JP4331906B2 - Method for producing group III nitride film - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、III族窒化物膜の製造方法及びエピタキシャル基板の製造方法に関し、詳しくは半導体発光素子、半導体受光素子、及び電子デバイスなどの半導体素子を構成するIII族窒化物膜を作製する際に好適に用いることのできる、III族窒化物膜の製造方法及びエピタキシャル基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
III族窒化物膜は、発光ダイオードの半導体発光素子及び半導体受光素子などを構成する半導体膜として用いられており、近年においては、高周波特性に優れ、低消費電力型で高出力の電子デバイスなどを構成する半導体膜としても注目を浴びている。
【０００３】
このようなIII族窒化物膜を形成する基板として、所定の基材上にエピタキシャル成長により形成した下地膜を具える、いわゆるエピタキシャル成長基板がある。そして、上記エピタキシャル成長基板を反応管内に設けられたサセプタ上に設置した後、前記サセプタ内外の加熱機構によって所定の温度に加熱する。次いで、III族金属供給原料及び窒素供給原料、並びに必要に応じて他の元素の供給原料をキャリアガスとともに前記反応管内に導入するとともに、前記エピタキシャル成長基板上に供給し、ＭＯＣＶＤ法などにしたがってIII族窒化物膜を形成する。
【０００４】
【発明解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようにしてIII族窒化物膜を形成し、目的とする半導体素子を作製した場合には、各III族窒化物膜中に比較的多量の欠陥が発生する割合が増大する。この結果、半導体素子を多量に生産する場合において、十分な歩留まりを得ることができず、半導体素子の生産コストを増大させてしまう原因となっていた。
【０００５】
本発明は、III族窒化物膜中における欠陥の発生割合を減少させることが可能な、新規なIII族窒化物膜の製造方法、及びこれに用いることのできるエピタキシャル基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の単結晶材料からなる基材上に、少なくともＡｌを含有し、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下のIII族窒化物下地膜を形成する工程と、
前記下地膜を含む前記基材を大気中に取り出す工程と、
前記III族窒化物下地膜の主面を還元性の窒素を含む雰囲気中で、５００〜１２００℃の温度範囲で熱処理し、前記III族窒化物下地膜の表面欠陥を除去する工程と、
前記熱処理と連続して、前記III族窒化物下地膜の前記主面上において、III族窒化物膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、III族窒化物膜の製造方法（第１のIII族窒化物膜の製造方法）に関する。
【０００７】
また、本発明は、
所定の単結晶材料からなる基材上に、少なくともＡｌを含有し、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下のIII族窒化物下地膜を形成する工程と、
前記下地膜を含む前記基材を大気中に取り出す工程と、
前記III族窒化物下地膜の主面を還元性の窒素を含む雰囲気中で、５００〜１２００℃の温度範囲で熱処理し、前記III族窒化物下地膜の表面欠陥を除去する工程と、
を含むことを特徴とする、エピタキシャル成長基板の製造方法（第１のエピタキシャル成長基板の製造方法）に関する。
【０００８】
本発明者らは、前述したようなIII族窒化物膜中における欠陥の発生原因について鋭意検討を行なった。そして、前記III族窒化物膜の成膜条件や成膜環境についても種々検討した。その結果、前記III族窒化物膜の欠陥の発生有無には、使用するエピタキシャル成長基板の状態、特にその表面状態が強く影響していることが判明した。
【０００９】
すなわち、エピタキシャル成長基板の表面は、それが置かれる環境雰囲気に影響を受け、種々のパーティクルが付着したり、傷やピットなどが発生したりする。さらには、前記環境雰囲気中における種々の反応性ガスの影響を受けて、表面変質層が形成されたりする。したがって、このような状態のエピタキシャル成長基板上にIII族窒化物膜を形成すると、前述したパーティクル及びピットなどの表面欠陥が前記III族窒化物膜のエピタキシャル成長に影響し、前記III族窒化物膜中には、前記表面欠陥に起因した多量の欠陥及び転位が形成されるようになることを見出した。
【００１０】
そこで、本発明者らは、前述したようなエピタキシャル成長基板の表面欠陥を取り除くべく、目的とするIII族窒化物膜を形成する以前に、前記エピタキシャル成長基板の、前記III族窒化物膜が形成されるべき下地膜主面に対して前処理を行ない、前述したような表面欠陥を取り除くことを想到した。
【００１１】
一方、本発明者らは、エピタキシャル成長基板を構成する下地膜を、Ａｌ含有するととともに、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下の窒化物から構成し、このようなエピタキシャル成長基板上に種々の窒化物膜を形成して所定の半導体素子を作製した場合、その特性、例えば発光効率が向上することを見出した。したがって、このようなＡｌ含有窒化物からなる下地膜に対して適切な前処理方法を見出すべくさらなる検討を実施し、本発明をするに至ったものである。なお、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅は、Ａｌ含有窒化物膜の（０００２）面における値である。
【００１２】
このように、本発明の第１のIII族窒化物膜の製造方法及び第１のエピタキシャル成長基板の製造方法によれば、エピタキシャル成長基板の下地膜主面は、前述したパーティクルなどの表面欠陥が取り除かれて清浄されているので、目的とするIII族窒化物膜を前記エピタキシャル成長基板上に成長させた場合において、前記III族窒化物膜中の、前記表面欠陥に起因した欠陥の発生は著しく低減される。また、還元性の窒素を含む雰囲気中で熱処理を行なうため、この熱処理中においてピットなどの表面欠陥が発生することがない。さらには、前記下地膜主面に形成された表面酸化膜を除去することもできる。
【００１３】
したがって、前記エピタキシャル成長基板上に、１以上のIII族窒化物膜を形成して所定の半導体素子を作製した場合において、その製造歩留まりを飛躍的に向上させることができる。
【００１４】
また、本発明は、
所定の単結晶材料からなる基材上に、少なくともＡｌを含有し、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下のIII族窒化物下地膜を形成する工程と、
前記下地膜を含む前記基材を大気中に取り出す工程と、
前記III族窒化物下地膜の主面を還元性の窒素を含む雰囲気中で、５００〜１２００℃の温度範囲で熱処理し、前記III族窒化物下地膜の表面欠陥を除去する工程と、
上記熱処理と連続して、前記III族窒化物下地膜の前記主面上において、前記下地層より格子定数の大きいIII族窒化物からなる島状結晶部を形成する工程と、
前記III族窒化物下地膜の前記主面上において、所定のIII族窒化物膜を、前記島状結晶部を核としてエピタキシャル成長させて形成する工程と、
を含むことを特徴とする、III族窒化物膜の製造方法（第２のIII族窒化物膜の製造方法）に関する。
【００１５】
さらに、本発明は、
所定の単結晶材料からなる基材上に、少なくともＡｌを含有し、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下のIII族窒化物下地膜を形成する工程と、
前記下地膜を含む前記基材を大気中に取り出す工程と、
前記III族窒化物下地膜の主面を還元性の窒素を含む雰囲気中で、５００〜１２００℃の温度範囲で熱処理し、前記III族窒化物下地膜の表面欠陥を除去する工程と、
上記熱処理と連続して、前記III族窒化物下地膜の前記主面上において、前記下地層より格子定数の大きいIII族窒化物からなる島状結晶部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、エピタキシャル成長基板の製造方法（第２のエピタキシャル成長基板の製造方法）に関する。
【００１６】
