103Pa以上、より好ましくは4.20×102Pa以上である。また、原料ガス供給分圧(GaCl)として、通常9.00×102Pa以下、好ましくは7.00×102Pa以下、より好ましくは5.00×102Pa以下であり、通常1.20×102Pa以上、好ましくは1.60×102Pa以上、より好ましくは2.00×102Pa以上である。
初期低速成長の温度条件は、通常800℃以上、好ましくは860℃以上、より好ましくは920℃以上であり、通常1200℃以下、好ましくは1100℃以下、より好ましくは1000℃以下である。
初期低速成長の成長時間は、通常4時間以上、好ましくは10時間以上、より好ましくは16時間以上である。上記範囲であると、多結晶部位の発生を抑制することができる。
The growth process according to the present invention is a crystal growth in which the growth surface of the group III nitride semiconductor crystal is grown to an area that is at least three times the total area of the growth start surface of the base crystal, that is, the lateral growth proceeds. However, the lateral growth can proceed even under normal growth conditions if there are no factors that hinder the lateral growth such that the raw material is difficult to reach or there is a structural obstacle. Specific growth conditions that can control the lateral growth include temperature, raw material partial pressure, nitrogen raw material / group III raw material ratio, raw material supply port—crystal growth edge distance, and the like. Hereinafter, preferred embodiments of the growth process conditions (in the case of the HVPE method) according to the present invention will be described.
<Initial slow growth>
As described above, in the growth process according to the present invention, the area of the growth start surface on the base crystal where the group III nitride semiconductor crystal starts to grow is set smaller than the target group III nitride semiconductor crystal growth surface. The growth region (growth surface) at the initial stage of growth tends to be smaller than when a general base crystal is used. For this reason, if a source gas amount similar to that in the case of using a general base crystal is supplied, the source material becomes excessive, and there is a high possibility that a polycrystalline portion is generated. Therefore, in the initial stage of growth where the growth region is relatively small, it is preferable to reduce the supply amount of the raw material gas and slow down the growth rate (hereinafter, the initial growth in which the growth rate is set slower is referred to as “initial slow growth”). Is).
The growth rate is usually 10 μm / h or more, preferably 15 μm / h or more, more preferably 20 μm / h or more, and usually 70 μm / h or less, preferably 60 μm / h or less, more preferably 50 μm / h or less. .
The source gas supply amount can be appropriately set depending on the area of the growth start surface, but the source gas supply partial pressure (NH 3 ) is usually 1.50 × 10 4 Pa or less, preferably 1.15 × 10 4 Pa. Hereinafter, more preferably 8.00 × 10 3 Pa or less, usually 3.00 × 10 3 Pa or more, preferably 3.60 × 10 3 Pa or more, more preferably 4.20 × 10 2 Pa or more. . The source gas supply partial pressure (GaCl) is usually 9.00 × 10 2 Pa or less, preferably 7.00 × 10 2 Pa or less, more preferably 5.00 × 10 2 Pa or less. 20 × 10 2 Pa or more, preferably 1.60 × 10 2 Pa or more, more preferably 2.00 × 10 2 Pa or more.
The temperature condition for the initial slow growth is usually 800 ° C. or higher, preferably 860 ° C. or higher, more preferably 920 ° C. or higher, and usually 1200 ° C. or lower, preferably 1100 ° C. or lower, more preferably 1000 ° C. or lower.
The growth time for the initial slow growth is usually 4 hours or longer, preferably 10 hours or longer, more preferably 16 hours or longer. Generation | occurrence | production of a polycrystal part can be suppressed as it is the said range.

