JP2016216342A - Manufacturing method of group iii nitride single crystal - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a group III nitride single crystal of high quality that develops a crystal on a substrate by reacting a group III raw material gas and a nitrogen source gas and can reduce crystal defects causing bright points.SOLUTION: A manufacturing method of a group III nitride single crystal that develops a group III nitride single crystal on a base substrate by reacting a group III raw material gas and a nitrogen source gas is characterized by initiating the reaction of the group III raw material gas and the nitrogen source gas in the presence of a halogen-based gas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、III族窒化物単結晶の新規な製造方法に関する。詳しくは、III族原料ガスを用いた気相成長法によるIII族窒化物単結晶の製造方法において、III族原料ガスを供給する前に、ハロゲン化水素ガス、及び/又はハロゲンガスを供給することを特徴とする新規な製造方法に関する。   The present invention relates to a novel method for producing a group III nitride single crystal. Specifically, in the method for producing a group III nitride single crystal by a vapor phase growth method using a group III source gas, a hydrogen halide gas and / or a halogen gas is supplied before supplying the group III source gas. The present invention relates to a novel manufacturing method characterized by the following.

窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウムといったIII族窒化物半導体結晶は広範囲のバンドギャップエネルギーの値を有しており、それらのバンドギャップエネルギーは、それぞれ6.2eV程度、3.4eV程度、0.7eV程度である。これらのIII族窒化物半導体は任意の組成の混晶半導体をつくることが可能であり、その混晶組成によって、上記のバンドギャップの間の値を取ることが可能である。   Group III nitride semiconductor crystals such as aluminum nitride, gallium nitride, and indium nitride have a wide range of band gap energy values, which are about 6.2 eV, about 3.4 eV, and about 0.7 eV, respectively. Degree. These group III nitride semiconductors can form mixed crystal semiconductors having an arbitrary composition, and can take values between the above band gaps depending on the mixed crystal composition.

したがって、III族窒化物半導体結晶を用いることにより、原理的には赤外光から紫外光までの広範囲な発光素子を作ることが可能となる。特に、近年ではアルミニウム系III族窒化物半導体(主に窒化アルミニウムガリウム混晶)を用いた発光素子の開発が精力的に進められている。アルミニウム系III族窒化物半導体を用いることにより紫外領域の短波長発光が可能となり、白色光源用の紫外発光ダイオード、殺菌用の紫外発光ダイオード、高密度光ディスクメモリの読み書きに利用できるレーザー、通信用レーザー等の発光光源が製造可能になる。   Therefore, by using a group III nitride semiconductor crystal, it is possible in principle to produce a wide range of light emitting elements from infrared light to ultraviolet light. In particular, in recent years, development of light-emitting elements using aluminum-based group III nitride semiconductors (mainly aluminum gallium nitride mixed crystals) has been vigorously advanced. By using an aluminum-based group III nitride semiconductor, it is possible to emit light with a short wavelength in the ultraviolet region, an ultraviolet light emitting diode for a white light source, an ultraviolet light emitting diode for sterilization, a laser that can be used for reading and writing of a high-density optical disk memory, and a communication laser A light emitting light source such as can be manufactured.

III族窒化物半導体(例えばアルミニウム系III族窒化物半導体)を用いた発光素子は、従来の半導体発光素子と同様に基板上に厚さが数ミクロン程度の半導体単結晶の薄膜(具体的にはn型半導体層、発光層、p型半導体層となる薄膜)を順次積層することにより形成可能である。このような半導体単結晶の薄膜の形成は、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、有機金属気相成長(MOCVD:Metalorganic Chemical Vapor Deposition)法等の結晶成長方法を用いて行うことが可能であり、III族窒化物半導体発光素子についてもこのような方法を採用して発光素子として好適な積層構造を形成することが試みられている。   A light-emitting element using a group III nitride semiconductor (for example, an aluminum-based group III nitride semiconductor) is a semiconductor single crystal thin film (specifically, a thickness of about several microns on a substrate, like a conventional semiconductor light-emitting element). The thin film can be formed by sequentially stacking an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer. Such a semiconductor single crystal thin film can be formed by using a crystal growth method such as a molecular beam epitaxy (MBE) method or a metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) method. Thus, it has been attempted to form a laminated structure suitable as a light emitting device by adopting such a method for the group III nitride semiconductor light emitting device.

現在、III族窒化物半導体発光素子の製造にあたっては、基板としての結晶品質、紫外光透過性、量産性やコストの観点からサファイア基板が一般的に採用されている。しかし、サファイア基板上にIII族窒化物を成長させた場合、サファイア基板と半導体積層膜を形成するIII族窒化物(例えば窒化アルミニウムガリウム等)との間の格子定数や熱膨張係数等の違いに起因して、結晶欠陥(ミスフィット転位)やクラック等が生じ、素子の発光性能を低下させる原因になる。   Currently, in the manufacture of group III nitride semiconductor light-emitting devices, a sapphire substrate is generally employed from the viewpoint of crystal quality, ultraviolet light transparency, mass productivity, and cost as a substrate. However, when a group III nitride is grown on a sapphire substrate, there is a difference in lattice constant, thermal expansion coefficient, etc. between the sapphire substrate and the group III nitride (such as aluminum gallium nitride) forming the semiconductor laminated film. As a result, crystal defects (misfit dislocations), cracks, and the like occur, causing the light emitting performance of the device to deteriorate.

これらの問題を解決するためには、半導体積層膜の形成にあたり、格子定数が半導体積層膜の格子定数に近く、および熱膨張係数が半導体積層膜の熱膨張係数に近い基板を採用することが望ましい。そのため、III族窒化物半導体薄膜を形成する基板としては、III族窒化物単結晶基板が最も適しているといえる。例えば、アルミニウム系III族窒化物半導体薄膜を形成する基板としては、窒化アルミニウム単結晶基板や窒化アルミニウムガリウム単結晶基板が最適である。   In order to solve these problems, it is desirable to use a substrate having a lattice constant close to that of the semiconductor multilayer film and a thermal expansion coefficient close to that of the semiconductor multilayer film when forming the semiconductor multilayer film. . Therefore, it can be said that a group III nitride single crystal substrate is most suitable as a substrate for forming a group III nitride semiconductor thin film. For example, an aluminum nitride single crystal substrate or an aluminum gallium nitride single crystal substrate is optimal as a substrate on which an aluminum-based group III nitride semiconductor thin film is formed.

III族窒化物単結晶を基板として用いるには、機械的強度の観点から該単結晶が或る程度(例えば10μm以上。)の厚さを有することが好ましい。MOCVD法はMBE法に比べて結晶成長速度が速いため、III族窒化物単結晶基板の製造に適しているといえる。また、MOCVD法よりもさらに成膜速度の速いIII族窒化物単結晶の成長方法として、ハイドライド気相エピタキシー(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法が知られている(特許文献1、2参照)。HVPE法は、MBE法やMOCVD法と比較すると、膜厚を精密に制御することには適していないが、結晶性の良好な単結晶を速い成膜速度で成長させることが可能であるため、単結晶基板の量産に特に適しているといえる。   In order to use a group III nitride single crystal as a substrate, it is preferable that the single crystal has a certain thickness (for example, 10 μm or more) from the viewpoint of mechanical strength. Since the MOCVD method has a higher crystal growth rate than the MBE method, it can be said that the MOCVD method is suitable for manufacturing a group III nitride single crystal substrate. Further, a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method is known as a method for growing a group III nitride single crystal having a higher film forming rate than the MOCVD method (see Patent Documents 1 and 2). The HVPE method is not suitable for precisely controlling the film thickness as compared with the MBE method or the MOCVD method, but a single crystal having good crystallinity can be grown at a high film formation rate. It can be said that it is particularly suitable for mass production of single crystal substrates.

通常、MOCVD法やHVPE法によるIII族窒化物単結晶の成長は、III族原料ガスと、窒素源ガスとを反応器中に供給し、両者のガスを加熱された基板上で反応させることにより行われる。   Usually, group III nitride single crystal growth by MOCVD method or HVPE method is performed by supplying a group III source gas and a nitrogen source gas into a reactor and reacting both gases on a heated substrate. Done.

HVPE法では、結晶性が良好な単結晶を得るために、様々な検討が行われている。中でも、アルミニウム系III族窒化物単結晶の製造方法においては、原料ガスとして三ハロゲン化アルミニウムガスを使用する。この際、該原料ガス中に結晶品質を低下させる要因となる一ハロゲン化アルミニウムを含む場合があり、HVPE法においては、この一ハロゲン化アルミニウムガスを低減する方法が検討されている。例えば、アルミニウムと塩化水素ガスとの反応温度を特定の温度範囲とすることにより、一ハロゲン化アルミニウムの発生を抑制する製造方法が記載されている(特許文献3、4参照)。また、三ハロゲン化アルミニウムガスに含まれる一ハロゲン化アルミニウムガスを金属アルミニウムとして析出させて取り除く方法も知られている(特許文献5参照)。これら方法によれば、効率よく一ハロゲン化アルミニウムガスを低減できるため、アルミニウム系III族窒化物単結晶の結晶品質を向上できる。   In the HVPE method, various studies have been conducted in order to obtain a single crystal with good crystallinity. In particular, in the method for producing an aluminum-based group III nitride single crystal, an aluminum trihalide gas is used as a raw material gas. At this time, the raw material gas may contain aluminum monohalide which causes a decrease in crystal quality. In the HVPE method, a method of reducing the aluminum monohalide gas has been studied. For example, a production method is described in which generation of aluminum monohalide is suppressed by setting the reaction temperature between aluminum and hydrogen chloride gas within a specific temperature range (see Patent Documents 3 and 4). In addition, a method of depositing and removing aluminum monohalide gas contained in aluminum trihalide gas as metallic aluminum is also known (see Patent Document 5). According to these methods, since the aluminum monohalide gas can be efficiently reduced, the crystal quality of the aluminum-based group III nitride single crystal can be improved.

しかしながら、近年より一層、高品質な単結晶が望まれており、更なる検討がなされている。例えば、原料ガスであるハロゲン化アルミニウムガスと窒素源ガスとを塩化水素ガスのようなハロゲン系ガス存在下で反応させることにより、一ハロゲン化アルミニウムガスの平衡分圧を格段に下げて単結晶を製造する方法が知られている(特許文献6参照)。また、反応器内のガスの流れを調整することにより、気相反応で生じた粒子(付着粒子:ノマルスキー微分干渉顕微鏡(100〜500倍で観察)で観察される粒子)が結晶成長面に付着するのを防止し、高品質な単結晶を製造する方法が知られている(特許文献7参照)。以上のような特許文献6、7に記載された方法と、さらに従来の方法とを組み合わせることにより、より高品質な単結晶を製造することができる。   However, higher quality single crystals have been desired in recent years, and further studies have been made. For example, by reacting an aluminum halide gas that is a source gas and a nitrogen source gas in the presence of a halogen-based gas such as hydrogen chloride gas, the equilibrium partial pressure of the aluminum monohalide gas is significantly reduced to produce a single crystal. A manufacturing method is known (see Patent Document 6). In addition, by adjusting the gas flow in the reactor, particles generated in the gas phase reaction (attached particles: particles observed with a Nomarski differential interference microscope (observed at 100 to 500 times)) adhere to the crystal growth surface. There is known a method for manufacturing a high-quality single crystal that prevents this (see Patent Document 7). By combining the methods described in Patent Documents 6 and 7 as described above and the conventional method, a higher quality single crystal can be produced.

特開2006−114845号公報JP 2006-114845 A 特開2006−073578号公報JP 2006-073578 A 特開2003−303774号公報JP 2003-303774 A 特開2012−166963号公報JP 2012-166963 A 国際公開WO2012/081670号パンフレットInternational Publication WO2012 / 081670 Pamphlet 特開2015/017030号公報JP 2015/017030 A 国際公開WO2014/031119号パンフレットInternational Publication WO2014 / 031119 Pamphlet

しかしながら、本発明者等は、上記方法(特許文献6、7に記載された方法と従来の一ハロゲン化アルミニウムガスを低減させる方法とを組み合わせた方法)を採用した場合であっても、例えば、特許文献7に記載された整流隔壁を使用した場合であっても、微細な結晶欠陥が窒化アルミニウム単結晶に存在することを見つけ出した。つまり、整流隔壁を用いた場合には、ノマルスキー微分干渉顕微鏡(100〜500倍で観察)で観察される付着粒子の数を低減することができるが、反射X線トポグラフにより評価すると、結晶欠陥と考えら得る明点が観察されることが分かった。この明点で観察される結晶欠陥は、従来技術の一ハロゲン化アルミニウムガスを低減される方法を用いた場合、または、従来技術を併用した場合においても、観察される場合があった。
MOCVD法、及びHVPE法等の気相成長法によりIII族窒化物単結晶を製造する場合には、通常、バッチ方式(反応器内で単結晶成長用基板(ベース基板)上にIII族窒化物単結晶を製造した後、該単結晶を取出し、その後、別のベース基板を反応器内に設置し、該ベース基板上にIII族窒化物単結晶を再度製造する方法)で行われている。本発明者等の検討によれば、このようなバッチ方式で単結晶を繰り返し製造する場合、従来技術では、明点として観察される結晶欠陥が多い単結晶が頻繁に製造される場合があり、特に、バッチ方式で繰り返し製造する場合には改善の余地があった。
However, even when the present inventors adopt the above method (a method combining the method described in Patent Documents 6 and 7 and the conventional method of reducing the aluminum monohalide gas), for example, Even when the rectifying barrier described in Patent Document 7 was used, it was found that fine crystal defects exist in the aluminum nitride single crystal. That is, when the rectifying barrier is used, the number of adhered particles observed with a Nomarski differential interference microscope (observed at 100 to 500 times) can be reduced, but when evaluated by a reflection X-ray topograph, It was found that possible bright spots were observed. The crystal defects observed at this bright point may be observed even when the conventional method of reducing the aluminum halide gas is used or when the conventional technology is used in combination.
When a group III nitride single crystal is produced by a vapor phase growth method such as MOCVD method or HVPE method, a batch method (group III nitride is usually formed on a single crystal growth substrate (base substrate) in a reactor). After the single crystal is manufactured, the single crystal is taken out, and then another base substrate is placed in the reactor, and a group III nitride single crystal is manufactured again on the base substrate. According to the study by the present inventors, when a single crystal is repeatedly produced in such a batch method, in the prior art, a single crystal with many crystal defects observed as a bright spot may be frequently produced. In particular, there is room for improvement in the case of repeated production in a batch system.

したがって、本発明の目的は、反射X線トポグラフにより明点として観察される結晶欠陥を確実に低減できるIII族窒化物単結晶を製造する方法を提供することにあり、特に、バッチ方式で繰り返し製造する際に、各単結晶において該結晶欠陥が低減できるIII族窒化物単結晶の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a group III nitride single crystal capable of reliably reducing crystal defects observed as bright points by a reflection X-ray topograph, and in particular, it is repeatedly produced in a batch system. It is an object of the present invention to provide a method for producing a group III nitride single crystal in which the crystal defects can be reduced in each single crystal.

本発明者等は、上記課題を解決するため、鋭意検討を行った。先ず、この明点について詳細に述べると、反射X線トポグラフにより窒化アルミニウム単結晶(AlN単結晶)基板の、例えば(114)面からの回折像を観測した時にみられる結晶欠陥に相当するものであり、(114)面を観測した場合には欠陥部分の回折が強まった結果として明点として観測されるものである。測定する回折面を変えた場合には、同欠陥個所は暗点として映し出される場合もある。明点は、結晶欠陥と考えられ、LEDや電子デバイスの歩留低下原因(電流リークパス)になるため、極力少ない事が望ましいと考える。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies. First, this bright point will be described in detail, which corresponds to a crystal defect observed when a diffraction image from, for example, the (114) plane of an aluminum nitride single crystal (AlN single crystal) substrate is observed by a reflection X-ray topograph. Yes, when the (114) plane is observed, it is observed as a bright point as a result of increased diffraction at the defect portion. When the diffracting surface to be measured is changed, the defective portion may be projected as a dark spot. The bright point is considered to be a crystal defect and causes a decrease in yield of the LED or electronic device (current leakage path).