本発明者らは、さらなる研究の過程において、目的とするIII族窒化物膜を作製するに際し、エピタキシャル成長基板の下地膜上に直接的にIII族窒化物を形成する場合と比較して、前記下地膜上に所定の窒化物からなる島状結晶部を形成し、この島状結晶部を核として前記III族窒化物膜をエピタキシャル成長させることにより、前記III族窒化物膜の転位密度などの結晶品質が向上することを見出した。
【００１７】
この場合においても、エピタキシャル成長基板の下地膜主面上に表面欠陥などが存在すると、前記下地膜主面上に島状結晶部を形成した場合、その内部に比較的多量の欠陥が生じてしまう場合があった。さらには、前記島状結晶部自体を形成することが困難になる場合があった。
【００１８】
そこで、上述した本発明の第２のIII族窒化物膜の製造方法及び第２のエピタキシャル成長基板の製造方法に従って、エピタキシャル成長基板を構成する下地膜主面に対して前述したような熱処理を施すことにより、上述した島状結晶部作製時の問題点を除去することができ、欠陥のない結晶品質に優れたIII族窒化物膜を得ることができることを見出したものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に即して詳細に説明する。最初に、本発明の第１のIII族窒化物膜の製造方法及び第１のエピタキシャル成長基板の製造方法について説明する。
【００２０】
図１及び図２は、本発明の第１のIII族窒化物膜の製造方法及び第１のエピタキシャル成長基板の製造方法を説明するための図である。
【００２１】
最初に、図１に示すように、所定の単結晶材料からなる基材１を準備し、この基材１上において、少なくともＡｌを含有し、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下のIII族窒化物下地膜２を形成する。下地膜２は、ＭＯＣＶＤ法及びＨＶＰＥ法などを用いて形成することができる。ＭＯＣＶＤ法による場合、下地膜２の形成温度は１１００℃以上、さらには１１５０℃以上であることが好ましい。これによって、下地膜２自体の結晶性を高めることができ、後に形成すべきIII族窒化物膜の結晶性をも向上させることができる。
【００２２】
また、下地膜２の形成温度の上限は１２５０℃であることが好ましい。これによって、下地膜２の構成成分の熱拡散などを抑制して、下地膜２の主面の荒れなどを効果的に抑制することができる。その結果、後に形成すべきIII族窒化物膜中の、前記主面の荒れに起因した欠陥などの発生を効果的に抑制することができる。なお、上記「形成温度」は、下地膜２を形成する際の、基材１の設定温度である。
【００２３】
下地膜２をＭＯＣＶＤ法により上記温度範囲内で形成する場合、その厚さは０．５μｍ以上であることが好ましく、さらには１μｍ〜３μｍであることが好ましい。これによってクラックの発生や剥離を抑制した状態において、下地膜２の結晶性をより効果的に高めることができる。
【００２４】
次いで、下地膜２を含む基材１を所定の容器内に入れ、この容器内に設けられたサセプタ上に設置した後、所定温度にまで加熱する。その後、前記容器内にアンモニア（ＮＨ３）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、及びメチルヒドラジン（Ｎ２Ｈ３ＣＨ３）ガスなどの熱処理ガスを導入する。これらのガスは、加熱された下地膜２の主面２Ａに接触すると、熱分解して還元性の窒素ガスを生成する。この還元性の窒素ガスは極めて反応性に富むため、加熱された下地膜２の主面２Ａと還元反応を生ぜしめて、主面２Ａ上に存在する表面欠陥を除去する。この結果、目的とするエピタキシャル成長基板５を得る。
【００２５】
なお、前記加熱温度は５００〜１２００℃とし、さらには９００〜１２００℃であることが好ましい。これによって、上述したような熱処理をより効果的に実施することができ、下地膜２の主面２Ａにおける表面欠陥を効率よく除去することができる。上記加熱温度は下地膜２を含む基材１に対する設定温度である。
【００２６】
また、上述したＮＨ３ガスなどの熱処理ガスを前記容器内に導入した後に、前記容器の壁面と前記サセプタとの間に所定の電圧を印加する、又はＥＣＲプラズマなどを導入することによって、前記熱処理ガスをプラズマ化することもできる。
【００２７】
次いで、図２に示すように、エピタキシャル成長基板５の、表面欠陥の除去された下地膜２の主面２Ａ上において目的とするIII族窒化物膜３を形成する。下地膜２の主面２Ａ上における表面欠陥は上述した熱処理によって大部分が除去されているため、III族窒化物膜３中にはほとんど欠陥が発生せず、その製造歩留まりを大きく向上させることができる。なお、III族窒化物膜３は、上述したようなＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法又はＭＢＥ法などによって作製することができる。
【００２８】
また、上述した熱処理とIII族窒化物膜３の作製とは、例えば、III族窒化物膜３を作製する際に用いるＭＯＣＶＤ装置を用いて連続的に行なうこともできるし、別個の装置を用いて行なうこともできる。
【００２９】
なお、基材１を構成する単結晶材料としては、サファイア単結晶、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＡｌ２Ｏ４単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶などのIV族あるいはIV−IV族単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶、及びＡｌＧａＮ単結晶などのIII−Ｖ族単結晶、ＺｒＢ２などのホウ化物単結晶などを例示することができる。
【００３０】
また、III族窒化物下地層２は、Ａｌの他に、Ｇａ及びＩｎの少なくとも一つを含むことができる。さらに、必要に応じてＧｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐ、及びＢなどの添加元素を含有することもできる。さらに、意識的に添加した元素に限らず、成膜条件などに依存して必然的に取り込まれる微量元素、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含むこともできる。
【００３１】
さらに、III族窒化物膜３は、目的に応じて任意の組成に設定する。
【００３２】
次に、本発明の第２のIII族窒化物膜の製造方法及び第２のエピタキシャル成長基板の製造方法について説明する。図３〜図６は、本発明の第２のIII族窒化物膜の製造方法及び第２のエピタキシャル成長基板の製造方法を説明するための図である。
【００３３】
最初に、図３に示すように、所定の単結晶材料からなる基材１１を準備し、この基材１１上において、少なくともＡｌを含有し、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下のIII族窒化物下地膜１２を形成する。下地膜１２はＭＯＣＶＤ法又はＨＶＰＥ法などによって作製することができる。なお、ＭＯＣＶＤ法を用いる場合の好ましい作製条件、及びそのときの好ましい厚さについては、前述した第１のIII族窒化物膜の製造方法及び第１のエピタキシャル成長基板の製造方法と同様である。
【００３４】
次いで、下地膜１２を含む基材１１を所定の容器内に入れ、この容器内に設けられたサセプタ上に設置した後、所定温度にまで加熱する。次いで、ＮＨ３ガスなどの熱処理ガスを前記容器内へ導入して、前述した第１のIII族窒化物膜の製造方法及び第１のエピタキシャル成長基板の製造方法と同様にして、下地膜１２の主面１２に対して熱処理を行ない、表面欠陥を除去する。なお、この熱処理における加熱温度は、前述したように５００〜１２００℃とし、さらには９００〜１２００℃であることが好ましい。
【００３５】
また、このような熱処理に加えて、前述の第１のIII族窒化物膜の製造方法及び第１のエピタキシャル成長基板の製造方法で述べたようなプラズマ処理を施すこともできる。
【００３６】
次いで、図４に示すように、下地膜１２の主面１２Ａ上において、所定のIII族窒化物からなる島状結晶部１４を形成する。下地膜１２はＡｌを必須成分として含有するので、その格子定数はＡｌを必須成分として含まない島状結晶部１４よりも小さくなっている。この結果、島状結晶部を構成する前記III族窒化物を下地膜１２上に堆積させて所定の膜を形成しようとすると、この膜には下地膜１２より圧縮応力が加わり、ＳＫモードに従って成長するようになる。結果として、一様な膜が形成されずに、互いに分離独立して存在する島状結晶部１４が形成される。
【００３７】