<本成長>
前述した初期低速成長を経た後の本成長の成長速度としては、通常25μm/h以上、好ましくは30μm/h以上、より好ましくは35μm/h以上であり、通常150μm/h以下、好ましくは100μm/h以下、より好ましくは80μm/h以下である。
原料ガス供給分圧(NH3)として、通常1.50×104Pa以下、好ましくは1.15×104Pa以下、より好ましくは8.00×103Pa以下であり、通常3.00×103Pa以上、好ましくは3.60×103Pa以上、より好ましくは4.20×102Pa以上である。また、原料ガス供給分圧(GaCl)として、通常9.00×102Pa以下、好ましくは7.00×102Pa以下、より好ましくは5.00×102Pa以下であり、通常1.20×102Pa以上、好ましくは1.60×102Pa以上、より好ましくは2.00×102Pa以上である。
本成長の温度条件は、通常800℃以上、好ましくは860℃以上、より好ましくは920℃以上であり、通常1200℃以下、好ましくは1100℃以下、より好ましくは1000℃以下である。
本成長の成長時間は、通常20hr以上、好ましくは30hr以上、より好ましくは40hr以上であり、通常150hr以下、好ましくは120hr以下、より好ましくは100hr以下である。
<Growth>
The growth rate of the main growth after the initial low-speed growth is usually 25 μm / h or more, preferably 30 μm / h or more, more preferably 35 μm / h or more, and usually 150 μm / h or less, preferably 100 μm / h. h or less, more preferably 80 μm / h or less.
The raw material gas supply partial pressure (NH 3 ) is usually 1.50 × 10 4 Pa or less, preferably 1.15 × 10 4 Pa or less, more preferably 8.00 × 10 3 Pa or less, and usually 3.00. × 10 3 Pa or more, preferably 3.60 × 10 3 Pa or more, more preferably 4.20 × 10 2 Pa or more. The source gas supply partial pressure (GaCl) is usually 9.00 × 10 2 Pa or less, preferably 7.00 × 10 2 Pa or less, more preferably 5.00 × 10 2 Pa or less. 20 × 10 2 Pa or more, preferably 1.60 × 10 2 Pa or more, more preferably 2.00 × 10 2 Pa or more.
The temperature conditions for the main growth are usually 800 ° C. or higher, preferably 860 ° C. or higher, more preferably 920 ° C. or higher, and usually 1200 ° C. or lower, preferably 1100 ° C. or lower, more preferably 1000 ° C. or lower.
The growth time of the main growth is usually 20 hr or more, preferably 30 hr or more, more preferably 40 hr or more, and usually 150 hr or less, preferably 120 hr or less, more preferably 100 hr or less.

<間欠成長>
成長時間の経過ともに成長領域が大きくなり、前述したような多結晶部位の発生の危険性も少なくなるが、依然として多結晶部位が発生してしまう可能性もある。例えば、M面を成長面(成長開始面)とする結晶成長の場合、+C軸方向へのオフ角が大きい又−C軸方向へのオフ角が小さい場合には多結晶部位が発生しやすくなる。そこで、原料供給を一時的に断つ或いは減らすことによって、成長面上の原料濃度を下げ、結晶成長を遅くする
ことにより、多結晶部位の発生を抑制することができる(以下、一時的に成長速度を遅くする成長を「間欠成長」と略す場合がある)。間欠成長においては、原料ガス供給分圧(GaCl)を4.50×101Paに下げることが好ましく、4.50Pa以下に下げることがより好ましい。
<Intermittent growth>
As the growth time elapses, the growth region becomes larger, and the risk of the occurrence of the polycrystalline portion as described above is reduced. However, the polycrystalline portion may still be generated. For example, in the case of crystal growth in which the M plane is the growth plane (growth start plane), a polycrystalline region is likely to occur when the off angle in the + C axis direction is large and the off angle in the −C axis direction is small. . Therefore, by temporarily cutting off or reducing the raw material supply, the raw material concentration on the growth surface is lowered and the crystal growth is slowed down, so that the generation of polycrystalline sites can be suppressed (hereinafter referred to as the temporary growth rate). The growth that slows down is sometimes abbreviated as “intermittent growth”). In the intermittent growth, the source gas supply partial pressure (GaCl) is preferably lowered to 4.50 × 10 1 Pa, more preferably 4.50 Pa or less.

本発明の製造方法には、前述した成長工程のほか、III族窒化物半導体結晶を目的の大きさにするスライスするスライス工程、表面を研磨する表面研磨工程等が含まれてもよい。スライス工程としては、具体的にはワイヤースライス、内周刃スライス等が挙げられ、表面研磨工程としては、例えばダイヤモンド砥粒等の砥粒を用いて表面を研磨する操作、CMP(chemical mechanical polishing)、機械研磨後RIEでダメージ層エッチングする操作が挙げられる。   In addition to the growth process described above, the manufacturing method of the present invention may include a slicing process for slicing the group III nitride semiconductor crystal to a desired size, a surface polishing process for polishing the surface, and the like. Specific examples of the slicing step include wire slicing and inner peripheral edge slicing, and the surface polishing step includes, for example, an operation of polishing the surface using abrasive grains such as diamond abrasive grains, CMP (chemical mechanical polishing). An operation of etching a damaged layer by RIE after mechanical polishing can be mentioned.

本発明の製造方法によって製造するIII族窒化物半導体結晶の種類は、III族元素を含む窒化物半導体結晶であれば特に限定されないが、例えば、GaN、AlN、InN等の1種類のIII族元素からなる窒化物の他に、GaInN、GaAlN等の2種類以上のIII族元素からなる複合窒化物が挙げられる。   The type of the group III nitride semiconductor crystal produced by the production method of the present invention is not particularly limited as long as it is a nitride semiconductor crystal containing a group III element. For example, one type of group III element such as GaN, AlN, InN, etc. In addition to nitrides composed of, composite nitrides composed of two or more Group III elements such as GaInN and GaAlN can be mentioned.