次に、この明点について、どのようなメカニズムでこの結晶欠陥が発生するのかを考察した。結晶性が良い単結晶を得ることができる特許文献6を参照し、塩化水素ガス存在下で結晶成長行い、単結晶成長時のどの段階で、明点として観察される結晶欠陥が生じているかを確認した。その結果、成長開始直後に限定される訳ではないが、成長開始直後に発生した明点の影響が最も大きいことが分かった。   Next, the mechanism by which this crystal defect occurs is considered for this bright point. Reference is made to Patent Document 6 in which a single crystal having good crystallinity can be obtained. Crystal growth is performed in the presence of hydrogen chloride gas, and at which stage during single crystal growth, a crystal defect observed as a bright spot is generated. confirmed. As a result, it was found that the influence of a bright spot generated immediately after the start of growth was the largest, although not limited to immediately after the start of growth.

そのため、本発明者等は、単結晶の成長の初期段階から確実に一ハロゲン化アルミニウムを低減できる方法を検討した結果、ベース基板上にIII族原料ガスを供給する前に、ハロゲン化水素ガス、及びハロゲンガスから選ばれる少なくとも1種のハロゲン系ガスを供給する方法を採用することにより、明点の原因となる結晶欠陥が減少し、しかも繰り返し製造を行う際も明点の個数のバラツキを小さくすることが可能になることを見出し、本発明を完成するに至った。   Therefore, the present inventors have studied a method that can reliably reduce aluminum monohalide from the initial stage of single crystal growth, and as a result, before supplying the group III source gas onto the base substrate, hydrogen halide gas, By adopting a method of supplying at least one halogen-based gas selected from halogen gas, crystal defects that cause bright spots are reduced, and variation in the number of bright spots is reduced even during repeated manufacturing. As a result, the present invention has been completed.

即ち、本発明は、ベース基板を備えた反応器内において、該ベース基板上にIII族原料ガスと窒素源ガスとを供給して反応させることにより、該ベース基板上でIII族窒化物単結晶を製造する方法であって、該III族原料ガスを供給する前に、ハロゲン化水素ガス、及びハロゲンガスから選ばれる少なくとも1種のハロゲン系ガスを該ベース基板上に供給することを特徴とするIII族窒化物単結晶の製造方法である。   That is, the present invention provides a group III nitride single crystal on a base substrate by supplying a group III source gas and a nitrogen source gas to the base substrate for reaction in a reactor equipped with the base substrate. And supplying at least one halogen-based gas selected from a hydrogen halide gas and a halogen gas onto the base substrate before supplying the group III source gas. This is a method for producing a group III nitride single crystal.

本発明においては、前記窒素源ガスをベース基板上に供給した後、前記ハロゲン系ガスをベース基板上に供給し、次いで、III族原料ガスをベース基板上に供給することが好ましい。窒素源ガスを先に供給することにより、ベース基板の結晶成長面の分解を防ぐことができ、高品質なIII族窒化物単結晶を製造できる。   In the present invention, it is preferable to supply the nitrogen source gas onto the base substrate, then supply the halogen-based gas onto the base substrate, and then supply the group III source gas onto the base substrate. By supplying the nitrogen source gas first, decomposition of the crystal growth surface of the base substrate can be prevented, and a high-quality group III nitride single crystal can be manufactured.

また、本発明においては、前記ハロゲン系ガスを連続して供給し、かつ、前記III族原料ガスを供給する際、ハロゲン系ガスの標準状態における供給量をV(sccm)とし、III族原料ガスの標準状態における供給量をVIII(sccm)としたとき、下記式(1)を満足するように、ハロゲン系ガス、及びIII族原料ガスを供給することが好ましい。
0.5 ≦ VH / (VH + VIII)< 1.0 (1)
前記ハロゲン系ガスは、III族原料ガスを供給する前から連続してベース基板上に供給しておき、前記III族原料ガスを供給する際、ハロゲン系ガスの供給量が式(1)を満足することにより、最終的に得られるIII族窒化物単結晶の結晶欠陥(例えば窒化アルミニウム単結晶の場合には、(114)面の反射X線トポグラフ像に存在する明点の数。)をより低減できる。なお、本発明において、ハロゲン系ガス、III族原料ガス、及び窒素源ガス等の気体における「標準状態」とは、温度0℃、圧力1atmでの状態を意味する。
In the present invention, when the halogen-based gas is continuously supplied and the group III source gas is supplied, the supply amount of the halogen-based gas in a standard state is set to V H (sccm), When the supply amount of the gas in the standard state is V III (sccm), it is preferable to supply the halogen-based gas and the group III source gas so as to satisfy the following formula (1).
0.5 ≦ V H / (V H + V III ) <1.0 (1)
The halogen-based gas is continuously supplied onto the base substrate before supplying the group III source gas. When the group III source gas is supplied, the supply amount of the halogen-based gas satisfies the formula (1). By doing so, the crystal defects of the finally obtained group III nitride single crystal (for example, in the case of an aluminum nitride single crystal, the number of bright spots present in the reflected X-ray topographic image of the (114) plane) are further increased. Can be reduced. In the present invention, the “standard state” in a gas such as a halogen-based gas, a group III source gas, and a nitrogen source gas means a state at a temperature of 0 ° C. and a pressure of 1 atm.

本発明は、III族原料ガスが三塩化アルミニウムガスを含むガスであり、窒素源ガスがアンモニアガスである、すなわち、制御が難しく、成長速度が速く、反応性が高い原料を使用するHVPE法によるアルミニウム系III族窒化物単結晶、特に、窒化アルミニウム単結晶を製造する場合に適している。   The present invention is based on the HVPE method in which the group III source gas is a gas containing aluminum trichloride gas and the nitrogen source gas is ammonia gas, that is, the control is difficult, the growth rate is high, and the reactive material is used. It is suitable for producing an aluminum-based group III nitride single crystal, particularly an aluminum nitride single crystal.

さらに、本発明は、同じ反応器を使用して繰り返してIII族窒化物単結晶を製造する場合に、明点の数(微細な結晶欠陥の数)にバラツキが少ない、品質の安定したIII族窒化物単結晶を繰り返し製造できる。   Furthermore, the present invention is a group III of stable quality with little variation in the number of bright spots (number of fine crystal defects) when a group III nitride single crystal is produced repeatedly using the same reactor. A nitride single crystal can be repeatedly produced.

本発明の方法によれば、簡易な手段によって、成長開始直後の明点として観察される結晶欠陥を確実に減少させることができる。そして、繰り返しIII族窒化物単結晶を製造する際に、それら単結晶の明点を低減することができ、品質の一定なIII族窒化物単結晶を製造できる。その結果、紫外領域の透過性に優れた高品質のIII族窒化物単結晶を繰り返し提供することができる。   According to the method of the present invention, crystal defects observed as a bright spot immediately after the start of growth can be reliably reduced by simple means. And when manufacturing a group III nitride single crystal repeatedly, the bright point of these single crystals can be reduced, and a group III nitride single crystal with constant quality can be manufactured. As a result, it is possible to repeatedly provide a high-quality group III nitride single crystal excellent in ultraviolet region transparency.

さらには、得られたIII族窒化物単結晶上に発光素子層を形成したウェハを製造した後、該ウェハを切断して発光ダイオードとした際、該発光ダイオードの歩留まりを向上することができる。   Furthermore, when a wafer having a light emitting element layer formed on the obtained group III nitride single crystal is manufactured and then the wafer is cut to obtain a light emitting diode, the yield of the light emitting diode can be improved.

本発明の実施に使用できる気相成長装置の一例を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically an example of the vapor phase growth apparatus which can be used for implementation of this invention. 反射X線トポグラフ測定で、明点が観察された像である。It is an image in which a bright point is observed by reflection X-ray topography measurement. 反射X線トポグラフ測定で、明点が観察されなかった像である。It is an image in which a bright point was not observed in reflection X-ray topography measurement.

本明細書において、数値A及びBについて「A〜B」は、特に別途規定されない限り、「A以上B以下」を意味する。該表記において数値Aの単位を省略する場合には、数値Bに付された単位が数値Aの単位として適用されるものとする。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明がこれらの形態に限定されるものではない。   In the present specification, “A to B” for the numerical values A and B means “A or more and B or less” unless otherwise specified. In the notation, when the unit of the numerical value A is omitted, the unit attached to the numerical value B is applied as the unit of the numerical value A. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to these forms.

本発明は、ベース基板を備えた反応器において、III族原料ガスと窒素源ガスとを該ベース基板上に供給することにより、該ベース基板上でIII族窒化物単結晶を製造する方法である。そして、該III族原料ガスを供給する前に、ハロゲン化水素ガス、及びハロゲンガスから選ばれる少なくとも1種のハロゲン系ガスをベース基板上に供給することを特徴とする。   The present invention is a method for producing a group III nitride single crystal on a base substrate by supplying a group III source gas and a nitrogen source gas onto the base substrate in a reactor equipped with the base substrate. . Then, before supplying the group III source gas, at least one halogen-based gas selected from a hydrogen halide gas and a halogen gas is supplied onto the base substrate.

本発明においては、ハロゲン系ガスを結晶成長の前から供給する以外は、公知の方法を採用することができる。以下、順を追って説明する。   In the present invention, a known method can be employed except that the halogen-based gas is supplied before crystal growth. In the following, description will be given in order.

<キャリアガス>
本発明において、III族原料ガス、及び窒素源ガスの原料ガスを反応器内のベース基板上へ供給するには、反応器内にキャリアガスを供給して該原料ガスの流れを形成することが好ましい。キャリアガスとしては、水素ガス及び/又は各種の不活性ガスを用いることができる。キャリアガスは1種類のガスを使用することもできるし、2種類以上のガスを混合して使用することもできる。中でも、III族窒化物単結晶の製造に悪影響を与えないという点で、キャリアガスには、水素ガス、及び窒素ガスから選ばれる1種類以上を用いることが好ましい。キャリアガス供給量は、反応器の容積に応じて適宜決定することができるが、一般的には例えば50〜50000sccmであることが好ましく、100〜10000sccmであることがより好ましい。sccmとは1分あたりの流量を標準状態(0℃、1atm)における体積(cc)に換算した値を意味する質量流量の単位である。また、あらかじめ精製器を用いて酸素、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素等の不純ガス成分を除去しておくことが好ましい。
<Carrier gas>
In the present invention, in order to supply the group III source gas and the source gas of the nitrogen source gas onto the base substrate in the reactor, a carrier gas is supplied into the reactor to form a flow of the source gas. preferable. As the carrier gas, hydrogen gas and / or various inert gases can be used. As the carrier gas, one kind of gas can be used, or two or more kinds of gases can be mixed and used. Among these, it is preferable to use one or more kinds selected from hydrogen gas and nitrogen gas as the carrier gas in that the production of the group III nitride single crystal is not adversely affected. The carrier gas supply amount can be appropriately determined according to the volume of the reactor, but is generally preferably 50 to 50000 sccm, and more preferably 100 to 10000 sccm, for example. sccm is a unit of mass flow rate that means a value obtained by converting a flow rate per minute into a volume (cc) in a standard state (0 ° C., 1 atm). Further, it is preferable to remove impure gas components such as oxygen, water vapor, carbon monoxide and carbon dioxide in advance using a purifier.

<III族原料ガス>
本発明において、III族原料ガスは、特に制限されるものではなく、MOCVD法、HVPE法によりIII族窒化物単結晶を製造する際に使用される、公知の原料ガスを使用すればよい。その中でも、本発明の効果が顕著となるのは、アルミニウムを含むIII族原料ガスを用いた場合である。例えば、HVPE法の場合、塩化アルミニウムガスやヨウ化アルミニウムガス等のハロゲン化アルミニウムガスが用いられる。また、MOCVD法の場合、トリメチルアルミニウムガスやトリエチルアルミニウムガス等の有機金属ガスを用いる。
<Group III source gas>
In the present invention, the group III source gas is not particularly limited, and a known source gas used when producing a group III nitride single crystal by MOCVD method or HVPE method may be used. Among them, the effect of the present invention is remarkable when a group III source gas containing aluminum is used. For example, in the case of the HVPE method, an aluminum halide gas such as an aluminum chloride gas or an aluminum iodide gas is used. In the case of the MOCVD method, an organic metal gas such as trimethylaluminum gas or triethylaluminum gas is used.

これらの中でも、ハロゲン化アルミニウムガス(主に、三ハロゲン化アルミニウムガスを含むガスであり、最も好ましくは、三塩化アルミニウムガスを含むガスである)は、反応性が高く、高い成長速度を得ることができるため、本発明で使用する原料ガスに好適である(つまり、本発明は、反応性が高く、高い成長速度を得ることができ、その制御が難しいハロゲン化アルミニウムガスを使用したHVPE法に適している。)。ハロゲン化アルミニウムガスは、固体のハロゲン化アルミニウムを気化させて供給してもよく、金属アルミニウムを塩化水素ガスや塩素ガス等の原料生成用ハロゲン系ガスと反応させることによりハロゲン化アルミニウムガスを得てもよい。金属アルミニウムからハロゲン化アルミニウムガスを製造する場合には、ハロゲン化アルミニウムガスの原料となるアルミニウムとしては、純度が99.99%以上の固体を使用することが好ましい。当然のことながら、最も好ましいアルミニウムの純度は100%である。なお、アルミニウムと原料生成用ハロゲン系ガスとの接触温度によっては液状のアルミニウムを使用することもできるが、原料生成用ハロゲン系ガスとの接触効率を考慮すると、固体のアルミニウムを使用することが好ましい。固体のアルミニウムを使用する場合、その寸法及び形状は特に制限されるものではないが、実際に使用する装置において、アルミニウムと原料生成用ハロゲン系ガスとの接触効率、ハロゲン系ガスの流通のしやすさ等を考慮すると、例えば直径0.1〜10mmであって長さ0.1〜10mmのペレット形状のものを好適に使用できる。   Among these, an aluminum halide gas (mainly a gas containing an aluminum trihalide gas, most preferably a gas containing an aluminum trichloride gas) is highly reactive and obtains a high growth rate. Therefore, the present invention is suitable for the raw material gas used in the present invention (that is, the present invention is suitable for the HVPE method using an aluminum halide gas that is highly reactive, can obtain a high growth rate, and is difficult to control. Is suitable.). The aluminum halide gas may be supplied by vaporizing solid aluminum halide. By reacting metal aluminum with a halogen-based gas for raw material generation such as hydrogen chloride gas or chlorine gas, an aluminum halide gas is obtained. Also good. When producing an aluminum halide gas from metallic aluminum, it is preferable to use a solid having a purity of 99.99% or more as the aluminum used as a raw material for the aluminum halide gas. Of course, the most preferred aluminum purity is 100%. Although liquid aluminum can be used depending on the contact temperature between aluminum and the raw material generating halogen-based gas, it is preferable to use solid aluminum in consideration of the contact efficiency with the raw material generating halogen-based gas. . When solid aluminum is used, its size and shape are not particularly limited. However, in an actual apparatus used, contact efficiency between aluminum and halogen gas for raw material generation, and easy distribution of halogen gas. In consideration of the above, for example, a pellet having a diameter of 0.1 to 10 mm and a length of 0.1 to 10 mm can be suitably used.