なお、基材１１、表面欠陥が除去された主面１２Ａを有する下地膜１２、及び島状結晶部１４はエピタキシャル成長基板１５を構成する。
【００３８】
次いで、図５に示すように、エピタキシャル成長基板１５の、表面欠陥の除去された下地膜１２の主面１２Ａ上において、III族窒化物１３Ａを島状結晶部１４を核としてエピタキシャル成長させ、図６に示すように、目的とするIII族窒化物膜１３を得る。
【００３９】
下地膜１２の主面１２Ａ上における表面欠陥は上述した熱処理、さらにはプラズマ処理によって大部分が除去されているため、島状結晶部１４中にはほとんど欠陥が発生しなくなる。その結果、島状結晶部１４を核として成長させたIII族窒化物膜１３中にもほとんど欠陥が存在しなくなり、その製造歩留まりを大きく向上させることができる。また、III族窒化物膜１３は、島状結晶部１４を核としてエピタキシャル成長させたことに起因して転位密度が低減され、結晶品質が向上する。
【００４０】
III族窒化物膜１３は、前述したようにＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法又はＭＢＥ法などによって作製することができる。
【００４１】
また、上述した熱処理と島状結晶部１４の作製、さらにIII族窒化物膜１３の作製とは、例えば、島状結晶部１４及びIII族窒化物膜１３を作製する際に用いるＭＯＣＶＤ装置を用いて連続的に行なうこともできるし、別個の装置を用いて行なうこともできる。
【００４２】
なお、基材１１を構成する単結晶材料は、上述した基材１を構成する単結晶材料と同じものを用いることができる。また、下地膜１２は、上述した下地膜２と同様のＡｌ含有かつＸ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下のIII族窒化物から構成することができる。さらに、島状結晶部１４及びIII族窒化物膜１３は、目的に応じて任意の組成のIII族窒化物から構成することができる。
【００４３】
【実施例】
（実施例１）
Ｃ面サファイア単結晶からなる基材を反応管内に設置されたサセプタ上に載置し、固定した。次いで、基材を１２００℃に加熱し、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス及びアンモニア（ＮＨ３）ガスを水素キャリアガスとともに圧力が２０Ｔｏｒｒとなるようにして設定前記反応管内に導入するとともに、前記基材上に供給して、下地膜としてのＡｌＮ膜を厚さ１．０μｍに形成した。その後、前記ＡｌＮ膜を含む前記基材を前記反応管より取り出した。前記ＡｌＮ膜のＸ線ロッキングカーブにおける半値幅は６０秒であって極めて結晶性に優れることが判明した。また、前記ＡｌＮ膜の表面粗さＲａは２Åであって極めて表面平坦性に優れることが判明した。
【００４４】
次いで、再度ＡｌＮ下地膜を含む前記基材を前記反応管内に設置し、ＮＨ３ガス、水素キャリアガス、及び窒素キャリアガスを導入するとともに、前記基材を１０５０℃に設定し、圧力を大気圧とした後５分間保持して、前記ＡｌＮ下地膜主面の表面欠陥を除去し、エピタキシャル成長基板を得た。
【００４５】
次いで、ＴＭＡガス、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス、及びＮＨ３ガスを、ＴＭＡ、ＴＭＧ、及びＮＨ３のモル比が１：９：１５０００となるように前記エピタキシャル成長基板の、前記ＡｌＮ下地膜の主面上に供給し、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ膜を厚さ３μｍに形成した。
【００４６】
同様の工程を１０回行ない、各工程毎に得られたＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ膜の１μｍ以上のピットの密度からその欠陥性を評価した。その結果、１μｍ以上のピット密度は、全サンプル平均１個／ｍｍ２であった。なお、合格規準にあるＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ膜における転位密度は約１×１０８／ｃｍ２であった。
【００４７】
（実施例２）
Ｃ面サファイア単結晶からなる基材を用い、実施例１同様にしてＡｌＮ下地膜を厚さ１μｍに形成するとともに、このＡｌＮ下地膜に対して熱処理を行ない、前記ＡｌＮ下地膜の主面の表面欠陥を除去した。
【００４８】
次いで、ＡｌＮ下地膜を含む前記基材を１０５０℃に設定し、ＴＭＧガス及びＮＨ３ガスを、ＴＭＧ及びＮＨ３ガスのモル比が１：１５００となるよように前記ＡｌＮ下地膜の前記主面上に供給して、ＧａＮなる組成の島状結晶部を形成し、エピタキシャル成長基板を得た。なお、島状結晶部の上面の面積は５μｍ２であった。
【００４９】
次いで、エピタキシャル成長基板を１０５０℃に設定し、ＴＭＧガス及びＮＨ３ガスを、ＴＭＧ及びＮＨ３ガスのモル比が１：１５００となるよように、前記エピタキシャル成長基板の、前記ＡｌＮ下地膜の前記主面上に供給して、ＧａＮ膜を厚さ３μｍに形成した。
【００５０】
同様の工程を１０回行ない、各工程毎に得られたＧａＮ膜の１μｍ以上のピットの密度を評価した。その結果、１μｍ以上のピット密度は、全サンプル中１個／ｍｍ２であった。なお、合格規準にあるＧａＮ膜における転位密度は約５×１０７／ｃｍ２であった。
【００５１】
（比較例１）
ＮＨ３ガスを用いた熱処理によってＡｌＮ下地膜主面の表面欠陥の除去を行なわなかった以外は、実施例１と同様にしてＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ膜を作製した。実施例１と同様の条件でピット密度を評価したところ、１００個／ｍｍ２であり、転位密度が１×１０９／ｃｍ２であることが判明した。
【００５２】
（比較例２）
ＮＨ３ガスを用いた熱処理によってＡｌＮ下地膜主面の表面欠陥の除去を行なわなかった以外は、実施例２と同様にしてＧａＮ膜を作製した。実施例２と同様の条件で歩留まりを評価したところ、ピット密度は１００個／ｍｍ２であり、転位密度が５×１０８／ｃｍ２であることが判明した。
【００５３】
以上、実施例及び比較例から明らかなように、本発明に従ってＡｌＮ下地膜の主面に対して熱処理を行ない、その表面欠陥を除去した場合においては、目的とするIII族窒化物膜を得る際の製造歩留まりが向上していることが分かる。また、実施例１及び実施例２から、島状結晶部を核としてエピタキシャル成長させたＧａＮ膜の転位密度は低減され、結晶品質が向上していることが分かる。
【００５４】
以上、具体例を挙げながら、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００５５】
例えば、上述においては、Ａｌ含有III族窒化物下地膜上に所定のIII族窒化物からなる島状結晶部を形成する場合について述べているが、本発明の方法は前述のような島状結晶部を形成する場合に限られず、前記下地膜上に他の形態のIII族窒化物、例えば、一様なIII族窒化物膜を形成する場合にも好適に用いることができる。
【００５６】
また、エピタキシャル成長基板を構成する基材と下地膜との間、及び／又は下地膜上において、バッファ層やひずみ超格子などの多層膜構造を形成し、目的とするIII族窒化物膜の結晶性を向上させることもできる。さらに、また、上記実施例においては、島状結晶以降の成長を大気圧下で行ない、横方向成長速度が大きくなるようにして実施したが、減圧下で行なうこともできる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、本発明は、III族窒化物膜中における欠陥の発生割合を減少させることが可能な、新規なIII族窒化物膜の製造方法、及びこれに用いることのできるエピタキシャル基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１のIII族窒化物膜の製造方法及び第１のエピタキシャル成長基板の製造方法を説明するための一工程図である。
【図２】図１に示す工程の次の工程を示す図である。
【図３】本発明の第２のIII族窒化物膜の製造方法及び第２のエピタキシャル成長基板の製造方法を説明するための一工程図である。
【図４】図３に示す工程の次の工程を示す図である。
【図５】図４に示す工程の次の工程を示す図である。
【図６】図５に示す工程の次の工程を示す図である。
【符号の説明】