[III族窒化物半導体結晶]
本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法は、下地結晶の2つ以上の成長開始面から1つのIII族窒化物半導体結晶を成長させ、かつIII族窒化物半導体結晶の成長面を、下地結晶の成長開始面の総面積の3倍以上の面積に成長させる工程を含むことを特徴としているが、前述したように成長開始面上に形成される結晶領域(図7中の4)に多く積層欠陥が発生するのに対し、横方向成長によって形成される結晶領域(図7中の5)には積層欠陥の発生が少なくなる傾向にある。本発明者らは、横方向成長によって形成される結晶領域にはほとんど積層欠陥が観察されないものの、基底面転位が存在していることを確認し、さらに基底面転位密度(成長面側から観察した値)が1.0×107cm-2以下であることを確認した。また、成長開始面上に形成される結晶領域の積層欠陥密度(成長面側から観察した値)が、1.0×104cm-1以上であることを確認した。即ち、本発明の製造方法によって、基底面転位密度が1.0×107cm-2以下である領域(以下、「低基底面転位密度領域」と略す場合がある。)及び積層欠陥密度が1.0×104cm-1以上である領域(以下、「高基底面積層欠陥密度領域」と略す場合がある。)を有するIII族窒化物半導体結晶であって、低基底面転位密度領域に属する部分(図7中の19)が、高基底面積層欠陥密度領域(図7中の20)に属する部分の2倍以上の面積である主面を有するIII族窒化物半導体結晶を製造することが可能であると言える。
なお、積層欠陥とは、前述のようにGaN結晶で広く知られている基底面の積層不整である。積層欠陥の有無の判定は、例えば低温PL(Photo Luminessence)測定に依って可能である。また、積層欠陥種の判定は透過型電子顕微鏡によって可能である。さらに、積層欠陥密度が部分的に1.0×105cm-1に達する特徴を示す結晶の場合、蛍光顕微鏡によって基底面に平行な暗線として積層欠陥領域と積層欠陥フリー領域を判別することが可能になる。一方、基底面転位は、GaN結晶等で広く知られている貫通転位(threading dislocation)とは異なるものである。貫通転位は、サファイア基板などの異種基板上にGaN結晶を気相成長した際に、格子定数が大きく異なるために発生するGaN結晶中の1.0×109cm-2程度の相当数の転位である。これに対して本発明でいう基底面転位は、応力誘起で底面上すべりが生じた際に導入する転位であり、その伝幡方向がGaNの結晶成長方向と垂直であることからbasal dislocationとも呼ばれているものである。
[Group III nitride semiconductor crystal]
In the method for producing a group III nitride semiconductor crystal of the present invention, one group III nitride semiconductor crystal is grown from two or more growth start surfaces of the base crystal, and the group III nitride semiconductor crystal growth surface is formed on the base crystal. The method includes a step of growing to an area of 3 times or more of the total area of the crystal growth start surface, but as described above, there are many in the crystal region (4 in FIG. 7) formed on the growth start surface. Whereas stacking faults occur, the crystal defects (5 in FIG. 7) formed by lateral growth tend to reduce stacking faults. The inventors of the present invention confirmed that basal plane dislocations were present in the crystal region formed by lateral growth, but observed basal plane dislocation density (observed from the growth plane side). Value) of 1.0 × 10 7 cm −2 or less. Further, it was confirmed that the stacking fault density (value observed from the growth surface side) of the crystal region formed on the growth start surface was 1.0 × 10 4 cm −1 or more. That is, according to the manufacturing method of the present invention, the basal plane dislocation density is 1.0 × 10 7 cm −2 or less (hereinafter sometimes abbreviated as “low basal plane dislocation density region”) and stacking fault density. A group III nitride semiconductor crystal having a region of 1.0 × 10 4 cm −1 or more (hereinafter sometimes abbreviated as “high base area layer defect density region”), and a low basal plane dislocation density region A group III nitride semiconductor crystal having a main surface in which a portion belonging to (19 in FIG. 7) has an area more than twice as large as a portion belonging to a high base area layer defect density region (20 in FIG. 7) is manufactured. It can be said that it is possible.
In addition, the stacking fault is a stacking irregularity of the basal plane widely known in the GaN crystal as described above. The determination of the presence or absence of stacking faults can be made by, for example, low-temperature PL (Photo Luminescence) measurement. Also, the stacking fault type can be determined by a transmission electron microscope. Further, in the case of a crystal having a feature that the stacking fault density partially reaches 1.0 × 10 5 cm −1 , the stacking fault area and the stacking fault free area can be discriminated as a dark line parallel to the basal plane by a fluorescence microscope. It becomes possible. On the other hand, basal plane dislocations are different from threading dislocations widely known for GaN crystals and the like. The threading dislocation is a considerable number of dislocations of about 1.0 × 10 9 cm −2 generated in the GaN crystal due to a large difference in lattice constant when a GaN crystal is vapor-phase grown on a different substrate such as a sapphire substrate. It is. On the other hand, the basal plane dislocation as referred to in the present invention is a dislocation introduced when a stress-induced slip occurs on the bottom surface, and is also called basal dislocation because its propagation direction is perpendicular to the crystal growth direction of GaN. It is what has been.