また、アルミニウムを含む有機金属ガスと原料生成用ハロゲン系ガスとの反応を利用してハロゲン化アルミニウムガスを得てもよい。   Alternatively, an aluminum halide gas may be obtained by utilizing a reaction between an organometallic gas containing aluminum and a halogen gas for raw material generation.

以上のようなIII族原料ガスは、キャリアガスと共にベース基板上に供給することが好ましい。III族原料ガスをキャリアガスで希釈された状態で供給する場合には、III族原料ガスの濃度が、例えば0.0001〜10体積%とすればよい。III族原料ガスの供給量は、例えば0.005〜500sccmとすることができる。なお、このIII族原料ガスは、必ず、下記のハロゲン系ガスを供給した後に、ベース基板上に供給しなければならない。   The group III source gas as described above is preferably supplied onto the base substrate together with the carrier gas. When the group III source gas is supplied in a state diluted with a carrier gas, the concentration of the group III source gas may be, for example, 0.0001 to 10% by volume. The supply amount of the group III source gas can be, for example, 0.005 to 500 sccm. The group III source gas must be supplied onto the base substrate after supplying the following halogen gas.

<窒素源ガス>
本発明においてはIII族窒化物単結晶を得るために、ベース基板上に窒素源ガスを供給する。当該窒素源ガスとしては窒素を含有する反応性ガスが採用されるが、コストと取り扱いやすさの点でアンモニアガスを使用することが好ましい。
<Nitrogen source gas>
In the present invention, a nitrogen source gas is supplied onto the base substrate in order to obtain a group III nitride single crystal. As the nitrogen source gas, a reactive gas containing nitrogen is adopted, but it is preferable to use ammonia gas in terms of cost and ease of handling.

この窒素源ガスは、通常、上記キャリアガスに適宜希釈して、ベース基板上へ供給される。キャリアガスと共にベース基板上へ供給する場合は、装置の大きさ等により、窒素源ガスの供給量、キャリアガスの供給量を決定すればよい。III族窒化物単結晶の製造のし易さ等を考慮すると、キャリアガスの供給量は50〜10000sccmの範囲とすることが好ましく、さらに、100〜5000sccmの範囲とすることが好ましい。窒素源ガスの濃度は、該キャリアガスに対して、0.0000001体積%以上10体積%以下の範囲から実用的な濃度を選択すればよい。また、窒素源ガスの供給量は0.01〜1000sccmの範囲とすることができる。この窒素源ガスをベース基板上に供給する順番は、特に制限されるものではないが、ハロゲン系ガス、及びIII族原料ガスが供給される前にベース基板上に供給することが好ましい。   This nitrogen source gas is usually diluted appropriately in the carrier gas and supplied onto the base substrate. When the carrier gas is supplied onto the base substrate, the supply amount of the nitrogen source gas and the supply amount of the carrier gas may be determined depending on the size of the apparatus. Considering the ease of production of the group III nitride single crystal, etc., the supply amount of the carrier gas is preferably in the range of 50 to 10,000 sccm, and more preferably in the range of 100 to 5000 sccm. A practical concentration of the nitrogen source gas may be selected from a range of 0.0000001 volume% to 10 volume% with respect to the carrier gas. Further, the supply amount of the nitrogen source gas can be in the range of 0.01 to 1000 sccm. The order of supplying the nitrogen source gas onto the base substrate is not particularly limited, but it is preferable to supply the nitrogen source gas onto the base substrate before the halogen-based gas and the group III source gas are supplied.

<ハロゲン系ガス>
本発明においては、ハロゲン化水素ガス及びハロゲンガスから選ばれる少なくとも1種のハロゲン系ガスをIII族原料ガスが供給される前にベース基板上に供給する。つまり、III族原料ガスと窒素源ガスとがベース基板上に供給されて両者が反応する前に、必ず、前記ハロゲン系ガスをベース基板上に供給する。
<Halogen gas>
In the present invention, at least one halogen-based gas selected from a hydrogen halide gas and a halogen gas is supplied onto the base substrate before the group III source gas is supplied. That is, before the group III source gas and the nitrogen source gas are supplied onto the base substrate and both react, the halogen-based gas is always supplied onto the base substrate.

ハロゲンガスとしては塩素ガス、臭素ガスが挙げられる。また、ハロゲン化水素ガスとしては塩化水素ガス、臭化水素ガス等が挙げられる。中でも、ガス配管に対する腐食性の低さ、取り扱いやすさ及び経済性を考慮すると塩化水素ガスを使用することが好ましい。   Examples of the halogen gas include chlorine gas and bromine gas. Examples of the hydrogen halide gas include hydrogen chloride gas and hydrogen bromide gas. Among these, it is preferable to use hydrogen chloride gas in consideration of low corrosiveness to gas piping, ease of handling, and economy.

<III族原料ガス供給前のハロゲン系ガスの供給量>
本発明においては、III族原料ガスがベース基板上に供給される前に、前記ハロゲン系ガスをベース基板上に供給する。前記ハロゲン系ガスがベース基板上に供給されるまでの時間は、ハロゲン系ガスが供給されるノズルの排出口部分(図1の装置100においては窒素源ガス吹き出し口33又はIII族原料ガス吹き出し口25)からベース基板へ到達するまでの反応器内の体積(cm;図1の装置100においては反応域内先行供給ガス計算範囲36の体積)をハロゲン系ガスの供給流量(cm/分:又はハロゲン系ガスが例えばキャリアガス等の他のガスと同時に供給される場合には、該他のガスとハロゲン系ガスとの合計の供給流量)で除して求めることができる。また、ハロゲン系ガスの導入を開始してからハロゲン系ガスがノズルの吹き出し口に到達するまでの時間は、ハロゲン系ガスが導入されるノズルの導入口から吹き出し口に至るまでのハロゲン系ガスの移動経路を構成する配管内の総容積をハロゲン系ガスの供給流量(又は、ハロゲン系ガスと例えばキャリアガス等の他のガスとが同一の配管に同時に流通される場合には、該他のガスとハロゲン系ガスとの合計の供給流量)で除して求めることができる。本発明おいては、ハロゲン系ガスを反応器内に供給した後、この方法で算出した時間以後にIII族原料ガスを供給することにより、確実にIII族原料ガスを供給する前にハロゲン系ガスをベース基板上に供給できる。
<Supply amount of halogen-based gas before supplying Group III source gas>
In the present invention, the halogen-based gas is supplied onto the base substrate before the group III source gas is supplied onto the base substrate. The time until the halogen-based gas is supplied onto the base substrate is the discharge port portion of the nozzle to which the halogen-based gas is supplied (in the apparatus 100 of FIG. 1, the nitrogen source gas outlet 33 or the group III source gas outlet). 25) to the base substrate (cm 3 ; volume in the reaction zone preceding supply gas calculation range 36 in the apparatus 100 of FIG. 1), the halogen-based gas supply flow rate (cm 3 / min: Alternatively, when the halogen-based gas is supplied simultaneously with another gas such as a carrier gas, it can be obtained by dividing by the total supply flow rate of the other gas and the halogen-based gas. In addition, the time from the start of the introduction of the halogen-based gas to the arrival of the halogen-based gas at the nozzle outlet is determined by the amount of halogen-based gas from the nozzle inlet to the outlet where the halogen-based gas is introduced. The total volume in the pipe constituting the movement path is determined based on the supply flow rate of the halogen-based gas (or other gas such as a halogen-based gas and another gas such as a carrier gas when they are simultaneously circulated through the same pipe. And the total supply flow rate of the gas and the halogen-based gas). In the present invention, after supplying the halogen-based gas into the reactor and then supplying the group III source gas after the time calculated by this method, the halogen-based gas is surely supplied before the group III source gas is supplied. Can be supplied onto the base substrate.

前記ハロゲン系ガスの標準状態の供給量(III族原料ガスが供給されるまでの供給量(sccm);以下、VH0とする)は、特に制限されるものではなく、装置の大きさ等によりその絶対量を決定することができる。ただし、成長開始直後のガス流れの変化を小さくし、安定した品質のIII族窒化物単結晶を製造する観点からは、ハロゲン系ガスは、III族原料ガスの供給が開始される前だけでなく、III族原料ガスの供給が開始された後も連続して供給することが好ましく、III族原料ガスの供給が開始されてからも供給量(絶対量)を変化させないことが好ましい。すなわち、III族原料ガスの供給が開始された後のハロゲン系ガスの標準状態換算の供給量をV(sccm)とした場合、VH0=Vであることが好ましい。なお、VH0及びVは、供給される全ハロゲン系ガスの合計量であるものとする。ガス流れの変化を小さくすることにより、繰り返し複数のIII族窒化物単結晶を製造する際に、同じガス雰囲気の再現が容易になるので、製造される複数のIII族窒化物単結晶の品質のばらつきを低減することが容易になる。同様に、窒素源ガスをIII族原料ガスに先行して供給する場合には、窒素源ガスの供給量(絶対量)は、III族原料ガスの開始前後で変化させないことが好ましい。 The supply amount of the halogen-based gas in the standard state (supply amount until the group III source gas is supplied (sccm); hereinafter referred to as V H0 ) is not particularly limited, and depends on the size of the apparatus. Its absolute amount can be determined. However, from the viewpoint of producing a stable group III nitride single crystal by reducing the change in gas flow immediately after the start of growth, the halogen-based gas is not only used before the supply of the group III source gas is started. It is preferable to supply continuously after the supply of the group III source gas is started, and it is preferable not to change the supply amount (absolute amount) even after the supply of the group III source gas is started. That is, when the supply amount in terms of the standard state of the halogen-based gas after the supply of the group III source gas is started is V H (sccm), it is preferable that V H0 = V H. V H0 and V H are the total amount of all halogen-based gases supplied. Reducing the change in gas flow makes it easy to reproduce the same gas atmosphere when repeatedly producing a plurality of group III nitride single crystals, so that the quality of the plurality of group III nitride single crystals produced can be improved. It becomes easy to reduce variation. Similarly, when the nitrogen source gas is supplied prior to the group III source gas, the supply amount (absolute amount) of the nitrogen source gas is preferably not changed before and after the start of the group III source gas.

<III族原料ガス供給後のハロゲン系ガスの供給量>
III族原料ガスを供給する際のハロゲン系ガスの供給量は、特に制限されるものではない。ただし、最終的に得られるIII族窒化物単結晶の結晶品質を高める観点からは、以下の関係式(1)を満足するように調整することが好ましい。具体的には、ハロゲン系ガスの標準状態における供給量をV(sccm)とし、III族原料ガスの標準状態における供給量をVIII(sccm)とした場合、ハロゲン系ガスの分率(Hepi=VH/(VH + VIII))が、
0.5 ≦ VH / (VH + VIII)< 1.0 (1)
を満足することが好ましい。
<Supply amount of halogen-based gas after group III source gas supply>
The supply amount of the halogen-based gas when supplying the group III source gas is not particularly limited. However, from the viewpoint of improving the crystal quality of the finally obtained group III nitride single crystal, it is preferable to adjust so as to satisfy the following relational expression (1). Specifically, when the supply amount of the halogen-based gas in the standard state is V H (sccm) and the supply amount of the group III source gas in the standard state is V III (sccm), the fraction of the halogen-based gas (H epi = V H / (V H + V III ))
0.5 ≦ V H / (V H + V III ) <1.0 (1)
Is preferably satisfied.

ハロゲン系ガスの分率(Hepi)が式(1)を満足するようにハロゲン系ガスを供給することにより、III族元素の一ハロゲン化物ガス(例えば一ハロゲン化アルミニウムガス。)の平衡分圧を格段に下げることができるため、より高品質な単結晶(例えば窒化アルミニウム単結晶の場合には、(114)面の反射X線トポグラフ像に存在する明点の数が低減された単結晶。)を製造することができる。明点の数と成長速度等の工業的な生産を考慮すると、ハロゲン系ガスの分率(Hepi)は、0.55以上1.0未満とすることがより好ましく、0.6以上1.0未満とすることがさらに好ましい。 By supplying the halogen-based gas so that the fraction (H epi ) of the halogen-based gas satisfies the formula (1), the equilibrium partial pressure of the monohalide gas of group III element (for example, aluminum monohalide gas) is obtained. Therefore, the number of bright spots in the reflected X-ray topographic image of the (114) plane is reduced in the case of a single crystal of higher quality (for example, in the case of an aluminum nitride single crystal). ) Can be manufactured. Considering industrial production such as the number of bright spots and the growth rate, the halogen gas fraction (H epi ) is more preferably 0.55 or more and less than 1.0, and 0.6 or more and 1. More preferably, it is less than 0.

本発明においては、ハロゲン系ガスは連続してベース基板上に供給することが好ましい。III族原料ガスを供給する際にハロゲン系ガスを拒窮する方法は特に制限されるものではない。例えば、ハロゲン系ガスの供給ラインを反応器に設けて、そこから供給することができる。   In the present invention, the halogen-based gas is preferably continuously supplied onto the base substrate. The method for rejecting the halogen-based gas when supplying the group III source gas is not particularly limited. For example, a halogen gas supply line may be provided in the reactor and supplied from there.

III族原料ガスを金属アルミニウムや有機金属ガスと原料生成用ハロゲン系ガスと反応により得る場合には、金属アルミニウムや有機金属ガスと原料生成用ハロゲン系ガスとの反応を、意図的に未反応のガスが残留するように反応率を制御することにより、III族原料ガスとハロゲン系ガスとの混合ガスを生成して、該混合ガスを反応域10に供給することも可能である。   When the group III source gas is obtained by reaction of metal aluminum or organometallic gas with a raw material generating halogen-based gas, the reaction between the metal aluminum or organic metal gas and the raw material generating halogen-based gas is intentionally unreacted. By controlling the reaction rate so that the gas remains, it is possible to generate a mixed gas of the group III source gas and the halogen-based gas and supply the mixed gas to the reaction zone 10.

また、窒素源ガスの供給ラインにハロゲン系ガスを合流させる流路を設けて窒素源ガスとハロゲン系ガスの混合ガスを得た後にベース基板に供給することもできる。この場合には、窒素源ガスとハロゲン系ガスの反応によりハロゲン化窒素化合物を生成する場合があるため、ガス温度はハロゲン化窒素化合物が析出しない温度以上に加熱することが好ましい。例えば、窒素源ガスにアンモニアガス、ハロゲン系ガスに塩化水素を用いる場合には、塩化アンモニウムが析出する場合があるため、少なくとも300℃以上、より好ましくは塩化アンモニウムの分解温度以上、さらに好ましくは350℃以上に加熱する。なお、加熱温度の上限値は特に制限されるものではないが、好ましくは1200℃である。   Alternatively, a flow path for merging the halogen-based gas may be provided in the nitrogen source gas supply line to obtain a mixed gas of the nitrogen source gas and the halogen-based gas, and then supplied to the base substrate. In this case, since the halogenated nitrogen compound may be generated by the reaction of the nitrogen source gas and the halogen-based gas, the gas temperature is preferably heated to a temperature at which the halogenated nitrogen compound does not precipitate. For example, when ammonia gas is used as the nitrogen source gas and hydrogen chloride is used as the halogen-based gas, ammonium chloride may precipitate. Therefore, at least 300 ° C. or higher, more preferably higher than the decomposition temperature of ammonium chloride, more preferably 350 Heat to above ℃. The upper limit value of the heating temperature is not particularly limited, but is preferably 1200 ° C.

また、析出を起こりにくくするために、窒素ガスや水素ガスや希ガス等の公知のキャリアガスで前記ガスを希釈しながら供給することも可能である。   Moreover, in order to make precipitation difficult to occur, the gas can be supplied while being diluted with a known carrier gas such as nitrogen gas, hydrogen gas, or rare gas.