１１ 基材、２，１２ III族窒化物下地膜、３，１３ III族窒化物膜、５，１５ エピタキシャル成長基板、１４ 島状結晶部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a group III nitride film and a method for manufacturing an epitaxial substrate, and more specifically, in manufacturing a group III nitride film constituting a semiconductor element such as a semiconductor light emitting element, a semiconductor light receiving element, and an electronic device. The present invention relates to a method for producing a group III nitride film and a method for producing an epitaxial substrate that can be suitably used.
[0002]
[Prior art]
The group III nitride film is used as a semiconductor film constituting a semiconductor light emitting element and a semiconductor light receiving element of a light emitting diode, and in recent years, it has excellent high frequency characteristics, a low power consumption type and a high output electronic device. It is also attracting attention as a constituent semiconductor film.
[0003]
As a substrate on which such a group III nitride film is formed, there is a so-called epitaxial growth substrate including a base film formed by epitaxial growth on a predetermined base material. The epitaxial growth substrate is placed on a susceptor provided in a reaction tube, and then heated to a predetermined temperature by a heating mechanism inside and outside the susceptor. Next, a group III metal feedstock and a nitrogen feedstock, and a feedstock of other elements as necessary are introduced into the reaction tube together with a carrier gas and supplied onto the epitaxial growth substrate. A nitride film is formed.
[0004]
[Problem to be Solved by the Invention]
However, when the group III nitride film is formed as described above and the target semiconductor device is manufactured, the ratio of occurrence of a relatively large amount of defects in each group III nitride film increases. As a result, when a large amount of semiconductor elements are produced, a sufficient yield cannot be obtained, which increases the production cost of the semiconductor elements.
[0005]
The present invention provides a novel group III nitride film manufacturing method and an epitaxial substrate manufacturing method that can be used for the method, which can reduce the generation ratio of defects in the group III nitride film. With the goal.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides:
Forming a group III nitride underlayer containing at least Al and having a half-value width of an X-ray rocking curve of 100 seconds or less on a base material made of a predetermined single crystal material;
Extracting the base material including the base film into the atmosphere;
Heat-treating the main surface of the group III nitride underlayer in a temperature range of 500 to 1200 ° C. in an atmosphere containing reducing nitrogen to remove surface defects of the group III nitride underlayer ;
Forming the group III nitride film on the main surface of the group III nitride underlayer continuously with the heat treatment ;
In particular, the present invention relates to a method for producing a group III nitride film (first method for producing a group III nitride film).
[0007]
The present invention also provides:
Forming a group III nitride underlayer containing at least Al and having a half-value width of an X-ray rocking curve of 100 seconds or less on a base material made of a predetermined single crystal material;
Extracting the base material including the base film into the atmosphere;
Heat-treating the main surface of the group III nitride underlayer in a temperature range of 500 to 1200 ° C. in an atmosphere containing reducing nitrogen to remove surface defects of the group III nitride underlayer ;
The manufacturing method of the epitaxial growth board | substrate (1st manufacturing method of an epitaxial growth board | substrate) characterized by including these.