本発明の製造方法によって、低基底面転位密度領域、即ち基底面転位密度が1.0×107cm-2以下である領域、及び高基底面積層欠陥密度領域、即ち積層欠陥密度が1.0×104cm-1以上である領域を有するIII族窒化物半導体結晶を製造することができ
るが、低基底面転位密度領域の基底面転位密度は、1.0×106cm-2以下であることが好ましく、1.0×105cm-2以下であることが好ましい。また、下限値としては、通常1.0×103cm-2以上である。一方、高基底面積層欠陥密度領域の積層欠陥密度(成長表面側から観察した値)は、1.0×104cm-1以上であるが、上限値としては、通常1.0×106cm-1以下である。
By the production method of the present invention, a low basal plane dislocation density region, that is, a region having a basal plane dislocation density of 1.0 × 10 7 cm −2 or less, and a high base area layer defect density region, that is, stacking fault density is 1. Although a group III nitride semiconductor crystal having a region of 0 × 10 4 cm −1 or more can be produced, the basal plane dislocation density in the low basal plane dislocation density region is 1.0 × 10 6 cm −2 or less. It is preferable that it is 1.0 * 10 < 5 > cm <-2> or less. Moreover, as a lower limit, it is 1.0 * 10 < 3 > cm <-2 > or more normally. On the other hand, the stacking fault density (value observed from the growth surface side) of the high base area layer defect density region is 1.0 × 10 4 cm −1 or more, but the upper limit is usually 1.0 × 10 6. cm -1 or less.

本発明の製造方法によって、低基底面転位密度領域に属する部分の面積が、高基底面積層欠陥密度領域に属する部分の面積の2倍以上である主面を有するIII族窒化物半導体結晶を製造することが可能であるが、低基底面転位密度領域に属する部分の面積が、高基底面積層欠陥密度領域に属する部分の面積の10倍以上である主面を有することが好ましく、40倍以上である主面を有することが好ましい。また、通常低基底面転位密度領域に属する部分の面積は、高基底面積層欠陥密度領域に属する部分の面積の500倍以下である。   By the manufacturing method of the present invention, a group III nitride semiconductor crystal having a main surface in which the area of the portion belonging to the low basal plane dislocation density region is at least twice the area of the portion belonging to the high base area layer defect density region is manufactured. However, it is preferable that the area of the portion belonging to the low basal plane dislocation density region has a main surface that is 10 times or more the area of the portion belonging to the high base area layer defect density region, and is 40 times or more. It is preferable to have a main surface that is In addition, the area of the portion belonging to the low basal plane dislocation density region is usually 500 times or less the area of the portion belonging to the high base area layer defect density region.

低基底面転位密度領域に属する部分の面積は特に限定されないが、通常2cm2以下、好ましくは4cm2以下、より好ましくは10cm2以下であり、通常0.2cm2以上、好ましくは0.4cm2以上、より好ましくは1cm2以上である。
高基底面積層欠陥密度領域に属する部分の面積は特に限定されないが、通常0.25cm2以下、好ましくは0.1cm2以下、より好ましくは0.05cm2以下である。
The area of the portion belonging to the low basal plane dislocation density region is not particularly limited, but is usually 2 cm 2 or less, preferably 4 cm 2 or less, more preferably 10 cm 2 or less, and usually 0.2 cm 2 or more, preferably 0.4 cm 2. As described above, more preferably 1 cm 2 or more.
Although the area of the portion belonging to the high basal plane stacking defect density region is not particularly limited, usually 0.25 cm 2 or less, preferably 0.1 cm 2 or less, more preferably 0.05 cm 2 or less.

本発明の製造方法によって製造されるIII族窒化物半導体結晶は、低基底面転位密度領域が、200μm間隔のXRC曲率半径が6m以上であることが好ましく、10m以上であることがより好ましい。   In the group III nitride semiconductor crystal produced by the production method of the present invention, the low basal plane dislocation density region preferably has an XRC radius of curvature of 200 μm or more, more preferably 10 m or more.

以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。   The features of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, and the like shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below.