<ベース基板>
本発明において、III族窒化物単結晶をその上に成長させるベース基板は、特に制限されるものではなく、公知の基板を使用することができる。具体的には、たとえば、サファイア、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタニウムなどが用いられる。また、ベース基板の厚みも、特に制限されるものではなく、100〜2000μmとすることができる。また、結晶の面方位に関しても、+c面、−c面、m面、a面、r面等、特に制限なく使用することができる。
<Base substrate>
In the present invention, the base substrate on which the group III nitride single crystal is grown is not particularly limited, and a known substrate can be used. Specifically, for example, sapphire, silicon carbide, gallium nitride, aluminum nitride, aluminum gallium nitride, zirconium boride, titanium boride and the like are used. Further, the thickness of the base substrate is not particularly limited, and can be 100 to 2000 μm. In addition, regarding the crystal plane orientation, + c plane, -c plane, m plane, a plane, r plane, etc. can be used without any particular limitation.

<その他の製造条件>
以上のIII族原料ガス、窒素源ガス、ハロゲン系ガス、ベース基板、及びその供給条件等を採用することにより、明点の少ないIII族窒化物単結晶を製造できる。次に、上記で説明した以外の製造条件について説明する。
<Other manufacturing conditions>
By employing the above group III source gas, nitrogen source gas, halogen-based gas, base substrate, and supply conditions thereof, a group III nitride single crystal with few bright spots can be produced. Next, manufacturing conditions other than those described above will be described.

III族窒化物単結晶をベース基板上に成長させる前には、公知の方法でサーマルクリーニングを実施することが好ましい。例えば、水素を含むキャリアガスをベース基板上に流通させながら該ベース基板を加熱し、ベース基板に付着した有機物を除去するサーマルクリーニングを行うことが好ましい。具体的には、ベース基板が窒化アルミニウム基板、サファイア基板の場合、一般的には、水素を含むキャリアガスを供給し、ベース基板を1000℃以上、III族窒化物単結晶の成長温度以下で10分間程度保持することが好ましい。   Before the group III nitride single crystal is grown on the base substrate, it is preferable to perform thermal cleaning by a known method. For example, it is preferable to perform thermal cleaning in which the base substrate is heated while flowing a carrier gas containing hydrogen over the base substrate to remove organic substances attached to the base substrate. Specifically, when the base substrate is an aluminum nitride substrate or a sapphire substrate, generally, a carrier gas containing hydrogen is supplied, and the base substrate is heated to 1000 ° C. or higher and below the growth temperature of the group III nitride single crystal. It is preferable to hold for about minutes.

ベース基板をIII族窒化物単結晶が成長する成長温度(ベース基板をIII族原料ガスと窒素源ガスとを反応させる温度)に加熱し、ハロゲン化水素ガス、及びハロゲンガスから選ばれる少なくとも1種のハロゲン系ガスを該ベース基板上に供給し、該ハロゲン系ガスが該ベース基板上まで供給された後に、III族原料ガスを供給して、III族原料ガスと窒素源ガスとを反応させて結晶成長を開始する。原料ガス、具体的には窒素源ガス、III族原料ガス、及びハロゲン系ガスの供給順序は、(i)窒素源ガス、ハロゲン系ガス、III族原料ガスの順で供給する、(ii)ハロゲン系ガス、窒素源ガス、III族原料ガスの順で供給する、(iii)ハロゲン系ガス、III族原料ガス、窒素源ガスの順で供給する方法を採用することができる。そして、(i)においては、窒素源ガスとハロゲン系ガスとを同時に供給することもできるし、(ii)(iii)においては、窒素源ガスとIII族原料ガスとを同時に供給することもできる。その中でも、ベース基板の結晶成長面の分解を防ぐためには、(i)の方法を採用することが好ましい。すなわち、窒素源ガスの基板上への供給を開始する工程と、ハロゲン系ガスの基板上への供給を開始する工程と、III族原料ガスの基板上への供給を開始する工程と、をこの順に含むことが好ましい。   At least one selected from a hydrogen halide gas and a halogen gas by heating the base substrate to a growth temperature at which the group III nitride single crystal grows (a temperature at which the base substrate reacts with the group III source gas and the nitrogen source gas). The halogen-based gas is supplied onto the base substrate. After the halogen-based gas is supplied up to the base substrate, the group III source gas is supplied to react the group III source gas with the nitrogen source gas. Start crystal growth. The supply sequence of the source gas, specifically the nitrogen source gas, the group III source gas, and the halogen-based gas is (i) the nitrogen source gas, the halogen-based gas, and the group III source gas are supplied in this order. (Iii) A method of supplying a halogen-based gas, a group III source gas, and a nitrogen source gas in this order can be employed. In (i), the nitrogen source gas and the halogen-based gas can be supplied simultaneously. In (ii) and (iii), the nitrogen source gas and the group III source gas can be supplied simultaneously. . Among them, it is preferable to employ the method (i) in order to prevent decomposition of the crystal growth surface of the base substrate. That is, the step of starting the supply of the nitrogen source gas onto the substrate, the step of starting the supply of the halogen-based gas onto the substrate, and the step of starting the supply of the group III source gas onto the substrate are performed. It is preferable to include in order.

そして、結晶成長時のベース基板の温度(成長温度)は、特に制限されるものではなく、公知の条件を採用することができる。具体的には、成長温度は1000〜1700℃であることが好ましい。   And the temperature (growth temperature) of the base substrate at the time of crystal growth is not particularly limited, and known conditions can be adopted. Specifically, the growth temperature is preferably 1000 to 1700 ° C.

中でも、ハロゲン化アルミニウムガスを使用したアルミニウム系III族窒化物単結晶、特に、窒化アルミニウム単結晶を製造する場合には、ベース基板の温度(成長温度)は1200〜1600℃であることが好ましい。さらに、III族原料ガスがハロゲン化アルミニウムガスである場合、ハロゲン化アルミニウムガスの供給量は、例えば0.001〜100sccmとすることができる。ハロゲン化アルミニウムガスは、アルミニウム系III族窒化物単結晶の成長速度が10μm/h以上、より好ましくは15μm/h以上となるよう、十分な量を供給することが好ましい。なお、結晶性を高める観点から、結晶の成長速度の上限値は100μm/h以下であることが好ましいが、外部からベース基板を加熱する手段を設けた場合には、100μm/h以上とすることも可能である(外部からの加熱手段を設けた場合の成長速度の上限値は300μm/h程度である)。   In particular, when producing an aluminum-based group III nitride single crystal using an aluminum halide gas, particularly an aluminum nitride single crystal, the temperature (growth temperature) of the base substrate is preferably 1200 to 1600 ° C. Furthermore, when the group III source gas is an aluminum halide gas, the supply amount of the aluminum halide gas can be set to 0.001 to 100 sccm, for example. It is preferable to supply a sufficient amount of the aluminum halide gas so that the growth rate of the aluminum-based group III nitride single crystal is 10 μm / h or more, more preferably 15 μm / h or more. From the viewpoint of improving crystallinity, the upper limit of the crystal growth rate is preferably 100 μm / h or less. However, when means for heating the base substrate from the outside is provided, the upper limit is set to 100 μm / h or more. (The upper limit of the growth rate when an external heating means is provided is about 300 μm / h).

III族窒化物単結晶を成長する過程においては、III族元素および窒素が属するV族元素とは異なる価数を有する元素をドープすることにより、結晶の電気伝導性をn形もしくはp形、または半絶縁性に制御することや、ドープした不純物をIII族窒化物単結晶の成長におけるサーファクタントとして作用させることにより、+c軸方向や−c軸方向、m軸方向、a軸方向等に結晶成長方位を制御することも可能である。これらのドーパントとしては、C、Si、Ge、Mg、O、S等の元素を含む分子を特に制限なく用いることができる。   In the process of growing a group III nitride single crystal, by doping an element having a valence different from that of a group III element and a group V element to which nitrogen belongs, the electrical conductivity of the crystal is changed to n-type or p-type, or Crystal growth orientation in the + c-axis direction, -c-axis direction, m-axis direction, a-axis direction, etc. by controlling to semi-insulating, or by causing doped impurities to act as surfactants in the growth of group III nitride single crystals It is also possible to control. As these dopants, molecules containing elements such as C, Si, Ge, Mg, O, and S can be used without particular limitation.

また、本発明においては、III族窒化物単結晶を製造するために、III族原料ガス、及び窒素源ガスをベース基板上に供給するが、両ガスの混合を制御する目的でIII族原料ガスと窒素源ガスとの間にバリアガスを供給してもよい。バリアガスとしては、水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の公知のガスから適宜選択され、これらを単独もしくは混合して使用することが可能である。中でも窒素ガスやアルゴンガスは混合を抑制する上では好ましい。バリアガスの供給量は、装置の大きさ、混合を抑制する効果等により、決定すればよいが、例えば50〜10000sccmとすることができ、好ましくは例えば100〜5000sccmとすることができる。   Further, in the present invention, in order to produce a group III nitride single crystal, a group III source gas and a nitrogen source gas are supplied onto the base substrate, but a group III source gas is used for the purpose of controlling the mixing of both gases. A barrier gas may be supplied between the gas and the nitrogen source gas. The barrier gas is appropriately selected from known gases such as hydrogen gas, nitrogen gas, argon gas, and helium gas, and these can be used alone or in combination. Among these, nitrogen gas and argon gas are preferable for suppressing mixing. The supply amount of the barrier gas may be determined depending on the size of the apparatus, the effect of suppressing mixing, and the like, but may be, for example, 50 to 10000 sccm, and preferably, for example, 100 to 5000 sccm.

その他の条件は、装置の概要、使用する原料等に応じて適宜決定すればよいが、III族窒化物単結晶の成長中、反応器内部の圧力は0.2〜1.5atmの範囲とすることが好ましい。   Other conditions may be appropriately determined according to the outline of the apparatus, the raw materials used, etc., but the pressure inside the reactor is in the range of 0.2 to 1.5 atm during the growth of the group III nitride single crystal. It is preferable.

また、III族窒化物単結晶をベース基板上に意図する膜厚になるよう一定時間、成長した後、III族原料ガスの供給を停止してIII族窒化物単結晶の成長を終了し、ベース基板を室温まで降温する。この時の条件は、公知の条件を採用すればよい。   In addition, after the group III nitride single crystal is grown on the base substrate for a predetermined thickness so as to have the intended film thickness, the supply of the group III source gas is stopped and the growth of the group III nitride single crystal is completed. The substrate is cooled to room temperature. A known condition may be adopted as the condition at this time.

そして、本発明においては、以上のような方法でIII族窒化物単結晶の成長を終了した後、再度、同じ反応器を使用して、同じ方法でIII族窒化物単結晶を繰り返し成長(製造)することにより、明点の少ない、品質の安定したIII族窒化物単結晶を製造できる。つまり、バッチ式で同じ反応器を用いてIII族窒化物単結晶を繰り返し製造する場合、III族原料ガスを供給する前に、ハロゲン系ガスをベース基板上に供給することにより、明点の数にバラツキが少ない品質の安定したIII族窒化物単結晶を製造できる。   In the present invention, after the growth of the group III nitride single crystal is completed by the method as described above, the group III nitride single crystal is repeatedly grown (manufactured) by the same method using the same reactor again. ), A stable group III nitride single crystal with few bright points can be produced. That is, when a group III nitride single crystal is repeatedly produced using the same reactor in a batch system, the number of bright spots is increased by supplying a halogen-based gas onto the base substrate before supplying the group III source gas. Thus, a stable group III nitride single crystal having a small variation can be produced.

本発明に好適に使用できる、HVPE法によるIII族窒化物単結晶製造装置について説明する。   An apparatus for producing a group III nitride single crystal by the HVPE method that can be suitably used in the present invention will be described.

<III族窒化物単結晶製造装置>
図1に本発明に好適に使用できるHVPE法製造装置の概略図を示す。図1には、III族窒化物単結晶製造装置100として、ベース基板12を備えた反応器11、III族原料ガスをベース基板上に供給するためのIII族原料ガス供給ノズル24(III族原料ガス吹き出し口25からIII族原料ガスをベース基板上に排出する)、窒素源ガスをベース基板上に供給するための窒素源ガス供給ノズル32(窒素源ガス導入口31から窒素源ガスを導入し、窒素源ガス吹き出し口33から窒素源ガスをベース基板上に排出する)、系内にガス流を作るためのキャリアガスを供給する押し出しガス導入口14、反応器11内に供給されたガスを排出するための排気口15を備えた装置を示している。
<Group III nitride single crystal production equipment>
FIG. 1 shows a schematic diagram of an HVPE manufacturing apparatus that can be suitably used in the present invention. In FIG. 1, as a group III nitride single crystal manufacturing apparatus 100, a reactor 11 provided with a base substrate 12, a group III source gas supply nozzle 24 (group III source) for supplying a group III source gas onto the base substrate. A group III source gas is discharged from the gas outlet 25 onto the base substrate), a nitrogen source gas supply nozzle 32 for supplying the nitrogen source gas onto the base substrate (a nitrogen source gas is introduced from the nitrogen source gas inlet 31) The nitrogen source gas is discharged onto the base substrate from the nitrogen source gas outlet 33), the extruded gas inlet 14 for supplying a carrier gas for creating a gas flow in the system, and the gas supplied into the reactor 11 The apparatus provided with the exhaust port 15 for discharging | emitting is shown.

反応器11内において、ベース基板12は支持台(サセプタ)13に保持され、支持台(サセプタ)13を加熱することにより、ベース基板12を加熱することができる。本発明においては、ベース基板12上がIII族原料ガスと窒素源ガスとが主に反応する反応域10となる。   In the reactor 11, the base substrate 12 is held by a support base (susceptor) 13, and the base substrate 12 can be heated by heating the support base (susceptor) 13. In the present invention, the base substrate 12 is the reaction zone 10 where the group III source gas and the nitrogen source gas mainly react.

また、HVPE法製造装置の例示のため、III族金属原料22(例えば、アルミニウム)を配置する原料部反応器21(III族金属原料22以降の部分がIII族原料ガスを製造するための原料部反応域20となる)を示している。この原料部反応器21には、III族原料金属21と反応してIII族原料ガスを生成するハロゲン系ガスを導入するための原料ハロゲン系ガス導入ノズル23、生成したIII族原料ガスをベース基板上に供給するためのIII族原料ガス供給ノズル24を備える。この原料部反応器21は、内部を所望の温度とするために、原料部外部加熱装置16を外部に配置することが好ましい。   Further, for the purpose of illustrating the HVPE manufacturing apparatus, a raw material part reactor 21 in which a group III metal raw material 22 (for example, aluminum) is arranged (a raw material part for producing a group III raw material gas after the group III metal raw material 22) Reaction zone 20). In this raw material section reactor 21, a raw material halogen-based gas introduction nozzle 23 for introducing a halogen-based gas that reacts with the group III raw material metal 21 to generate a group III source gas, and the generated group III source gas is a base substrate. A group III source gas supply nozzle 24 is provided for supply above. In this raw material part reactor 21, it is preferable to arrange the raw material part external heating device 16 outside in order to set the inside to a desired temperature.