[0008]
The present inventors diligently studied the cause of the occurrence of defects in the group III nitride film as described above. Various studies were also made on the film forming conditions and film forming environment of the group III nitride film. As a result, it has been found that the state of the epitaxial growth substrate to be used, particularly the surface state thereof, has a strong influence on the occurrence of defects in the group III nitride film.
[0009]
That is, the surface of the epitaxial growth substrate is affected by the environmental atmosphere in which it is placed, and various particles adhere to it, and scratches and pits are generated. Furthermore, a surface altered layer is formed under the influence of various reactive gases in the environmental atmosphere. Therefore, when the group III nitride film is formed on the epitaxial growth substrate in such a state, the surface defects such as particles and pits described above influence the epitaxial growth of the group III nitride film, and the group III nitride film Found that a large amount of defects and dislocations due to the surface defects are formed.
[0010]
Therefore, the present inventors have formed the group III nitride film of the epitaxial growth substrate before forming the target group III nitride film in order to remove the surface defects of the epitaxial growth substrate as described above. It was conceived that the main surface of the underlying film should be pretreated to remove the surface defects as described above.
[0011]
On the other hand, the inventors of the present invention have made the base film constituting the epitaxial growth substrate composed of nitride containing Al and having a half-value width of the X-ray rocking curve of 100 seconds or less. It has been found that when a predetermined semiconductor element is manufactured by forming a physical film, the characteristics, for example, the luminous efficiency is improved. Therefore, further studies have been carried out to find an appropriate pretreatment method for the base film made of such Al-containing nitride, and the present invention has been achieved. The half width of the X-ray rocking curve is a value on the (0002) plane of the Al-containing nitride film.
[0012]
As described above, according to the first Group III nitride film manufacturing method and the first epitaxial growth substrate manufacturing method of the present invention, the surface defects such as particles described above are removed from the base film main surface of the epitaxial growth substrate. Therefore, when the target group III nitride film is grown on the epitaxial growth substrate, the occurrence of defects due to the surface defects in the group III nitride film is significantly reduced. . In addition, since heat treatment is performed in an atmosphere containing reducing nitrogen, surface defects such as pits are not generated during the heat treatment. Furthermore, the surface oxide film formed on the main surface of the base film can be removed.
[0013]
Therefore, when a predetermined semiconductor element is manufactured by forming one or more group III nitride films on the epitaxial growth substrate, the manufacturing yield can be drastically improved.
[0014]
The present invention also provides:
On a substrate of a predetermined single crystal material, forming at least contain Al, X line Tsu FWHM of King curve following 100 seconds III nitride underlayer,
Extracting the base material including the base film into the atmosphere;
Heat-treating the main surface of the group III nitride underlayer in a temperature range of 500 to 1200 ° C. in an atmosphere containing reducing nitrogen to remove surface defects of the group III nitride underlayer;
A step of forming an island-shaped crystal part made of a group III nitride having a lattice constant larger than that of the base layer on the main surface of the group III nitride base film continuously with the heat treatment;
Forming a predetermined group III nitride film on the main surface of the group III nitride underlayer by epitaxial growth using the island-shaped crystal part as a nucleus; and
In particular, the present invention relates to a method for producing a group III nitride film (second method for producing a group III nitride film).
[0015]
Furthermore, the present invention provides
Forming a group III nitride underlayer containing at least Al and having a half-value width of an X-ray rocking curve of 100 seconds or less on a base material made of a predetermined single crystal material;
Extracting the base material including the base film into the atmosphere;
Heat-treating the main surface of the group III nitride underlayer in a temperature range of 500 to 1200 ° C. in an atmosphere containing reducing nitrogen to remove surface defects of the group III nitride underlayer ;
A step of forming an island-shaped crystal part made of a group III nitride having a lattice constant larger than that of the base layer on the main surface of the group III nitride base film continuously with the heat treatment ;
It is related with the manufacturing method (2nd epitaxial growth substrate manufacturing method) of the epitaxial growth substrate characterized by including these.
[0016]
In the course of further research, the present inventors have compared the above-described case in which the group III nitride is formed directly on the base film of the epitaxial growth substrate when producing the target group III nitride film. Crystal quality such as dislocation density of the group III nitride film is formed by forming an island-shaped crystal part made of a predetermined nitride on the base film and epitaxially growing the group III nitride film with the island-shaped crystal part as a nucleus. Found to improve.
[0017]
Even in this case, if surface defects are present on the base film main surface of the epitaxial growth substrate, a relatively large amount of defects may be generated in the interior when an island-like crystal part is formed on the base film main surface. was there. Furthermore, it may be difficult to form the island-shaped crystal part itself.
[0018]
Therefore, according to the second group III nitride film manufacturing method and the second epitaxial growth substrate manufacturing method of the present invention described above, by performing the above-described heat treatment on the base film main surface constituting the epitaxial growth substrate. The present inventors have found that the above-described problems in the production of island-shaped crystal parts can be eliminated, and that a group III nitride film excellent in crystal quality without defects can be obtained.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments of the invention. First, the manufacturing method of the 1st group III nitride film of this invention and the manufacturing method of the 1st epitaxial growth board | substrate are demonstrated.
[0020]
FIG. 1 and FIG. 2 are views for explaining a first group III nitride film manufacturing method and a first epitaxial growth substrate manufacturing method of the present invention.
[0021]
First, as shown in FIG. 1, a base material 1 made of a predetermined single crystal material is prepared. On this base material 1, at least Al is contained, and the half width of the X-ray rocking curve is 100 seconds or less. A group nitride underlayer 2 is formed. The base film 2 can be formed using MOCVD, HVPE, or the like. In the case of MOCVD, the formation temperature of the base film 2 is preferably 1100 ° C. or higher, more preferably 1150 ° C. or higher. As a result, the crystallinity of the underlying film 2 itself can be increased, and the crystallinity of the group III nitride film to be formed later can also be improved.
[0022]
Moreover, it is preferable that the upper limit of the formation temperature of the base film 2 is 1250 degreeC. As a result, the thermal diffusion of the constituent components of the base film 2 can be suppressed, and the roughness of the main surface of the base film 2 can be effectively suppressed. As a result, it is possible to effectively suppress the occurrence of defects due to the roughness of the main surface in the group III nitride film to be formed later. The “formation temperature” is a set temperature of the base material 1 when the base film 2 is formed.