<実施例1>
(1)種結晶の作製
直径76mmΦのサファイア基板上にMOCVDでGaNを成長したC面を主面とするテンプレート基板を準備し、これを下地結晶として、直径85mm、厚さ20mmのSiCコーティングしたカーボン製の基板ホルダー上に置いてHVPE装置のリアクター内に配置した。リアクター内を1020℃まで加熱後、導入管を通してHClガスを供給し、リザーバー中のGaと反応して発生したGaClガスを導入管を通してリアクター内へ供給した。このような下地結晶の上でのGaN層成長工程において、リアクター温度1020℃を29時間保持し、また、成長圧力を1.01×105Paとし、GaClガスの分圧を6.52×102Paとし、NH3ガスの分圧を7.54×103Paとし、塩化水素(HCl)の分圧を3.55×101Paとした。GaN層成長工程終了後、リアクター内を室温まで降温し、III族窒化物半導体結晶であるC面成長GaN結晶を得た。得られたGaN結晶は、成長面表面状態は鏡面であり、触針式の膜厚計で測定した厚さは3.5mmであった。得られたGaN結晶は洗浄、エッチング、キャップ等の前処理を行わずに、次の熱処理(高温腐食アニール)を行った。
<Example 1>
(1) Preparation of seed crystal A template substrate having a C-plane as a main surface on which GaN was grown by MOCVD on a sapphire substrate having a diameter of 76 mmΦ was prepared. Placed on a made substrate holder and placed in the reactor of the HVPE apparatus. After the reactor was heated to 1020 ° C., HCl gas was supplied through the introduction tube, and GaCl gas generated by reacting with Ga in the reservoir was supplied into the reactor through the introduction tube. In such a GaN layer growth step on the base crystal, the reactor temperature of 1020 ° C. is maintained for 29 hours, the growth pressure is 1.01 × 10 5 Pa, and the partial pressure of GaCl gas is 6.52 × 10 6. The partial pressure of NH 3 gas was 7.54 × 10 3 Pa, and the partial pressure of hydrogen chloride (HCl) was 3.55 × 10 1 Pa. After the completion of the GaN layer growth step, the temperature in the reactor was lowered to room temperature to obtain a C-plane grown GaN crystal that was a group III nitride semiconductor crystal. The obtained GaN crystal had a mirror surface as a growth surface, and the thickness measured by a stylus type film thickness meter was 3.5 mm. The obtained GaN crystal was subjected to the following heat treatment (high temperature corrosion annealing) without performing pretreatment such as cleaning, etching, and cap.

(熱処理)
熱処理は、アルミナ管(Al23 99.7%)内にGaN結晶を設置して、アンモニア・窒素混合ガスを200ml/minの流量でガス導入管から導入
しながら実施した。アンモニア・窒素混合ガス(NH3 8.5%+N2 91.5%)は、4
.9MPaの47リットルボンベ中でアンモニアガスと窒素ガスを配合した後、均一な混合ガスになるまで45日以上放置してから用いた。昇温時には、ヒーターを用いて室温から600℃を300℃/時間で昇温させ、600℃から1300℃が250℃/時間で昇温させた。その後、1300℃で6時間にわたって熱処理を行った。その後、1300℃から600℃まで100℃/時間で冷却した。
(Heat treatment)
The heat treatment was carried out by installing a GaN crystal in an alumina tube (Al 2 O 3 99.7%) and introducing an ammonia / nitrogen mixed gas from the gas introduction tube at a flow rate of 200 ml / min. Ammonia / nitrogen mixed gas (NH 3 8.5% + N 2 91.5%) is 4
. A mixture of ammonia gas and nitrogen gas in a 47 liter cylinder of 9 MPa was used after being left for 45 days or more until a uniform mixed gas was obtained. When raising the temperature, the temperature was raised from room temperature to 600 ° C. at 300 ° C./hour using a heater, and from 600 ° C. to 1300 ° C. was raised at 250 ° C./hour. Thereafter, heat treatment was performed at 1300 ° C. for 6 hours. Then, it cooled from 1300 degreeC to 600 degreeC at 100 degreeC / hour.

(洗浄)
得られた結晶を120℃の濃硝酸(HNO3 69%含有)に浸漬し、表面に付着したガリウムメタルを除去し、クリーム色を呈するオキシ水酸化ガリウムと白色の酸化ガリウムが表面に存在する結晶サンプルを得た。
(Washing)
The obtained crystal is immersed in concentrated nitric acid (containing 69% of HNO 3 ) at 120 ° C. to remove the gallium metal adhering to the surface, and a crystal in which cream-like gallium oxyhydroxide and white gallium oxide are present on the surface A sample was obtained.