図1では、ベース基板12上にハロゲン系ガスを供給するため、III族追加ハロゲン系ガス供給ノズル26、V族追加ハロゲン系ガス供給ノズル34が示されている。このIII族追加ハロゲン系ガス供給ノズル26はIII族追加ハロゲン系ガス合流部27にてIII族原料ガス供給ノズル24と合流している。また、V族追加ハロゲン系ガス供給ノズル34は、V族追加ハロゲン系ガス合流部35にて窒素源ガス供給ノズル32と合流している。本発明においては、これらIII族追加ハロゲン系ガス供給ノズル26、V族追加ハロゲン系ガス供給ノズル34からハロゲン系ガスをベース基板上に供給することができる。本発明において、ハロゲン系ガスの供給方法は、特に制限はなく、前記III族追加ハロゲン系ガス供給ノズル26、V族追加ハロゲン系ガス供給ノズル34のどちらか、もしくは両方から供給してもよい。また、図1には示していないが、ハロゲン系ガスを独立した供給ノズルから直接反応域10(主にベース基板12上)に供給してもよい。好ましくは、反応を制御しやすい、原料ガスに混合して供給する方法がよい。   In FIG. 1, a group III additional halogen-based gas supply nozzle 26 and a group V additional halogen-based gas supply nozzle 34 are shown to supply a halogen-based gas onto the base substrate 12. The group III additional halogen-based gas supply nozzle 26 joins with the group III source gas supply nozzle 24 at the group III additional halogen-based gas merging portion 27. Further, the group V additional halogen-based gas supply nozzle 34 merges with the nitrogen source gas supply nozzle 32 at the group V additional halogen-based gas supply unit 35. In the present invention, the halogen-based gas can be supplied onto the base substrate from the group III additional halogen-based gas supply nozzle 26 and the group V additional halogen-based gas supply nozzle 34. In the present invention, the method for supplying the halogen-based gas is not particularly limited, and the halogen-based gas may be supplied from either or both of the group III additional halogen-based gas supply nozzle 26 and the group V additional halogen-based gas supply nozzle 34. Although not shown in FIG. 1, the halogen-based gas may be directly supplied to the reaction zone 10 (mainly on the base substrate 12) from an independent supply nozzle. Preferably, a method in which the reaction is easily controlled and mixed with the raw material gas is supplied.

本発明では、ベース基板上で単結晶成長の反応が進行するような温度にする必要があるが、ベース基板の加熱方法は、公知の方法で実施することができる。図1ではホットウォールの加熱方式(抵抗加熱方式、輻射加熱方式等)による成長部外部加熱装置17を記載しているが、支持台(サセプタ)13を局所的に加熱するコールドウォールタイプの加熱方式(高周波誘導加熱方式、光による基板加熱方式等)も採用可能である。   In the present invention, it is necessary to set the temperature so that a single crystal growth reaction proceeds on the base substrate. However, the base substrate can be heated by a known method. Although FIG. 1 shows the growth part external heating device 17 by a hot wall heating method (resistance heating method, radiation heating method, etc.), a cold wall type heating method for locally heating the support base (susceptor) 13. (High frequency induction heating method, substrate heating method by light, etc.) can also be adopted.

III族窒化物単結晶装置100を構成する材料としては、耐熱ガラス、石英ガラス、アルミナ、ジルコニア、熱分解窒化ホウ素、ステンレス、またインコネル等の耐腐食性合金等を例示でき、中でも、石英ガラスを好ましく用いることができる。しかし、反応域10が高温に加熱されるため、各種ノズルの先端も高温に加熱されることになり、石英ガラスからの気化成分が気にかかる場合には、熱分解窒化ホウ素やアルミナ等の高耐熱性セラミックスを使用することも可能である。   Examples of the material constituting the group III nitride single crystal device 100 include heat-resistant glass, quartz glass, alumina, zirconia, pyrolytic boron nitride, stainless steel, and corrosion-resistant alloys such as Inconel. It can be preferably used. However, since the reaction zone 10 is heated to a high temperature, the tips of the various nozzles are also heated to a high temperature. If the vaporized component from the quartz glass is anxious, high temperatures such as pyrolytic boron nitride and alumina are used. It is also possible to use heat-resistant ceramics.

本実施形態において、反応器11は、反応域10を内部に有することから、石英ガラス、アルミナ、サファイア、耐熱ガラス等の耐熱性および耐酸性の非金属材料で構成されることが好ましい。反応器11の外周に外チャンバ(不図示)を配置してもよい。外チャンバは、反応器11と同様の材質で構成してもよいが、外チャンバは反応域10に直接には接していないので、一般的な金属材料、例えばステンレス鋼等で構成することも可能である。   In this embodiment, since the reactor 11 has the reaction zone 10 inside, it is preferable to be comprised with heat resistant and acid resistant nonmetallic materials, such as quartz glass, an alumina, a sapphire, and heat resistant glass. An outer chamber (not shown) may be disposed on the outer periphery of the reactor 11. The outer chamber may be made of the same material as that of the reactor 11, but the outer chamber is not in direct contact with the reaction zone 10, so it can be made of a general metal material such as stainless steel. It is.

本発明に関する上記説明では、HVPE法によってIII族窒化物単結晶を成長させる形態のIII族窒化物単結晶製造装置100を主に例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。また、図1では横型の装置を示したが、特に制限はなく、縦型構造でもよい。さらに、MOCVD法によってIII族窒化物単結晶を成長させる形態の気相成長装置を使用することも可能である。より具体的には、III族原料ガスとしてIII族有機金属化合物ガス(例えばトリメチルアルミニウムガス等)を供給する形態の気相成長装置とすることも可能である。その場合、原料部反応器21にはIII族金属原料22を配置せずに、III族原料ガスとしてIII族有機金属化合物を気化させたガスを供給する形態が採用される。   In the above description related to the present invention, the group III nitride single crystal manufacturing apparatus 100 in which the group III nitride single crystal is grown by the HVPE method is mainly exemplified, but the present invention is not limited to this mode. Further, although a horizontal apparatus is shown in FIG. 1, there is no particular limitation, and a vertical structure may be used. It is also possible to use a vapor phase growth apparatus in which a group III nitride single crystal is grown by MOCVD. More specifically, a vapor phase growth apparatus in which a group III organometallic compound gas (such as trimethylaluminum gas) is supplied as a group III source gas can be used. In that case, the raw material part reactor 21 is not provided with the group III metal raw material 22 but is supplied with a gas obtained by vaporizing a group III organometallic compound as the group III source gas.

<III族窒化物単結晶:好適な単結晶(窒化アルミニウム単結晶)>
上記のような製造方法により、反応域10において成長開始直後のIII族原料ガスと窒素源ガスの反応の進行を追加ハロゲン系ガスにより緩和し、明点の原因となる結晶欠陥を削減することができる。その結果、高品質な結晶の成長が難しかったHVPE法による窒化アルミニウム単結晶であっても、結晶欠陥が低減された窒化アルミニウム単結晶を繰り返して製造できる。具体的には、(114)面の反射X線トポグラフ像に存在する明点密度の平均値が0〜20個/cm、標準偏差が0〜10個/cm、標準偏差/平均値が0〜100%である窒化アルミニウム単結晶を製造できる。さらにLEDや電子デバイスの歩留を向上させるには0〜5個/cmで標準偏差が0〜2個/cm、標準偏差/平均値が0〜60%であることが好ましい。ただし、明点密度の平均値が限りなく小さく(例えば0.5個/cm以下)なると、平均値と標準偏差の値が近い値となる場合がある。明点密度の平均値が限りなく小さい場合は、見掛け上、標準偏差/平均値が0〜100%の範囲を外れる事があるため、標準偏差/平均値の指標を考慮しない。
<Group III nitride single crystal: preferred single crystal (aluminum nitride single crystal)>
By the manufacturing method as described above, the progress of the reaction between the group III source gas and the nitrogen source gas immediately after the start of growth in the reaction zone 10 can be mitigated by the additional halogen-based gas, and crystal defects that cause bright spots can be reduced. it can. As a result, even if it is an aluminum nitride single crystal by the HVPE method in which it is difficult to grow a high-quality crystal, an aluminum nitride single crystal with reduced crystal defects can be produced repeatedly. Specifically, the average value of the bright spot density existing in the reflected X-ray topographic image of the (114) plane is 0 to 20 / cm 2 , the standard deviation is 0 to 10 / cm 2 , and the standard deviation / average value is An aluminum nitride single crystal of 0 to 100% can be produced. Further, in order to improve the yield of LEDs and electronic devices, it is preferable that the standard deviation is 0 to 5 / cm 2 , the standard deviation is 0 to 2 / cm 2 , and the standard deviation / average value is 0 to 60%. However, when the average value of the light spot density is extremely small (for example, 0.5 / cm 2 or less), the average value and the standard deviation value may be close to each other. When the average value of the light spot density is extremely small, the standard deviation / average value may seem to be out of the range of 0 to 100%, so the standard deviation / average index is not considered.

また、上記製造方法より、明点密度の平均値が0〜20個/cm(好ましくは0〜5個/cm)、標準偏差が0〜10個/cm(好ましくは0〜2個/cm)、標準偏差/平均値が0〜100%(好ましくは0〜60%)である高品質な窒化アルミニウム単結晶を、結晶成長面の面積が100mm以上の大きさで製造することができる。結晶成長面の面積の上限値は、特に制限されるものではなく、大きければ大きいほど工業的に有利となる。ただし、工業的な生産を考慮すると、本発明の要件を満足するためには結晶成長面の面積の上限値は10000mmである(この場合、結晶成長面の面積100〜10000mmの範囲において、明点の平均値が0〜20個/cm(好ましくは0〜5個/cm)で標準偏差が0〜10個/cm(好ましくは0〜2個/cm)、標準偏差/平均値が0〜100%(好ましくは0〜60%)となればよい。 Further, from the above manufacturing method, the average value of the bright point density 0-20 pieces / cm 2 (preferably 0-5 / cm 2), the standard deviation of 0 to 10 / cm 2 (preferably 0-2 / Cm 2 ), standard deviation / average value of 0 to 100% (preferably 0 to 60%), producing a high-quality aluminum nitride single crystal having a crystal growth surface area of 100 mm 2 or more. Can do. The upper limit of the area of the crystal growth surface is not particularly limited, and the larger the value, the more industrially advantageous. However, considering the industrial production, the upper limit of the area of the crystal growth surface in order to satisfy the requirements of the present invention is 10000 mm 2 (in this case, the range of the area 100~10000Mm 2 of the crystal growth surface, The average value of the light spots is 0 to 20 / cm 2 (preferably 0 to 5 / cm 2 ), the standard deviation is 0 to 10 / cm 2 (preferably 0 to 2 / cm 2 ), and the standard deviation / The average value may be 0 to 100% (preferably 0 to 60%).

本発明において、III族窒化物単結晶は、III族原料ガス、窒素源ガス、ハロゲン系ガスがそれぞれ独立して供給流量やバルブを操作できる構造の装置で製造できる。この装置を用いて、成長開始初期のガスの供給順を定めることにより、明点の少ない、結晶品質の向上したIII族窒化物単結晶を製造することができる。従来技術の特許文献6では、ハロゲン系ガスとIII族原料ガスが同時に供給されていた。そのため、ベース基板上にハロゲン系ガスとIII族原料ガスとが本当に同時に供給された場合には問題は生じないが、気相反応であるため、ハロゲン系ガスが先行したり、III族原料ガスが先行する場合が生じ易かったものと考えられる。そして、反応域10(主にベース基板12上)にIII族原料ガスがハロゲン系ガスより先行して供給された場合、成長開始初期にハロゲン系ガスが不十分な時間が発生し、明点の原因と考えられる微細な結晶欠陥(反射X線トポグラフ像に存在する明点)が増加するものと考えられる。さらに繰り返し製造を行う場合、装置部材の状態や僅かな成長温度の変動により、原料ガスやハロゲン系ガスの流れが変化し、ハロゲン系ガスが不十分な時間が変化し、明点個数の標準偏差が大きくなるものと考えられる。特に、この現象は、反応性の高いアルミニウムを含む原料ガスを用いたアルミニウムを含む窒化物単結晶の製造において顕著であったと考えられる。本発明では、成長開始初期の原料ガス雰囲気に着目し、ベース基板上で、ハロゲン系ガス存在下でIII族原料ガスと窒素源ガスとの反応を開始させることで、III族原料ガスと窒素源ガスとの反応が動力学的に効果的に阻害され、結晶欠陥の抑制効果が顕著に、かつ安定的に得られるものと推測される。   In the present invention, the group III nitride single crystal can be produced by an apparatus having a structure in which a group III source gas, a nitrogen source gas, and a halogen-based gas can independently operate the supply flow rate and the valve. By using this apparatus to determine the order of gas supply at the beginning of growth, a group III nitride single crystal with few bright spots and improved crystal quality can be produced. In Patent Document 6 of the prior art, the halogen-based gas and the group III source gas are supplied simultaneously. Therefore, there is no problem when the halogen-based gas and the group III source gas are actually supplied onto the base substrate at the same time. However, since this is a gas phase reaction, the halogen-based gas precedes or the group III source gas is present. It is thought that the case where it preceded was easy to occur. When the group III source gas is supplied to the reaction zone 10 (mainly on the base substrate 12) ahead of the halogen-based gas, an insufficient time for the halogen-based gas is generated at the beginning of the growth, It is considered that fine crystal defects (bright spots existing in the reflected X-ray topographic image) considered to be the cause increase. Furthermore, when iteratively manufactures, the flow of the source gas and halogen gas changes due to the condition of the equipment members and slight growth temperature, the time when the halogen gas is insufficient changes, and the standard deviation of the number of bright spots Is thought to increase. In particular, this phenomenon is considered to be remarkable in the production of a nitride single crystal containing aluminum using a source gas containing aluminum having high reactivity. In the present invention, focusing on the source gas atmosphere at the beginning of growth, starting the reaction between the group III source gas and the nitrogen source gas in the presence of the halogen-based gas on the base substrate, the group III source gas and the nitrogen source are started. It is presumed that the reaction with the gas is effectively inhibited kinetically, and the crystal defect suppression effect can be obtained remarkably and stably.

III族窒化物単結晶製造装置で作製したIII族窒化物単結晶基板は、化学的機械的研磨(CMP)で、表面の研磨ダメージ層を除去し、反射X線トポグラフ像に研磨ダメージや研磨傷が観測されない状態に仕上げた。表面粗さは原子間力顕微鏡の5×5μm視野観察で二乗平均粗さ(RMS)として、0.15μm以下の状態に仕上げた。研磨傷が存在する場合には、明点が不明瞭になるため本発明の評価が困難になる。また、ウェハを切断する場合は、レーザーダイシングやブレードダイシング、ステルスダイシング等の公知の方法を特に制限なく採用することができる。 The group III nitride single crystal substrate produced by the group III nitride single crystal manufacturing apparatus removes the polishing damage layer on the surface by chemical mechanical polishing (CMP), and the reflection X-ray topographic image shows polishing damage and polishing scratches. Was not observed. The surface roughness was finished in a state of 0.15 μm or less as the root mean square roughness (RMS) by 5 × 5 μm 2 field observation with an atomic force microscope. When there are polishing flaws, the bright point becomes unclear, making it difficult to evaluate the present invention. In the case of cutting the wafer, known methods such as laser dicing, blade dicing, and stealth dicing can be employed without any particular limitation.

<III族窒化物単結晶の評価方法>
表面を平坦化されたIII族窒化物単結晶基板は、反射X線トポグラフにより明点を観察した。本実施例では、(114)面より観測する。
<Evaluation method of group III nitride single crystal>
A bright spot was observed on the surface of the group III nitride single crystal substrate whose surface was flattened by reflection X-ray topography. In this embodiment, the observation is made from the (114) plane.