[0023]
When the base film 2 is formed within the above temperature range by the MOCVD method, the thickness is preferably 0.5 μm or more, and more preferably 1 μm to 3 μm. As a result, the crystallinity of the underlying film 2 can be more effectively enhanced in a state where the generation and separation of cracks are suppressed.
[0024]
Next, the base material 1 including the base film 2 is placed in a predetermined container, placed on a susceptor provided in the container, and then heated to a predetermined temperature. Thereafter, heat treatment gas such as ammonia (NH 3 ) gas, hydrazine (N 2 H 4 ) gas, and methyl hydrazine (N 2 H 3 CH 3 ) gas is introduced into the container. When these gases come into contact with the main surface 2A of the heated base film 2, they are thermally decomposed to generate reducing nitrogen gas. Since this reducing nitrogen gas is extremely reactive, it causes a reduction reaction with the main surface 2A of the heated base film 2 to remove surface defects present on the main surface 2A. As a result, the intended epitaxial growth substrate 5 is obtained.
[0025]
In addition, it is preferable that the said heating temperature shall be 500-1200 degreeC, and also 900-1200 degreeC . Accordingly, the heat treatment as described above can be performed more effectively, and surface defects on the main surface 2A of the base film 2 can be efficiently removed. The heating temperature is a set temperature for the substrate 1 including the base film 2.
[0026]
In addition, after introducing the heat treatment gas such as NH 3 gas described above into the container, a predetermined voltage is applied between the wall surface of the container and the susceptor, or ECR plasma or the like is introduced. The gas can also be turned into plasma.
[0027]
Next, as shown in FIG. 2, the target group III nitride film 3 is formed on the main surface 2 </ b> A of the base film 2 from which the surface defects are removed of the epitaxial growth substrate 5. Since most of the surface defects on the main surface 2A of the underlying film 2 are removed by the heat treatment described above, almost no defects are generated in the group III nitride film 3, and the manufacturing yield can be greatly improved. it can. The group III nitride film 3 can be produced by the MOCVD method, the HVPE method, the MBE method or the like as described above.
[0028]
Further, the heat treatment and the production of the group III nitride film 3 described above can be performed continuously by using, for example, an MOCVD apparatus used for producing the group III nitride film 3, or by using separate apparatuses. Can also be done.
[0029]
The single crystal material constituting the substrate 1 includes sapphire single crystals, ZnO single crystals, LiAlO 2 single crystals, LiGaO 2 single crystals, MgAl 2 O 4 single crystals, oxide single crystals such as MgO single crystals, Si Group IV or IV-IV single crystal such as single crystal, SiC single crystal, group III-V single crystal such as GaAs single crystal, AlN single crystal, GaN single crystal, and AlGaN single crystal, single boride such as ZrB 2 A crystal etc. can be illustrated.
[0030]
The group III nitride underlayer 2 can contain at least one of Ga and In in addition to Al. Furthermore, additive elements such as Ge, Si, Mg, Zn, Be, P, and B can be contained as required. Furthermore, it is possible to include not only elements added intentionally but also trace elements that are inevitably taken in depending on the film forming conditions and the like, as well as trace impurities contained in the raw materials and reaction tube materials.
[0031]
Further, the group III nitride film 3 is set to an arbitrary composition according to the purpose.
[0032]
Next, the manufacturing method of the 2nd group III nitride film of this invention and the manufacturing method of the 2nd epitaxial growth board | substrate are demonstrated. 3 to 6 are views for explaining a second method for producing a group III nitride film and a second method for producing an epitaxial growth substrate according to the present invention.
[0033]
First, as shown in FIG. 3, a base material 11 made of a predetermined single crystal material is prepared. On the base material 11, at least Al is contained, and the half width of the X-ray rocking curve is 100 seconds or less. A group nitride underlayer 12 is formed. The base film 12 can be produced by the MOCVD method or the HVPE method. Note that a preferable manufacturing condition and a preferable thickness at that time when the MOCVD method is used are the same as those of the first group III nitride film manufacturing method and the first epitaxial growth substrate manufacturing method described above.
[0034]
Next, the base material 11 including the base film 12 is placed in a predetermined container, placed on a susceptor provided in the container, and then heated to a predetermined temperature. Next, a heat treatment gas such as NH 3 gas is introduced into the container, and the main film of the base film 12 is formed in the same manner as in the method for manufacturing the first group III nitride film and the method for manufacturing the first epitaxial growth substrate described above. A heat treatment is performed on the surface 12 to remove surface defects. In addition, the heating temperature in this heat treatment is set to 500 to 1200 ° C as described above, and more preferably 900 to 1200 ° C.
[0035]
In addition to such heat treatment, plasma treatment as described in the first method for producing a group III nitride film and the first method for producing an epitaxial growth substrate can also be performed.
[0036]
Next, as shown in FIG. 4, island-like crystal parts 14 made of a predetermined group III nitride are formed on the main surface 12 </ b> A of the base film 12. Since the base film 12 contains Al as an essential component, its lattice constant is smaller than that of the island-like crystal portion 14 that does not contain Al as an essential component. As a result, when the group III nitride constituting the island-like crystal portion is deposited on the base film 12 to form a predetermined film, this film is subjected to compressive stress from the base film 12 and grows according to the SK mode. To come. As a result, a uniform film is not formed, and island-like crystal parts 14 that are separated and independent from each other are formed.
[0037]
The base material 11, the base film 12 having the main surface 12 </ b> A from which surface defects have been removed, and the island-shaped crystal part 14 constitute an epitaxial growth substrate 15.
[0038]
Next, as shown in FIG. 5, group III nitride 13A is epitaxially grown on the main surface 12A of the underlying film 12 of the epitaxial growth substrate 15 from which surface defects have been removed with the island-like crystal portion 14 as a nucleus, and FIG. As shown, the desired group III nitride film 13 is obtained.
[0039]
Since most of the surface defects on the main surface 12A of the base film 12 are removed by the above-described heat treatment and further plasma processing, almost no defects are generated in the island-shaped crystal part 14. As a result, almost no defects are present in the group III nitride film 13 grown with the island-like crystal portion 14 as a nucleus, and the production yield can be greatly improved. Further, the group III nitride film 13 is reduced in dislocation density due to the epitaxial growth with the island-like crystal portion 14 as a nucleus, and the crystal quality is improved.
[0040]
The group III nitride film 13 can be produced by the MOCVD method, the HVPE method, the MBE method or the like as described above.