(加工(エッチング、キャップ))
C面表裏の水酸化ガリウム層、酸化ガリウム層を除去するためにC面表裏を500μm以上研削研磨した後、+C面に化学研磨を施して、0.4mm±0.05mmの一様な厚みを有するC面研磨ウェハーを得た。同C面研磨ウェハーから形状は、短辺:0.4mm、高さ:2.5mm:長辺:20mm超の板状種結晶を得た。なお、板状種結晶表面の結晶面(指数面)を図4(4a)の種結晶概念図で表すと、成長開始面となる図4中の1がM面であり、広側面(高さ×長辺の面)がC面である。
(Processing (etching, cap))
To remove the gallium hydroxide layer and gallium oxide layer on the front and back sides of the C surface, the C surface and the back surface are ground and polished by 500 μm or more, and then the + C surface is chemically polished to a uniform thickness of 0.4 mm ± 0.05 mm. A C-side polished wafer having A plate-like seed crystal having a short side: 0.4 mm, a height: 2.5 mm: a long side: more than 20 mm was obtained from the same C-surface polished wafer. When the crystal plane (index plane) on the surface of the plate-like seed crystal is represented by the conceptual diagram of the seed crystal in FIG. 4 (4a), 1 in FIG. 4 which is the growth start plane is the M plane, and the wide side (height) X Long side surface) is the C surface.

(2)板状種結晶(下地結晶)の配置と結晶成長
カーボン製の板を用意し、その上に(10−1−1)GaN基板を置いて、作製した板状種結晶を置く台とした。板状種結晶のM面の1つが台と面するように板状種結晶を縦置きに置き、次の別の種結晶板についても同様に縦置きに置いて平行に並べた。このとき、C面の平行性を確保するために、ヒューマニティー社製の石英ボール(直径2mm、直径公差;±2.5μm)を種結晶の間に備え、個々の石英ボールは両板状種結晶に接触するように配置した。このように2つの板状種結晶を平行に配置した状態を保存し、直径85mm、厚さ20mmのSiCコーティングしたカーボン製の基板ホルダー上に置いてHVPE装置のリアクター内に配置して、反応室の温度を1000℃まで上げ、HVPE法にてGaN単結晶膜を40時間成長させた。この単結晶成長工程においては成長圧力を1.01×105Paとし、成長開始から8時間はGaClガスの分圧を2.75×102Paとし、NH3ガスの分圧を3.89×103Paとして初期低速成長を実施し、その後GaClガスの分圧を4.12×102Paとし、NH3ガスの分圧を8.24×103Paと変化させて本成長を実施した。単結晶成長工程が終了後室温まで降温し、III族窒化物半導体結晶であるM面成長GaN結晶を得た。得られたGaN結晶は1つであり、板状種結晶間の上に鏡面の成長面表面が得られており、触針式の膜厚計で測定した厚さは3.5mmであった。また石英球も板状結晶間に閉じ込められていることが確認できた。得られたGaN結晶は洗浄、エッチング、キャップ等の前処理を行わずに、次の評価用の加工を施した。
(2) Arrangement and crystal growth of plate seed crystal (underlying crystal) Prepare a carbon plate, place a (10-1-1) GaN substrate on it, and place a plate seed crystal produced did. The plate-like seed crystal was placed vertically so that one of the M-planes of the plate-like seed crystal faced the table, and the next another seed crystal plate was also placed vertically and arranged in parallel. At this time, in order to ensure the parallelism of the C-plane, a quartz ball (diameter 2 mm, diameter tolerance; ± 2.5 μm) manufactured by Humanity is provided between the seed crystals, and each quartz ball is a double-plate seed crystal. It arranged so that it might touch. Thus, the state in which the two plate-like seed crystals are arranged in parallel is preserved, placed on a SiC-coated carbon substrate holder having a diameter of 85 mm and a thickness of 20 mm, and placed in the reactor of the HVPE apparatus. Was raised to 1000 ° C., and a GaN single crystal film was grown for 40 hours by the HVPE method. In this single crystal growth step, the growth pressure is 1.01 × 10 5 Pa, the partial pressure of GaCl gas is 2.75 × 10 2 Pa for 8 hours from the start of growth, and the partial pressure of NH 3 gas is 3.89. × the initial slow growth implemented as 10 3 Pa, then the partial pressure of GaCl gas was 4.12 × 10 2 Pa, practice the present growth the partial pressure of NH 3 gas is changed from 8.24 × 10 3 Pa did. After completion of the single crystal growth step, the temperature was lowered to room temperature to obtain an M-plane grown GaN crystal that was a group III nitride semiconductor crystal. One GaN crystal was obtained, and a mirror growth surface was obtained between the plate-like seed crystals. The thickness measured by a stylus type film thickness meter was 3.5 mm. It was also confirmed that the quartz sphere was confined between the plate crystals. The obtained GaN crystal was subjected to the following processing for evaluation without performing pretreatment such as cleaning, etching, and cap.