本発明では、透過方式ではなく、反射方式のX線トポグラフを用いた。理由は、基板の最表面の欠陥を観察するためである。本発明により得られる窒化アルミニウム単結晶基板の上に発光素子や電子デバイスとして機能する積層構造を形成する際には、基板の最表面の欠陥が前記の機能に影響するためである。例えば、窒化アルミニウム単結晶基板上に発光素子を形成する場合、基板表面に結晶欠陥が存在すると電流のリーク等の不具合をもたらすことになる。   In the present invention, a reflection type X-ray topograph is used instead of a transmission type. The reason is to observe defects on the outermost surface of the substrate. This is because, when a laminated structure that functions as a light emitting element or an electronic device is formed on the aluminum nitride single crystal substrate obtained by the present invention, defects on the outermost surface of the substrate affect the above functions. For example, in the case of forming a light emitting element on an aluminum nitride single crystal substrate, if a crystal defect exists on the surface of the substrate, problems such as current leakage will be caused.

一方で、従来の評価方法であるX線ロッキングカーブ測定は、基板面内の平均的特性を観測する手法であるため、明点のような狭い領域にある測定では検出しにくい。   On the other hand, X-ray rocking curve measurement, which is a conventional evaluation method, is a technique for observing average characteristics in the substrate surface, and is difficult to detect by measurement in a narrow region such as a bright spot.

このような理由で、得られたIII族窒化物単結晶は、反射X線トポグラフ像に存在する明点で結晶欠陥を評価したものである。   For this reason, the obtained group III nitride single crystal is obtained by evaluating crystal defects at a bright point existing in a reflected X-ray topographic image.

<III族窒化物単結晶の用途>
本発明の方法で得られたIII族窒化物単結晶は、結晶欠陥が少ないため、発光ダイオード用の成長基板、発光ダイオード基板、電子デバイス用基板として好適に使用できる。特に、結晶成長面が100mm以上のものであって、明点の数密度が5個/cm以下のIII族窒化物単結晶は、その上に発光素子層を形成して得られる積層体(ウェハ)を切断することにより発光ダイオードとする際、歩留まりを向上することができる。標準偏差が2個/cm以下、標準偏差/平均値が60%以下であれば繰り返し製造する際に、歩留りを予測しやすくなり、在庫管理が容易になる。したがって、過剰在庫や在庫不足を防ぐことができる。
<Applications of group III nitride single crystals>
Since the group III nitride single crystal obtained by the method of the present invention has few crystal defects, it can be suitably used as a growth substrate for light emitting diodes, a light emitting diode substrate, and a substrate for electronic devices. In particular, a group III nitride single crystal having a crystal growth surface of 100 mm 2 or more and a number density of bright spots of 5 pieces / cm 2 or less is a laminate obtained by forming a light emitting element layer thereon When the light emitting diode is formed by cutting the (wafer), the yield can be improved. If the standard deviation is 2 pieces / cm 2 or less and the standard deviation / average value is 60% or less, the yield can be easily predicted in the repeated manufacturing, and inventory management becomes easy. Therefore, it is possible to prevent excess inventory and inventory shortage.

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。実施例・比較例においては、III族窒化物単結晶のなかでも窒化アルミニウム単結晶を製造した例を示す。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to a following example. In Examples and Comparative Examples, an example in which an aluminum nitride single crystal is manufactured among Group III nitride single crystals is shown.

(反射X線トポグラフによる結晶欠陥の評価)
反射X線トポグラフの測定には高分解能薄膜X線回折装置(パナリティカル製X‘Pert Pro MRD)を用いた。Cuターゲットを用いたX線管球に加速電圧45kV、フィラメント電流40mAの条件で特性X線を発生させ、ラインフォーカスでX線ビームを取り出した。発生させたX線ビームはX線ミラーモジュール(ゲーベルミラー)により高強度の平行X線ビームとした。このとき、X線ミラーモジュールの入口に1/2°発散スリット(横制限スリット)と50μm幅の縦制限スリットを装着し、ビーム幅が約1.2mmに絞られたX線ビームとした後に、測定ステージ上に設置した対象物である窒化アルミニウム単結晶基板に照射した。窒化アルミニウム単結晶基板の(114)面から回折したCuKα1線を2次元半導体X線検出器(パナリティカル製PIXcel3D半導体検出器)により検出して反射X線トポグラフ像を取得した。2次元半導体X線検出器の256×256画素であるため、1回の反射X線トポグラフ像により測定できる基板領域がy方向に約8.4mm、x方向に約5.7mmに制限される。このため、基板全面の反射X線トポグラフ像を測定するために、測定ステージをx、y方向に適宜移動して、基板面内の別箇所の反射X線トポグラフ像を測定することを繰り返し、取得した基板面内の各位置の反射X線トポグラフ像をつなぎ合わせることにより基板面内全面の反射X線トポグラフ像を取得した。取得した反射X線トポグラフ像を画像解析により明点の個数を集計し、窒化アルミニウム単結晶基板の面積で除することにより、1cmあたりの明点の存在密度(個/cm)を算出した。
(Evaluation of crystal defects by reflection X-ray topograph)
A high-resolution thin film X-ray diffractometer (X'Pert Pro MRD manufactured by Panalical) was used for measurement of the reflected X-ray topograph. Characteristic X-rays were generated on an X-ray tube using a Cu target under the conditions of an acceleration voltage of 45 kV and a filament current of 40 mA, and the X-ray beam was extracted with a line focus. The generated X-ray beam was converted into a high-intensity parallel X-ray beam by an X-ray mirror module (Gobel mirror). At this time, after installing a 1/2 ° divergence slit (horizontal limiting slit) and a 50 μm wide vertical limiting slit at the entrance of the X-ray mirror module to obtain an X-ray beam with a beam width reduced to about 1.2 mm, The aluminum nitride single crystal substrate, which is an object placed on the measurement stage, was irradiated. A CuKα1 line diffracted from the (114) plane of the aluminum nitride single crystal substrate was detected by a two-dimensional semiconductor X-ray detector (Panacelical PIXcel3D semiconductor detector) to obtain a reflected X-ray topographic image. Since it is 256 × 256 pixels of the two-dimensional semiconductor X-ray detector, the substrate area that can be measured by one reflection X-ray topographic image is limited to about 8.4 mm in the y direction and about 5.7 mm in the x direction. For this reason, in order to measure the reflected X-ray topographic image of the entire surface of the substrate, the measurement stage is appropriately moved in the x and y directions, and the reflected X-ray topographic image at another location in the substrate surface is measured repeatedly. The reflected X-ray topographic images of the entire surface of the substrate were acquired by connecting the reflected X-ray topographic images at the respective positions within the substrate surface. The obtained reflected X-ray topographic image was subjected to image analysis to count the number of bright spots and divided by the area of the aluminum nitride single crystal substrate to calculate the density of bright spots per 1 cm 2 (pieces / cm 2 ). .

測定する窒化アルミニウム単結晶(基板)の結晶面は(114)面を採用した。この理由は、上述の装置を用いた場合に明点の観察が十分に可能な分解能を有するためである。(114)面以外にも(103)面や(105)面等を用いた反射X線トポグラフ像の測定も可能であるが、例えば、上述の装置を用いて(103)面の反射X線トポグラフ像を取得する場合には分解能が不足するために明点の観察が不明瞭となるためである。したがって、少なくとも本発明で記載した測定条件よりも高分解能の反射X線トポグラフ像を取得できることが好ましいが、本発明者が調べる限りでは、明点を測定するために実用的な分解能の下限値としては1画素が10μm×10μm程度であることを確認している。これよりも高分解能で測定を行う場合には、1回の反射X線トポグラフ像の測定領域が狭くなり、基板全面の測定時間を要することになるので好ましくない。測定面が異なる場合には回折条件が変わるために、明点が暗点として観測される場合があるが、明点位置と暗点位置は一致することを本発明者らは確認している。また、基板面内で結晶面が湾曲しており、基板面の異なる地点で回折条件から外れる場合には、各位置で回折条件を満たすように窒化アルミニウム単結晶の測定軸出しを行うことが好ましい。   The (114) plane was adopted as the crystal plane of the aluminum nitride single crystal (substrate) to be measured. This is because the above-described apparatus has a resolution that allows a bright point to be observed sufficiently. Although it is possible to measure a reflected X-ray topographic image using the (103) plane or the (105) plane in addition to the (114) plane, for example, the reflected X-ray topograph of the (103) plane using the above-described apparatus. This is because when the image is acquired, the observation of the bright point becomes unclear because the resolution is insufficient. Therefore, it is preferable that a reflected X-ray topographic image having a resolution higher than that of the measurement conditions described in the present invention can be obtained. However, as far as the present inventor examines, as a lower limit value of practical resolution for measuring a bright spot. Confirms that one pixel is about 10 μm × 10 μm. When measuring at a higher resolution than this, the measurement area of one reflected X-ray topograph image becomes narrow, and it takes time to measure the entire surface of the substrate, which is not preferable. When the measurement surface is different, the diffraction condition changes, so that the bright spot may be observed as a dark spot, but the present inventors have confirmed that the bright spot position matches the dark spot position. Further, when the crystal plane is curved in the substrate surface and deviates from the diffraction conditions at different points on the substrate surface, it is preferable to perform measurement axis alignment of the aluminum nitride single crystal so as to satisfy the diffraction condition at each position. .

反射X線トポグラフ像を取得する窒化アルミニウム単結晶基板の表面は化学的機械研磨(CMP)研磨を行い、表面の研磨ダメージ層を除去し、反射X線トポグラフ像に研磨ダメージや研磨傷が観測されない状態に仕上げた。表面粗さは原子間力顕微鏡の5×5μm視野観察で二乗平均粗さ(RMS)として0.15nm以下の状態に仕上げた。研磨傷が存在する場合には、明点が不明瞭になるため本発明の評価が困難になる。 The surface of the aluminum nitride single crystal substrate for obtaining the reflected X-ray topographic image is subjected to chemical mechanical polishing (CMP) polishing to remove the polishing damage layer on the surface, and no polishing damage or polishing scratches are observed in the reflected X-ray topographic image. Finished in a state. The surface roughness was finished to a state having a root mean square roughness (RMS) of 0.15 nm or less by 2 × 5 μm 2 field observation with an atomic force microscope. When there are polishing flaws, the bright point becomes unclear, making it difficult to evaluate the present invention.

実施例1
(ベース基板の洗浄)
ベース基板として昇華法により作製した直径22mm、厚さ510μmの市販の窒化アルミニウム単結晶基板を使用した。このベース基板である窒化アルミニウム単結晶基板を市販のアセトンとイソプロピルアルコールで超音波洗浄した。さらに、輸送中のベース基板へのパーティクルの付着を防ぐため、輸送用ケースをイソプロピルアルコールで洗浄し、エアブローまたは窒素ブローでパーティクルを除去した。
Example 1
(Cleaning the base substrate)
A commercially available aluminum nitride single crystal substrate having a diameter of 22 mm and a thickness of 510 μm produced by a sublimation method was used as the base substrate. The aluminum nitride single crystal substrate as the base substrate was ultrasonically cleaned with commercially available acetone and isopropyl alcohol. Further, in order to prevent particles from adhering to the base substrate during transportation, the transportation case was washed with isopropyl alcohol, and the particles were removed by air blow or nitrogen blow.

ベース基板の洗浄後、窒化アルミニウム単結晶基板のAl極性側を成長面になるようにHVPE装置(図1の装置)内のBNコートグラファイト製支持台(サセプタ)上に設置した。   After cleaning the base substrate, it was placed on a BN-coated graphite support (susceptor) in the HVPE apparatus (apparatus in FIG. 1) so that the Al polarity side of the aluminum nitride single crystal substrate becomes the growth surface.

(窒化アルミニウム単結晶の製造準備)
窒化アルミニウム単結晶の成長に用いたHVPE装置は、図1の態様のものを用いた。図1の態様に、III族原料ガス供給ノズル24の先端から上流側250mmの反応器11内部に整流隔壁を設けた装置を使用した。整流隔壁は直径3mmの貫通孔が24個設けた石英ガラス製の板であり、石英ガラス製の反応器11の内壁に溶接して設置される。整流隔壁の貫通孔を通して反応器11のさらに上流側から供給する押し出しキャリアガスを流通した。押し出しキャリアガスには水素と窒素を7:3の割合で混合した水素窒素混合キャリアガスを使用し、総流量は6500sccmとした。また、成長中の反応器11の圧力は0.99atmに保持した。
(Preparation for production of aluminum nitride single crystal)
The HVPE apparatus used for the growth of the aluminum nitride single crystal was the one shown in FIG. In the embodiment of FIG. 1, an apparatus in which a rectifying partition wall was provided inside the reactor 11 250 mm upstream from the tip of the group III source gas supply nozzle 24 was used. The rectifying partition wall is a quartz glass plate having 24 through-holes with a diameter of 3 mm, and is installed by welding to the inner wall of the reactor 11 made of quartz glass. Extruded carrier gas supplied from the further upstream side of the reactor 11 was circulated through the through-hole of the rectifying partition wall. A hydrogen-nitrogen mixed carrier gas in which hydrogen and nitrogen were mixed at a ratio of 7: 3 was used as the extruded carrier gas, and the total flow rate was 6500 sccm. Further, the pressure in the reactor 11 during the growth was maintained at 0.99 atm.

(窒素源ガスの供給:V族追加ハロゲン系ガスの追加(塩化水素ガスの先行供給))
窒素源ガス供給ノズル32から、アンモニアガス20sccmと塩化水素ガス20sccm、水素キャリアガス160sccmの合計で200sccm(ハロゲン系ガス(塩化水素ガス)20sccm/全量(複数ガス)200sccm)を反応域10(ベース基板12上)へ供給した。この際、窒素源ガス供給ノズル32の温度は400℃とし、アンモニアガスと塩化水素ガスとが反応しないように調整した。また、バリアガスノズル(窒素源ガス供給ノズル32、及びIII族原料ガス供給ノズル24との間からバリアガスを供給できるように配置されたノズル。ただし、図示していない。)から窒素ガス1500sccmを供給した。
(Supply of nitrogen source gas: Addition of group V additional halogen gas (advance supply of hydrogen chloride gas))
From the nitrogen source gas supply nozzle 32, a total of 200 sccm (halogen-based gas (hydrogen chloride gas) 20 sccm / total amount (plural gases) 200 sccm) of ammonia gas 20 sccm, hydrogen chloride gas 20 sccm, and hydrogen carrier gas 160 sccm is applied to the reaction zone 10 (base substrate). 12)). At this time, the temperature of the nitrogen source gas supply nozzle 32 was adjusted to 400 ° C. so that ammonia gas and hydrogen chloride gas did not react. Further, 1500 sccm of nitrogen gas was supplied from a barrier gas nozzle (a nozzle arranged so as to be able to supply barrier gas from between the nitrogen source gas supply nozzle 32 and the group III source gas supply nozzle 24 (not shown)). .

(ベース基板の温度)
上記、窒素源ガス供給ノズル32より合計200sccmの前記複数ガス、バリアガスノズルから1500sccmの窒素ガスを供給しながら、ベース基板12を1450℃に加熱した。
(Base substrate temperature)
The base substrate 12 was heated to 1450 ° C. while supplying the plurality of gases of 200 sccm in total from the nitrogen source gas supply nozzle 32 and 1500 sccm of nitrogen gas from the barrier gas nozzle.

(III族追加ハロゲン系ガスの供給(塩化水素ガスの先行供給))
ベース基板12を1450℃に加熱した後、III族追加ハロゲン系ガス供給ノズル26から塩化水素ガス7sccmを供給し、原料ハロゲン系ガス導入ノズル23から水素窒素混合キャリアガス1793sccmを供給することにより、III族原料ガス供給ノズル24から合計1800sccm(ハロゲン系ガス(塩化水素ガス)7sccm/全量1800sccm)のガスを供給した。反応器11内に供給したガスの合計流量は10000sccmとした。
(Supply of group III additional halogen gas (previous supply of hydrogen chloride gas))
After heating the base substrate 12 to 1450 ° C., hydrogen chloride gas 7 sccm is supplied from the group III additional halogen-based gas supply nozzle 26, and hydrogen nitrogen mixed carrier gas 1793 sccm is supplied from the source halogen-based gas introduction nozzle 23, so that III A total of 1800 sccm (halogen-based gas (hydrogen chloride gas) 7 sccm / total amount 1800 sccm) of gas was supplied from the group source gas supply nozzle 24. The total flow rate of the gas supplied into the reactor 11 was 10000 sccm.