[0041]
Further, the heat treatment and the production of the island-shaped crystal part 14 and the production of the group III nitride film 13 described above are performed using, for example, an MOCVD apparatus used when the island-shaped crystal part 14 and the group III nitride film 13 are produced. Can be performed continuously, or using a separate device.
[0042]
In addition, the single crystal material which comprises the base material 11 can use the same thing as the single crystal material which comprises the base material 1 mentioned above. Further, the base film 12 can be made of a group III nitride containing Al, which is the same as the base film 2 described above, and whose X-ray rocking curve half-value width is 100 seconds or less. Furthermore, the island-shaped crystal part 14 and the group III nitride film 13 can be composed of a group III nitride having an arbitrary composition according to the purpose.
[0043]
【Example】
Example 1
A substrate made of a C-plane sapphire single crystal was placed on a susceptor installed in the reaction tube and fixed. Next, the base material is heated to 1200 ° C., and trimethylaluminum (TMA) gas and ammonia (NH 3 ) gas are introduced into the reaction tube with a hydrogen carrier gas so as to have a pressure of 20 Torr. Then, an AlN film as a base film was formed to a thickness of 1.0 μm. Thereafter, the base material including the AlN film was taken out from the reaction tube. It was found that the half width in the X-ray rocking curve of the AlN film was 60 seconds and was extremely excellent in crystallinity. Further, it was found that the surface roughness Ra of the AlN film was 2 mm, and the surface flatness was extremely excellent.
[0044]
Next, the base material including the AlN underlayer is again installed in the reaction tube, NH 3 gas, hydrogen carrier gas, and nitrogen carrier gas are introduced, the base material is set to 1050 ° C., and the pressure is set to atmospheric pressure. Then, the substrate was held for 5 minutes to remove surface defects on the main surface of the AlN underlayer, thereby obtaining an epitaxial growth substrate.
[0045]
Next, TMA gas, trimethylgallium (TMG) gas, and NH 3 gas are used to form the main surface of the AlN underlayer of the epitaxial growth substrate so that the molar ratio of TMA, TMG, and NH 3 is 1: 9: 15000. The Al 0.1 Ga 0.9 N film was formed to a thickness of 3 μm.
[0046]
The same process was performed 10 times, and the defectivity was evaluated from the density of pits of 1 μm or more of the Al 0.1 Ga 0.9 N film obtained in each process. As a result, the pit density of 1 μm or more was 1 sample / mm 2 on average for all samples. In addition, the dislocation density in the Al 0.1 Ga 0.9 N film satisfying the acceptance criteria was about 1 × 10 8 / cm 2 .
[0047]
(Example 2)
Using a base material made of a C-plane sapphire single crystal, an AlN base film is formed to a thickness of 1 μm in the same manner as in Example 1, and heat treatment is performed on the AlN base film, and the surface of the main surface of the AlN base film The defect was removed.
[0048]
Then, the substrate comprising an AlN underlayer is set to 1050 ° C., TMG gas and NH 3 gas, the molar ratio of TMG and NH 3 gas is 1: the primary surface of 1500 and made by way the AlN underlayer Then, an island-like crystal part having a composition of GaN was formed to obtain an epitaxially grown substrate. The area of the top surface of the island-shaped crystal part was 5 μm 2 .
[0049]
Then, set the epitaxial growth substrate to 1050 ° C., the TMG gas and NH 3 gas, the molar ratio of TMG and NH 3 gas is 1: As I a 1500, of the epitaxial growth substrate, the main surface of the AlN underlayer The GaN film was formed to a thickness of 3 μm.
[0050]
The same process was performed 10 times, and the density of pits of 1 μm or more in the GaN film obtained in each process was evaluated. As a result, the pit density of 1 μm or more was 1 piece / mm 2 in all samples. Note that the dislocation density in the GaN film satisfying the acceptance criteria was about 5 × 10 7 / cm 2 .
[0051]
(Comparative Example 1)
An Al 0.1 Ga 0.9 N film was produced in the same manner as in Example 1 except that the surface defects on the main surface of the AlN base film were not removed by heat treatment using NH 3 gas. When the pit density was evaluated under the same conditions as in Example 1, it was found that the pit density was 100 pieces / mm 2 and the dislocation density was 1 × 10 9 / cm 2 .
[0052]
(Comparative Example 2)
A GaN film was produced in the same manner as in Example 2 except that the surface defects on the main surface of the AlN base film were not removed by heat treatment using NH 3 gas. When the yield was evaluated under the same conditions as in Example 2, it was found that the pit density was 100 pieces / mm 2 and the dislocation density was 5 × 10 8 / cm 2 .
[0053]
As is apparent from the examples and comparative examples, when the main surface of the AlN underlayer is heat-treated according to the present invention and the surface defects are removed, the target group III nitride film is obtained. It can be seen that the production yield is improved. Further, from Examples 1 and 2, it can be seen that the dislocation density of the GaN film epitaxially grown with the island-shaped crystal part as a nucleus is reduced and the crystal quality is improved.
[0054]
While the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples, the present invention is not limited to the above contents and is not limited to the contents of the present invention. Various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
[0055]
For example, in the above description, the case where an island-shaped crystal part made of a predetermined group III nitride is formed on an Al-containing group III nitride underlayer is described. The present invention is not limited to the formation of the portion, and can be suitably used when forming another type of group III nitride, for example, a uniform group III nitride film, on the base film.
[0056]
In addition, a multilayer film structure such as a buffer layer and a strained superlattice is formed between and / or on the base material constituting the epitaxial growth substrate and / or on the base film, and the crystallinity of the target group III nitride film Can also be improved. Furthermore, in the above embodiment, the growth after the island-like crystals is performed under atmospheric pressure so as to increase the lateral growth rate, but it can also be performed under reduced pressure.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the present invention can reduce the generation ratio of defects in a group III nitride film, and can be used for a novel group III nitride film manufacturing method. The manufacturing method of the epitaxial substrate which can be provided can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram for explaining a first group III nitride film manufacturing method and a first epitaxial growth substrate manufacturing method according to the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing a step subsequent to the step shown in FIG.
FIG. 3 is a process diagram for explaining a second method for producing a group III nitride film and a second method for producing an epitaxial growth substrate according to the present invention.
4 is a diagram showing a step subsequent to the step shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a step subsequent to the step shown in FIG.