(3)結晶の品質
得られたGaN結晶は主面がM面であり、その面内にはc軸とa軸が直角交差することがXRDにより確かめられた。得られたGaN結晶のA面を#3000のダイヤモンド研摩布で鏡面加工を施し、光学顕微鏡に適した板状結晶を含んだ再成長結晶のA面断面評価サンプルを得た。
(3) Crystal Quality The obtained GaN crystal has an M-plane main surface, and it was confirmed by XRD that the c-axis and a-axis intersect at right angles in the plane. The A-plane of the obtained GaN crystal was mirror-finished with a # 3000 diamond polishing cloth to obtain an A-plane cross-section evaluation sample of a regrowth crystal containing a plate crystal suitable for an optical microscope.

断面観察した結果、板状種結晶のC面のm軸方向に沿った角度差は0.33°であることが画像処理計測によって明らかになった。
低温PL測定により、得られたGaN結晶の成長開始面上領域及び横方向成長領域の基底面積層欠陥密度、並びに基底面転位密度を測定した。結果を表1に、さらに横方向成長領域の電子顕微鏡写真を図8(8a)に示す。
両板状結晶のM面上にある成長開始面上領域には積層欠陥が存在したが、横方向成長領域には検出されなかった。
また、X線回折法によって結晶の曲率半径を測定した。同じく結果を表1に示す。
As a result of cross-sectional observation, it was found by image processing measurement that the angle difference along the m-axis direction of the C-plane of the plate-like seed crystal was 0.33 °.
By the low temperature PL measurement, the basal plane dislocation density and the basal plane dislocation density in the region on the growth start surface and in the lateral growth region of the obtained GaN crystal were measured. The results are shown in Table 1, and an electron micrograph of the lateral growth region is shown in FIG. 8 (8a).
Stacking faults existed in the region on the growth start surface on the M-plane of both plate crystals, but were not detected in the lateral growth region.
Further, the radius of curvature of the crystal was measured by an X-ray diffraction method. Similarly, the results are shown in Table 1.

<実施例2> <Example 2>

実施例1と同様の方法で当該結晶を作製した。断面観察した結果、板状種結晶のC面のm軸方向に沿った角度差が1.52°と非常に悪かった。
同じく低温PL測定により、得られたGaN結晶の成長開始面上領域及び横方向成長領域の基底面積層欠陥密度、並びに基底面転位密度を測定した。結果を表1に、さらに横方向成長領域の電子顕微鏡写真を図8(8b)に示す。
両板状結晶のM面上にある成長開始面上領域には積層欠陥が存在したが、横方向成長領域には検出されなかった。しかしながら、積層欠陥の出発起源となりうる基底面転位の密度が非常に高かった。
The crystal was produced in the same manner as in Example 1. As a result of cross-sectional observation, the angle difference along the m-axis direction of the C-plane of the plate-like seed crystal was very bad at 1.52 °.
Similarly, the basal plane dislocation density and the basal plane dislocation density in the growth start surface region and the lateral growth region of the obtained GaN crystal were measured by low-temperature PL measurement. The results are shown in Table 1, and an electron micrograph of the lateral growth region is shown in FIG. 8 (8b).
Stacking faults existed in the region on the growth start surface on the M-plane of both plate crystals, but were not detected in the lateral growth region. However, the density of basal plane dislocations that can be the starting source of stacking faults was very high.

本発明の製造方法によって製造されるIII族窒化物半導体結晶は、さまざまな用途に用いることができる。特に紫外〜青色の発光ダイオード又は半導体レーザ等の比較的短波長側の発光素子、及び緑色〜赤色の比較的長波長側の発光素子を製造するための基板として、さらに電子デバイス等の半導体デバイスの基板としても有用である。   The group III nitride semiconductor crystal produced by the production method of the present invention can be used for various applications. In particular, as a substrate for manufacturing a light emitting element on a relatively short wavelength side such as an ultraviolet to blue light emitting diode or a semiconductor laser, and a light emitting element on a relatively long wavelength side of green to red, further a semiconductor device such as an electronic device is used. It is also useful as a substrate.