(III族原料ガスの供給による成長開始)
塩化水素ガスの先行供給を開始して25秒後に、原料ハロゲン系ガス導入ノズル23より塩化水素ガスを9sccm導入し、あらかじめ400℃に加熱されている6Nグレードの高純度アルミニウムと反応させ塩化アルミニウムガスを発生させた。同時に水素窒素混合キャリアガスを9sccm減らし、1784sccmとした。塩化アルミニウムガスはIII族原料ガス供給ノズル24からベース基板12上に供給され、結晶成長を開始した。III族原料ガス(塩化アルミニウムガス)が供給されるまでの塩化水素ガス供給量VH0は、VH0=V=27sccmとし、III族原料ガスが供給されてからのハロゲン系ガス(塩化水素ガス)の分率(Hepi)は0.90とした。
(Starting growth by supplying Group III source gas)
25 seconds after the start of hydrogen chloride gas supply, 9 sccm of hydrogen chloride gas is introduced from the source halogen gas introduction nozzle 23 and reacted with 6N grade high-purity aluminum heated to 400 ° C. in advance. Was generated. At the same time, the hydrogen-nitrogen mixed carrier gas was reduced by 9 sccm to 1784 sccm. The aluminum chloride gas was supplied onto the base substrate 12 from the group III source gas supply nozzle 24, and crystal growth was started. The hydrogen chloride gas supply amount V H0 until the group III source gas (aluminum chloride gas) is supplied is V H0 = V H = 27 sccm, and the halogen-based gas (hydrogen chloride gas after the group III source gas is supplied) ) Fraction (H epi ) was 0.90.

(窒化アルミニウム単結晶の成長)
上記条件のガス流量とベース基板温度で窒化アルミニウム単結晶を16時間成長した。窒化アルミニウム単結晶の成長後、塩化アルミニウムガス、アンモニアガス、塩化水素ガスの供給を停止して室温まで冷却した。
(Growth of aluminum nitride single crystal)
An aluminum nitride single crystal was grown for 16 hours at the gas flow rate and base substrate temperature under the above conditions. After the growth of the aluminum nitride single crystal, the supply of aluminum chloride gas, ammonia gas, and hydrogen chloride gas was stopped and cooled to room temperature.

(窒化アルミニウム単結晶の評価)
次に、得られた窒化アルミニウム単結晶の積層基板外周に異常成長した多結晶の窒化アルミニウム粒子を除去するために、1辺が9.8mmの六角形に切断し、成長した窒化アルミニウム単結晶側の表面を機械研磨により平坦化した。さらに、CMP研磨により窒化アルミニウム単結晶面の研磨ダメージ層を除去した。六角形の面積は2.5cmであった。その後、CMP研磨した窒化アルミニウム単結晶全面の(114)面の反射X線トポグラフ像を取得した。
(Evaluation of aluminum nitride single crystal)
Next, in order to remove polycrystalline aluminum nitride particles abnormally grown on the outer periphery of the obtained aluminum nitride single crystal laminated substrate, the side of the grown aluminum nitride single crystal was cut into hexagons each having a length of 9.8 mm. The surface of was flattened by mechanical polishing. Further, the polishing damage layer on the aluminum nitride single crystal surface was removed by CMP polishing. The area of the hexagon was 2.5cm 2. Thereafter, a reflection X-ray topographic image of the (114) plane of the entire surface of the aluminum nitride single crystal subjected to CMP polishing was obtained.

(繰り返し製造)
以上と同条件で、同じ反応器を用いて5回、窒化アルミニウム単結晶を製造し、その評価を行った。得られた窒化アルミニウム単結晶の明点密度の最小値は1.5個/cm、最大値は5.2個/cmであった。明点密度の平均値は2.8個/cmであり、標準偏差は1.4個/cmであり、標準偏差/平均密度は52%であった。結果を表1に示した。
(Repeated production)
Under the same conditions as described above, an aluminum nitride single crystal was produced 5 times using the same reactor and evaluated. The minimum value of the bright spot density of the obtained aluminum nitride single crystal was 1.5 pieces / cm 2 and the maximum value was 5.2 pieces / cm 2 . The average value of the light spot density was 2.8 / cm 2 , the standard deviation was 1.4 / cm 2 , and the standard deviation / average density was 52%. The results are shown in Table 1.

実施例2
実施例1と同じく、図1に記載の装置を使用した。(ベース基板の洗浄)、(窒化アルミニウム単結晶の製造準備)は実施例1と同様の操作を行った。
Example 2
As in Example 1, the apparatus shown in FIG. 1 was used. The same operations as in Example 1 were performed for (cleaning of the base substrate) and (preparation for manufacturing an aluminum nitride single crystal).

(窒素源ガスの供給:V族追加ハロゲン系ガスの追加(塩化水素ガスの先行供給))
窒素源ガス供給ノズル32から、アンモニアガス20sccm、塩化水素ガス120sccm、水素キャリアガス60sccmの合計で200sccm(ハロゲン系ガス(塩化水素ガス)120sccm/全量(複数ガス)200sccm)を反応域10へ供給した。バリアガスノズルから窒素ガス1500sccmを供給した。この際、窒素源ガス供給ノズル32の温度は400℃とし、アンモニアガスと塩化水素ガスとが反応しないように調整した。
(Supply of nitrogen source gas: Addition of group V additional halogen gas (advance supply of hydrogen chloride gas))
A total of 200 sccm (halogen gas (hydrogen chloride gas) 120 sccm / total amount (plural gases) 200 sccm) of ammonia gas 20 sccm, hydrogen chloride gas 120 sccm, and hydrogen carrier gas 60 sccm was supplied to the reaction zone 10 from the nitrogen source gas supply nozzle 32. . Nitrogen gas 1500 sccm was supplied from the barrier gas nozzle. At this time, the temperature of the nitrogen source gas supply nozzle 32 was adjusted to 400 ° C. so that ammonia gas and hydrogen chloride gas did not react.

(ベース基板の温度)
上記、窒素源ガス供給ノズル32より合計200sccmの前記複数ガス、バリアガスノズルから1500sccmの窒素ガスを供給しながら、ベース基板12を1450℃に加熱した。
(Base substrate temperature)
The base substrate 12 was heated to 1450 ° C. while supplying the plurality of gases of 200 sccm in total from the nitrogen source gas supply nozzle 32 and 1500 sccm of nitrogen gas from the barrier gas nozzle.

(III族追加ハロゲン系ガスの供給(塩化水素ガスの先行供給))
ベース基板12を1450℃に加熱した後、III族追加ハロゲン系ガス供給ノズル26から塩化水素ガス27sccmを供給し、原料ハロゲン系ガス導入ノズル23から水素窒素混合キャリアガス1773sccmを供給することにより、III族原料ガス供給ノズル24から合計1800sccm(ハロゲン系ガス(塩化水素ガス)27sccm/全量1800sccm)のガスを供給した。反応器11内に供給したガスの合計流量は10000sccmとした。
(Supply of group III additional halogen gas (previous supply of hydrogen chloride gas))
After heating the base substrate 12 to 1450 ° C., the hydrogen chloride gas 27 sccm is supplied from the group III additional halogen-based gas supply nozzle 26, and the hydrogen-nitrogen mixed carrier gas 1773 sccm is supplied from the raw material halogen-based gas introduction nozzle 23, whereby III A total of 1800 sccm (halogen-based gas (hydrogen chloride gas) 27 sccm / total amount 1800 sccm) of gas was supplied from the group source gas supply nozzle 24. The total flow rate of the gas supplied into the reactor 11 was 10000 sccm.

(III族原料ガスの供給による成長開始)
塩化水素ガスの先行供給を開始して25秒後に、原料ハロゲン系ガス導入ノズル23より塩化水素ガスを9sccm導入し、あらかじめ400℃に加熱されている6Nグレードの高純度アルミニウムと反応させ塩化アルミニウムガスを発生させた。同時に水素窒素混合キャリアガスを9sccm減らし、1764sccmとした。塩化アルミニウムガスはIII族原料ガス供給ノズル24からベース基板12上に供給され、結晶成長を開始した。III族原料ガス(塩化アルミニウムガス)が供給されるまでの塩化水素ガス供給量VH0は、VH0=V=147sccmとし、III族原料ガスが供給されてからのハロゲン系ガス(塩化水素ガス)の分率(Hepi)は0.98とした。
(Starting growth by supplying Group III source gas)
25 seconds after the start of hydrogen chloride gas supply, 9 sccm of hydrogen chloride gas is introduced from the source halogen gas introduction nozzle 23 and reacted with 6N grade high-purity aluminum heated to 400 ° C. in advance. Was generated. At the same time, the hydrogen-nitrogen mixed carrier gas was reduced by 9 sccm to 1764 sccm. The aluminum chloride gas was supplied onto the base substrate 12 from the group III source gas supply nozzle 24, and crystal growth was started. The hydrogen chloride gas supply amount V H0 until the Group III source gas (aluminum chloride gas) is supplied is V H0 = V H = 147 sccm, and the halogen-based gas (hydrogen chloride gas after the Group III source gas is supplied) ) Fraction (H epi ) was 0.98.

(窒化アルミニウム単結晶の成長)、(窒化アルミニウム単結晶の評価)、(繰り返し製造)は、実施例1と同様の操作を行った。得られた5枚の窒化アルミニウム単結晶について、(114)面の反射X線トポグラフ像を取得した結果、明点密度の最小値は0.5個/cm、最大値は2.9個/cmであった。明点密度の平均値は1.8個/cmであり、標準偏差は1.0個/cmであり、標準偏差/平均値は59%であった。結果を表1に示した。 (Growth of aluminum nitride single crystal), (Evaluation of aluminum nitride single crystal), (Repeated production) were performed in the same manner as in Example 1. As a result of obtaining a reflected (114) plane X-ray topographic image of the obtained five aluminum nitride single crystals, the minimum value of the bright spot density was 0.5 / cm 2 and the maximum value was 2.9 / cm 2 . The average value of the light spot density was 1.8 / cm 2 , the standard deviation was 1.0 / cm 2 , and the standard deviation / average was 59%. The results are shown in Table 1.

実施例3
実施例1と同じく、図1に記載の装置を使用した。(ベース基板の洗浄)、(窒化アルミニウム単結晶の製造準備)は実施例1と同様の操作を行った。
Example 3
As in Example 1, the apparatus shown in FIG. 1 was used. The same operations as in Example 1 were performed for (cleaning of the base substrate) and (preparation for manufacturing an aluminum nitride single crystal).

(窒素源ガスの供給:V族追加ハロゲン系ガスの追加なし)
窒素源ガス供給ノズル32から、アンモニアガス31sccm、塩化水素ガスは供給せず(0sccm)、水素キャリアガス169sccmの合計で200sccmの複数ガスを反応域10(ベース基板12上)へ供給した。この際、窒素源ガス供給ノズル32の温度は400℃とした。また、バリアガスノズルから窒素ガス1500sccmを供給した。
(Nitrogen source gas supply: No additional group V halogen gas)
From the nitrogen source gas supply nozzle 32, ammonia gas 31 sccm and hydrogen chloride gas were not supplied (0 sccm), and a total of 200 sccm of hydrogen carrier gas 169 sccm was supplied to the reaction zone 10 (on the base substrate 12). At this time, the temperature of the nitrogen source gas supply nozzle 32 was set to 400 ° C. Further, 1500 sccm of nitrogen gas was supplied from the barrier gas nozzle.

(ベース基板の温度)
上記窒素源ガス供給ノズル32より合計200sccmの前記複数ガス、バリアガスノズルから1500sccmの窒素ガスを供給しながら、ベース基板12を1500℃に加熱した。
(Base substrate temperature)
The base substrate 12 was heated to 1500 ° C. while supplying the plurality of gases of 200 sccm in total from the nitrogen source gas supply nozzle 32 and 1500 sccm of nitrogen gas from the barrier gas nozzle.

(III族追加ハロゲン系ガスの供給(塩化水素ガスの先行供給))
ベース基板12を1500℃に加熱した後、III族追加ハロゲン系ガス供給ノズル26から塩化水素ガス4.2sccmを供給し、原料ハロゲン系ガス導入ノズル23から水素窒素混合キャリアガス1795.8sccmを供給することにより、III族原料ガス供給ノズル24から合計1800sccm(ハロゲン系ガス(塩化水素ガス)4.2sccm/全量1800sccm)のガスを供給した。反応器11内に供給したガスの合計流量は10000sccmとした。
(Supply of group III additional halogen gas (previous supply of hydrogen chloride gas))
After the base substrate 12 is heated to 1500 ° C., a hydrogen chloride gas of 4.2 sccm is supplied from the group III additional halogen-based gas supply nozzle 26, and a hydrogen-nitrogen mixed carrier gas of 1795.8 sccm is supplied from the source halogen-based gas introduction nozzle 23. Thus, a total of 1800 sccm (halogen-based gas (hydrogen chloride gas) 4.2 sccm / total amount 1800 sccm) of gas was supplied from the group III source gas supply nozzle 24. The total flow rate of the gas supplied into the reactor 11 was 10000 sccm.

(III族原料ガスの供給による成長開始)
塩化水素ガスの先行供給を開始して25秒後に、原料ハロゲン系ガス導入ノズル23より塩化水素ガスを16.8sccm導入し、あらかじめ400℃に加熱されている6Nグレードの高純度アルミニウムと反応させ塩化アルミニウムガスを発生させた。同時に水素窒素混合キャリアガスを16.8sccm減らし、1779sccmとした。塩化アルミニウムガスはIII族原料ガス供給ノズル24からベース基板12上に供給され、結晶成長を開始した。III族原料ガス(塩化アルミニウムガス)が供給されるまでの塩化水素ガス供給量VH0は、VH0=V=4.2sccmとし、III族原料ガスが供給されてからのハロゲン系ガス(塩化水素ガス)の分率(Hepi)は0.43とした。
(Starting growth by supplying Group III source gas)
25 seconds after the start of hydrogen chloride gas supply, 16.8 sccm of hydrogen chloride gas is introduced from the source halogen-based gas introduction nozzle 23 and reacted with 6N grade high-purity aluminum heated to 400 ° C. in advance. Aluminum gas was generated. At the same time, the hydrogen-nitrogen mixed carrier gas was reduced by 16.8 sccm to 1779 sccm. The aluminum chloride gas was supplied onto the base substrate 12 from the group III source gas supply nozzle 24, and crystal growth was started. The hydrogen chloride gas supply amount V H0 until the Group III source gas (aluminum chloride gas) is supplied is V H0 = V H = 4.2 sccm, and the halogen-based gas (chlorine chloride) after the Group III source gas is supplied. Hydrogen gas) fraction (H epi ) was 0.43.

(窒化アルミニウム単結晶の成長)
上記条件のガス流量とベース基板温度で窒化アルミニウム単結晶を11時間成長した。窒化アルミニウム単結晶の成長後、塩化アルミニウムガス、アンモニアガス、塩化水素ガスの供給を停止して室温まで冷却した。
(Growth of aluminum nitride single crystal)
An aluminum nitride single crystal was grown for 11 hours at the gas flow rate and base substrate temperature under the above conditions. After the growth of the aluminum nitride single crystal, the supply of aluminum chloride gas, ammonia gas, and hydrogen chloride gas was stopped and cooled to room temperature.