1 成長開始面
2 成長方向
3 成長面
4 成長開始面上に形成される結晶領域(成長開始面上領域)
5 横方向成長によって形成される結晶領域(横方向成長領域)
6・7 成長開始面(結晶面)
8 結晶面上の結晶軸
9 結晶面の角度差
10 結晶面上の結晶軸の角度差
11 下地結晶
12 マスク層
13 下地結晶の短辺
14 下地結晶の高さ
15 下地結晶の長辺
16 下地結晶(種結晶)
17 球形状の支持体
18 直方体形状の支持体
19 基底面転位密度が1.0×107cm-2以下である領域(低基底面転位密度領域)
20 積層欠陥密度が1.0×104cm-1以上である領域(高基底面積層欠陥密度領域)
100 リアクター(反応容器)
101〜104 導入管
105 リザーバー
106 ヒーター
107 サセプター
108 排気管
109 基板ホルダー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Growth start surface 2 Growth direction 3 Growth surface 4 Crystal region formed on the growth start surface (region on the growth start surface)
5 Crystal region formed by lateral growth (lateral growth region)
6.7 Growth start plane (crystal plane)
8 Crystal axis on crystal plane 9 Angle difference of crystal plane 10 Angle difference of crystal axis on crystal plane 11 Base crystal 12 Mask layer 13 Short side of base crystal 14 Height of base crystal 15 Long side of base crystal 16 Base crystal (Seed crystal)
17 spherical support 18 cuboid support 19 Region where basal plane dislocation density is 1.0 × 10 7 cm −2 or less (low basal plane dislocation density region)
20 Region where stacking fault density is 1.0 × 10 4 cm −1 or more (high base area layer defect density region)
100 reactor (reaction vessel)
101-104 Introduction pipe 105 Reservoir 106 Heater 107 Susceptor 108 Exhaust pipe 109 Substrate holder

Claims (10)

下地結晶上にIII族窒化物半導体結晶を結晶成長させる成長工程を含むIII族窒化物半導体結晶の製造方法であって、
前記成長工程が、前記下地結晶の2つ以上の成長開始面から1つのIII族窒化物半導体結晶を成長させ、かつIII族窒化物半導体結晶の成長面を、前記下地結晶の成長開始面の総面積の3倍以上の面積に成長させる工程である、III族窒化物半導体結晶の製造方法。
A method for producing a group III nitride semiconductor crystal comprising a growth step of growing a group III nitride semiconductor crystal on an underlying crystal,
The growth step grows one group III nitride semiconductor crystal from two or more growth start surfaces of the base crystal, and the group III nitride semiconductor crystal grows as a total of the growth start surfaces of the base crystal. A method for producing a group III nitride semiconductor crystal, which is a step of growing to an area that is at least three times the area.
前記成長開始面が非極性面又は半極性面である、請求項1に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。 The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to claim 1, wherein the growth start surface is a nonpolar surface or a semipolar surface. 前記2つ以上の成長開始面の結晶面が、全て同一であり、かつ前記結晶面の角度差の絶対値が1°以内である、請求項1又は2に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。 3. The group III nitride semiconductor crystal according to claim 1, wherein the crystal planes of the two or more growth start surfaces are all the same, and an absolute value of an angle difference between the crystal planes is within 1 °. Production method. 前記成長工程が、2つ以上の種結晶を下地結晶として用い、それぞれの種結晶の成長開始面からIII族窒化物半導体結晶を成長させる工程である、請求項1〜3の何れか1項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。 4. The method according to claim 1, wherein the growth step is a step of growing a group III nitride semiconductor crystal from a growth start surface of each seed crystal using two or more seed crystals as a base crystal. The manufacturing method of the group III nitride semiconductor crystal of description. 前記種結晶が、狭側面アスペクト比(高さ/短辺)3以上の直方体形状又は直方体派生型形状である、請求項4に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。 5. The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to claim 4, wherein the seed crystal has a rectangular parallelepiped shape or a rectangular parallelepiped-derived shape having a narrow side surface aspect ratio (height / short side) of 3 or more. 前記2つ以上の種結晶が、曲率半径が3m以上の面上に設置されている、請求項4又は5に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。 The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to claim 4 or 5, wherein the two or more seed crystals are disposed on a surface having a curvature radius of 3 m or more. 前記2つ以上の種結晶が、それぞれ成長開始面に直交する側面を有し、前記側面同士の間に支持体を挟むように設置されている、請求項4〜6の何れか1項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。 The two or more seed crystals each have a side surface orthogonal to the growth start surface, and are installed so as to sandwich a support between the side surfaces. A method for producing a group III nitride semiconductor crystal of 前記支持体が、直径公差の絶対値が50μm以下の球形状である、請求項7に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。 The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to claim 7, wherein the support has a spherical shape with an absolute value of a diameter tolerance of 50 µm or less. 前記支持体が、寸法精度の絶対値が50μm以下の直方体形状である、請求項7に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。 The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to claim 7, wherein the support has a rectangular parallelepiped shape with an absolute value of dimensional accuracy of 50 μm or less. 前記成長工程が、成長開始面以外の下地結晶上の面からも結晶成長させる工程である、請求項1〜9の何れか1項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。 The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to any one of claims 1 to 9, wherein the growth step is a step of crystal growth from a surface on the base crystal other than the growth start surface.
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