(窒化アルミニウム単結晶の評価)、(繰り返し製造)は、実施例1と同様の操作を行った。得られた5枚の窒化アルミニウム単結晶について、(114)面の反射X線トポグラフ像を取得した結果、明点密度の最小値は3.6個/cm、最大値は26.0個/cmであった。明点密度の平均値は17.1個/cmであり、標準偏差は8.3個/cmであり、標準偏差/平均値は48%であった。結果を表1に示した。 (Evaluation of aluminum nitride single crystal) and (repeated production) were carried out in the same manner as in Example 1. As a result of obtaining a reflection (114) plane X-ray topographic image of the obtained five aluminum nitride single crystals, the minimum value of the bright spot density was 3.6 / cm 2 , and the maximum value was 26.0 / cm 2 . The average value of the light spot density was 17.1 / cm 2 , the standard deviation was 8.3 / cm 2 , and the standard deviation / average was 48%. The results are shown in Table 1.

比較例1
実施例1と同じく、図1に記載の装置を使用した。(ベース基板の洗浄)、(窒化アルミニウム単結晶の製造準備)は実施例1と同様の操作を行った。
Comparative Example 1
As in Example 1, the apparatus shown in FIG. 1 was used. The same operations as in Example 1 were performed for (cleaning of the base substrate) and (preparation for manufacturing an aluminum nitride single crystal).

(窒素源ガスの供給:V族追加ハロゲン系ガスの追加なし)
窒素源ガス供給ノズル32から、アンモニアガス20sccm、塩化水素ガスは供給せず(0sccm)、水素キャリアガス180sccmの合計で200sccmの複数ガスを反応域10(ベース基板12上)へ供給した。この際、窒素源ガス供給ノズル32の温度は400℃とした。また、バリアガスノズルから窒素ガス1500sccmを供給した。
(Nitrogen source gas supply: No additional group V halogen gas)
From the nitrogen source gas supply nozzle 32, ammonia gas 20 sccm and hydrogen chloride gas were not supplied (0 sccm), and a total of 200 sccm of hydrogen carrier gas 180 sccm was supplied to the reaction zone 10 (on the base substrate 12). At this time, the temperature of the nitrogen source gas supply nozzle 32 was set to 400 ° C. Further, 1500 sccm of nitrogen gas was supplied from the barrier gas nozzle.

(ベース基板の温度)は実施例1と同様の操作を行った。そして、実施例1の(III族追加ハロゲン系ガスの供給(塩化水素ガスの先行供給))は実施せず、以下の(III族原料ガスの供給による成長開始)を行った。   (Base substrate temperature) was the same as in Example 1. Then, the (Group III additional halogen-based gas supply (preceding supply of hydrogen chloride gas)) of Example 1 was not performed, and the following (Start of growth by supplying Group III source gas) was performed.

(III族原料ガスの供給による成長開始)
ベース基板12を1450℃に加熱した後、窒素源ガス供給ノズル32から、塩化水素ガス20sccm供給し、水素キャリアガスを160sccmへ減らした。アンモニアガス20sccmは変更せず、合計で200sccm(ハロゲン系ガス(塩化水素ガス)20sccm/全量200sccm)の複数ガスを反応域10(ベース基板12上)へ供給した。この際、窒素源ガス供給ノズル32の温度は400℃とした。また、バリアガスノズルから窒素ガス1500sccmを供給した。同時に、III族追加ハロゲン系ガス供給ノズル26から塩化水素ガス7sccmを供給し、同時に、原料ハロゲン系ガス導入ノズル23より、塩化水素ガスを9sccm、水素窒素混合キャリアガス1784sccmを供給し、あらかじめ400℃に加熱されている6Nグレードの高純度アルミニウムと反応させ塩化アルミニウムガスを発生させた。その結果、III族原料ガス供給ノズル24から合計1800sccm(ハロゲン系ガス(塩化水素ガス)7sccm/全量1800sccm)のガスを供給し、成長を開始した。塩化水素の先行供給は行わなかった(VH0=0sccmとした)。V=27sccmであり、Hepi は0.90とした。反応器11内に供給したガスの合計流量は10000sccmとした。比較例1は、実施例1の条件で塩化水素ガスの先行供給を行わなかった条件である。
(Growth started by supplying Group III source gas)
After heating the base substrate 12 to 1450 ° C., 20 sccm of hydrogen chloride gas was supplied from the nitrogen source gas supply nozzle 32 and the hydrogen carrier gas was reduced to 160 sccm. A total of 200 sccm (halogen-based gas (hydrogen chloride gas) 20 sccm / total amount 200 sccm) was supplied to the reaction zone 10 (on the base substrate 12) without changing the ammonia gas 20 sccm. At this time, the temperature of the nitrogen source gas supply nozzle 32 was set to 400 ° C. Further, 1500 sccm of nitrogen gas was supplied from the barrier gas nozzle. At the same time, 7 sccm of hydrogen chloride gas is supplied from the group III additional halogen-based gas supply nozzle 26, and simultaneously, 9 sccm of hydrogen chloride gas and 1784 sccm of hydrogen-nitrogen mixed carrier gas are supplied from the source halogen-based gas introduction nozzle 23, and 400 ° C. in advance. The aluminum chloride gas was generated by reacting with 6N grade high-purity aluminum that had been heated to a high temperature. As a result, a total of 1800 sccm (halogen-based gas (hydrogen chloride gas) 7 sccm / total amount 1800 sccm) of gas was supplied from the group III source gas supply nozzle 24 to start growth. There was no prior supply of hydrogen chloride (V H0 = 0 sccm). V H = 27 sccm and H epi was 0.90. The total flow rate of the gas supplied into the reactor 11 was 10000 sccm. Comparative Example 1 is a condition in which the preceding supply of hydrogen chloride gas was not performed under the conditions of Example 1.

(窒化アルミニウム単結晶の成長)、(窒化アルミニウム単結晶の評価)、(繰り返し製造)は、実施例1と同様の操作を行った。得られた5枚の窒化アルミニウム単結晶について、(114)面の反射X線トポグラフ像を取得した結果、明点密度の最小値は3.6個/cm、最大値は28.5個/cmであった。明点密度の平均値は9.9個/cmであり、標準偏差は10.5個/cmであり、標準偏差/平均値は106%であった。結果を表1に示した。 (Growth of aluminum nitride single crystal), (Evaluation of aluminum nitride single crystal), (Repeated production) were performed in the same manner as in Example 1. As a result of obtaining a reflection (114) plane X-ray topographic image of the obtained five aluminum nitride single crystals, the minimum value of the bright spot density was 3.6 / cm 2 , and the maximum value was 28.5 / cm 2 . The average value of the light spot density was 9.9 / cm 2 , the standard deviation was 10.5 / cm 2 , and the standard deviation / average value was 106%. The results are shown in Table 1.

比較例2
実施例1と同じく、図1に記載の装置を使用した。(ベース基板の洗浄)、(窒化アルミニウム単結晶の製造準備)、(窒素源ガスの供給:V族追加ハロゲン系ガスの追加なし)、(ベース基板の温度)は実施例3と同様の操作を行った。そして、実施例3の(III族追加ハロゲン系ガスの供給(塩化水素ガスの先行供給))は実施せず、以下の(III族原料ガスの供給による成長開始)を行った。
Comparative Example 2
As in Example 1, the apparatus shown in FIG. 1 was used. (Base substrate cleaning), (Preparation of aluminum nitride single crystal production), (Nitrogen source gas supply: V group additional halogen-based gas not added), (Base substrate temperature) are the same as in Example 3. went. Then, the (Group III additional halogen-based gas supply (preceding supply of hydrogen chloride gas)) of Example 3 was not performed, and the following (Start of growth by supplying Group III source gas) was performed.

(III族原料ガスの供給による成長開始)
ベース基板12を1500℃に加熱した後、III族追加ハロゲン系ガス供給ノズル26から塩化水素ガス4.2sccmを供給し、同時に、原料ハロゲン系ガス導入ノズル23より、塩化水素ガスを16.8sccm、水素窒素混合キャリアガス1779sccmを供給し、あらかじめ400℃に加熱されている6Nグレードの高純度アルミニウムと反応させ塩化アルミニウムガスを発生させた。その結果、III族原料ガス供給ノズル24から合計1800sccm(ハロゲン系ガス(塩化水素ガス)4.2sccm/全量1800sccm)のガスを供給し、成長を開始した。塩化水素の先行供給は行わなかった(VH0=0sccmとした)。V=4.2sccmであり、Hepi は0.43とした。反応器11内に供給したガスの合計流量は10000sccmとした。比較例2は、実施例3の条件で塩化水素ガスの先行供給を行わなかった条件である。
(Growth started by supplying Group III source gas)
After heating the base substrate 12 to 1500 ° C., 4.2 sccm of hydrogen chloride gas is supplied from the group III additional halogen-based gas supply nozzle 26, and at the same time, 16.8 sccm of hydrogen chloride gas is supplied from the source halogen-based gas introduction nozzle 23. A hydrogen / nitrogen mixed carrier gas of 1779 sccm was supplied and reacted with 6N grade high-purity aluminum heated to 400 ° C. in advance to generate aluminum chloride gas. As a result, a total of 1800 sccm (halogen-based gas (hydrogen chloride gas) 4.2 sccm / total amount 1800 sccm) of gas was supplied from the group III source gas supply nozzle 24 to start growth. There was no prior supply of hydrogen chloride (V H0 = 0 sccm). V H = 4.2 sccm and H epi was 0.43. The total flow rate of the gas supplied into the reactor 11 was 10000 sccm. Comparative Example 2 is a condition in which the preceding supply of hydrogen chloride gas was not performed under the conditions of Example 3.

(窒化アルミニウム単結晶の成長)、(窒化アルミニウム単結晶の評価)、(繰り返し製造)は、実施例3と同様の操作を行った。得られた5枚の窒化アルミニウム単結晶について、(114)面の反射X線トポグラフ像を取得した結果、明点密度の最小値は6.0個/cm、最大値は45.2個/cmであった。明点密度の平均値は22.8個/cmであり、標準偏差は15.0個/cmであり、標準偏差/平均値は66%であった。結果を表1に示した。 (Growth of aluminum nitride single crystal), (Evaluation of aluminum nitride single crystal), and (Repeated production) were performed in the same manner as in Example 3. As a result of obtaining a reflection (114) plane X-ray topographic image of the obtained five aluminum nitride single crystals, the minimum value of the bright spot density was 6.0 / cm 2 , and the maximum value was 45.2 / cm 2 . The average value of the light spot density was 22.8 pieces / cm 2 , the standard deviation was 15.0 pieces / cm 2 , and the standard deviation / average value was 66%. The results are shown in Table 1.

以上の実施例、比較例の結果を表1にまとめた。本発明の方法によれば、明点密度の平均値、標準偏差、標準偏差/平均値の小さい、高品質なIII族窒化物単結晶を繰り返し製造できる。   The results of the above examples and comparative examples are summarized in Table 1. According to the method of the present invention, a high-quality group III nitride single crystal having a small average value of light spot density, standard deviation, and standard deviation / average value can be repeatedly produced.

Figure 2016216342
Figure 2016216342

10 反応域
11 反応器
12 ベース基板
13 支持台(サセプタ)
14 押し出しガス導入口
15 排気口
16 原料部外部加熱装置
17 成長部外部加熱装置
20 原料部反応域
21 原料部反応器
22 III族金属原料
23 原料ハロゲン系ガス導入ノズル
24 III族原料ガス供給ノズル
25 III族原料ガス吹き出し口
26 III族追加ハロゲン系ガス供給ノズル
27 III族追加ハロゲン系ガス合流部
31 窒素源ガス導入口
32 窒素源ガス供給ノズル
33 窒素源ガス吹き出し口
34 V族追加ハロゲン系ガス供給ノズル
35 V族追加ハロゲン系ガス合流部
36 反応域内先行供給ガス計算範囲
100 III族窒化物単結晶製造装置
10 reaction zone 11 reactor 12 base substrate 13 support (susceptor)
14 Extrusion gas introduction port 15 Exhaust port 16 Raw material part external heating device 17 Growth part external heating device 20 Raw material part reaction zone 21 Raw material part reactor 22 Group III metal raw material 23 Raw material halogen-based gas introduction nozzle 24 Group III raw material gas supply nozzle 25 Group III source gas outlet 26 Group III additional halogen-based gas supply nozzle 27 Group III additional halogen-based gas junction 31 Nitrogen source gas inlet 32 Nitrogen source gas supply nozzle 33 Nitrogen source gas outlet 34 Group V additional halogen-based gas supply Nozzle 35 Group V additional halogen-based gas merging section 36 Pre-supply gas calculation range in reaction zone 100 Group III nitride single crystal production apparatus

Claims (6)

ベース基板を備えた反応器内において、該ベース基板上にIII族原料ガスと窒素源ガスとを供給して反応させることにより、該ベース基板上にIII族窒化物単結晶を製造する方法であって、
該III族原料ガスを供給する前に、ハロゲン化水素ガス、及びハロゲンガスから選ばれる少なくとも1種のハロゲン系ガスを該ベース基板上に供給することを特徴とするIII族窒化物単結晶の製造方法。
This is a method for producing a group III nitride single crystal on a base substrate by supplying a group III source gas and a nitrogen source gas to the base substrate and reacting them in a reactor equipped with the base substrate. And
Before supplying the group III source gas, a hydrogen halide gas and at least one halogen-based gas selected from a halogen gas are supplied onto the base substrate. Method.
前記窒素源ガスをベース基板上に供給した後、前記ハロゲン系ガスをベース基板上に供給し、次いで、III族原料ガスをベース基板上に供給することを特徴とする請求項1に記載のIII族窒化物単結晶の製造方法。   3. The III of claim 1, wherein after supplying the nitrogen source gas onto the base substrate, the halogen-based gas is supplied onto the base substrate, and then a group III source gas is supplied onto the base substrate. A method for producing a group nitride single crystal. 前記ハロゲン系ガスを連続して供給し、かつ、
前記III族原料ガスを供給する際、ハロゲン系ガスの標準状態における供給量をV(sccm)とし、III族原料ガスの標準状態における供給量をVIII(sccm)としたとき、下記式(1)を満足するように、ハロゲン系ガス、及びIII族原料ガスを供給することを特徴とする請求項1又は2に記載のIII族窒化物単結晶の製造方法。
0.5 ≦ VH / (VH + VIII)< 1.0 (1)
Continuously supplying the halogen-based gas; and
When the group III source gas is supplied, when the supply amount of the halogen-based gas in the standard state is V H (sccm) and the supply amount of the group III source gas in the standard state is V III (sccm), the following formula ( The method for producing a group III nitride single crystal according to claim 1 or 2, wherein a halogen-based gas and a group III source gas are supplied so as to satisfy 1).
0.5 ≦ V H / (V H + V III ) <1.0 (1)
III族原料ガスが三塩化アルミニウムガスを含むガスであり、窒素源ガスがアンモニアガスであることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のIII族窒化物単結晶の製造方法。   The method for producing a group III nitride single crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein the group III source gas is a gas containing aluminum trichloride gas and the nitrogen source gas is ammonia gas. 前記III族窒化物単結晶が窒化アルミニウム単結晶であることを特徴とする請求項4に記載のIII族窒化物単結晶の製造方法。   The method for producing a group III nitride single crystal according to claim 4, wherein the group III nitride single crystal is an aluminum nitride single crystal. 同じ反応器を使用して、請求項1〜5の何れかに記載の方法を繰り返して行うことにより、複数のIII族窒化物単結晶を製造する方法。   A method for producing a plurality of group III nitride single crystals by repeatedly performing the method according to claim 1 using the same reactor.
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