6 is a diagram showing a step subsequent to the step shown in FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
11 Substrate, 2,12 Group III nitride underlayer, 3,13 Group III nitride film, 5,15 Epitaxial growth substrate, 14 Island crystal part

Claims (12)

所定の単結晶材料からなる基材上に、少なくともＡｌを含有し、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下のIII族窒化物下地膜を形成する工程と、
前記下地膜を含む前記基材を大気中に取り出す工程と、
前記III族窒化物下地膜の主面を還元性の窒素を含む雰囲気中で、５００〜１２００℃の温度範囲で熱処理し、前記III族窒化物下地膜の表面欠陥を除去する工程と、
前記熱処理と連続して、前記III族窒化物下地膜の前記主面上において、III族窒化物膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、III族窒化物膜の製造方法。Forming a group III nitride underlayer containing at least Al and having a half-value width of an X-ray rocking curve of 100 seconds or less on a base material made of a predetermined single crystal material;
Extracting the base material including the base film into the atmosphere;
Heat-treating the main surface of the group III nitride underlayer in a temperature range of 500 to 1200 ° C. in an atmosphere containing reducing nitrogen to remove surface defects of the group III nitride underlayer;
Forming a group III nitride film on the main surface of the group III nitride underlayer continuously with the heat treatment;
A method for producing a group III nitride film, comprising: 前記下地膜がＡｌＮからなることを特徴とする、請求項１に記載のIII族窒化物膜の製造方法。  The method for producing a group III nitride film according to claim 1, wherein the base film is made of AlN. 前記下地膜を含む前記基材を大気中に取り出す工程と、前記熱処理の工程との間に、結晶品質を評価する工程を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のIII族窒化物膜の製造方法。  The group III nitriding according to claim 1 or 2, further comprising a step of evaluating crystal quality between the step of taking out the base material including the base film into the atmosphere and the step of the heat treatment. Manufacturing method of physical film. 所定の単結晶材料からなる基材上に、少なくともＡｌを含有し、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下のIII族窒化物下地膜を形成する工程と、
前記下地膜を含む前記基材を大気中に取り出す工程と、
前記III族窒化物下地膜の主面を還元性の窒素を含む雰囲気中で、５００〜１２００℃の温度範囲で熱処理し、前記III族窒化物下地膜の表面欠陥を除去する工程と、
上記熱処理と連続して、前記III族窒化物下地膜の前記主面上において、前記下地層より格子定数の大きいIII族窒化物からなる島状結晶部を形成する工程と、
前記III族窒化物下地膜の前記主面上において、所定のIII族窒化物膜を、前記島状結晶部を核としてエピタキシャル成長させて形成する工程と、
を含むことを特徴とする、III族窒化物膜の製造方法。On a substrate of a predetermined single crystal material, forming at least contain Al, X line Tsu FWHM of King curve following 100 seconds III nitride underlayer,
Extracting the base material including the base film into the atmosphere;
Heat-treating the main surface of the group III nitride underlayer in a temperature range of 500 to 1200 ° C. in an atmosphere containing reducing nitrogen to remove surface defects of the group III nitride underlayer;
A step of forming an island-shaped crystal part made of a group III nitride having a lattice constant larger than that of the base layer on the main surface of the group III nitride base film continuously with the heat treatment;
Forming a predetermined group III nitride film on the main surface of the group III nitride underlayer by epitaxial growth using the island-shaped crystal part as a nucleus; and
A method for producing a group III nitride film, comprising: 前記下地膜がＡｌＮからなることを特徴とする、請求項４に記載のIII族窒化物膜の製造方法。  The method for producing a group III nitride film according to claim 4, wherein the base film is made of AlN. 前記下地膜を含む前記基材を大気中に取り出す工程と、前記熱処理の工程との間に、結晶品質を評価する工程を含むことを特徴とする、請求項４又は５に記載のIII族窒化物膜の製造方法。  The group III nitriding according to claim 4 or 5, further comprising a step of evaluating crystal quality between the step of taking out the base material including the base film into the atmosphere and the step of the heat treatment. Manufacturing method of physical film. 所定の単結晶材料からなる基材上に、少なくともＡｌを含有し、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下のIII族窒化物下地膜を形成する工程と、
前記下地膜を含む前記基材を大気中に取り出す工程と、
前記III族窒化物下地膜の主面を還元性の窒素を含む雰囲気中で、５００〜１２００℃の温度範囲で熱処理し、前記III族窒化物下地膜の表面欠陥を除去する工程と、
を含むことを特徴とする、エピタキシャル成長基板の製造方法。Forming a group III nitride underlayer containing at least Al and having a half-value width of an X-ray rocking curve of 100 seconds or less on a base material made of a predetermined single crystal material;
Extracting the base material including the base film into the atmosphere;
Heat-treating the main surface of the group III nitride underlayer in a temperature range of 500 to 1200 ° C. in an atmosphere containing reducing nitrogen to remove surface defects of the group III nitride underlayer;
A method for producing an epitaxially grown substrate, comprising: 前記下地膜がＡｌＮからなることを特徴とする、請求項７に記載のエピタキシャル成長基板の製造方法。  The method for manufacturing an epitaxial growth substrate according to claim 7, wherein the base film is made of AlN. 前記下地膜を含む前記基材を大気中に取り出す工程と、前記熱処理の工程との間に、結晶品質を評価する工程を含むことを特徴とする、請求項７又は８に記載のエピタキシャル成長基板の製造方法。  The epitaxial growth substrate according to claim 7 or 8, further comprising a step of evaluating crystal quality between the step of taking out the base material including the base film into the atmosphere and the step of the heat treatment. Production method. 所定の単結晶材料からなる基材上に、少なくともＡｌを含有し、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下のIII族窒化物下地膜を形成する工程と、
前記下地膜を含む前記基材を大気中に取り出す工程と、
前記III族窒化物下地膜の主面を還元性の窒素を含む雰囲気中で、５００〜１２００℃の温度範囲で熱処理し、前記III族窒化物下地膜の表面欠陥を除去する工程と、
上記熱処理と連続して、前記III族窒化物下地膜の前記主面上において、前記下地層より格子定数の大きいIII族窒化物からなる島状結晶部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、エピタキシャル成長基板の製造方法。Forming a group III nitride underlayer containing at least Al and having a half-value width of an X-ray rocking curve of 100 seconds or less on a base material made of a predetermined single crystal material;
Extracting the base material including the base film into the atmosphere;
Heat-treating the main surface of the group III nitride underlayer in a temperature range of 500 to 1200 ° C. in an atmosphere containing reducing nitrogen to remove surface defects of the group III nitride underlayer;
A step of forming an island-shaped crystal part made of a group III nitride having a lattice constant larger than that of the base layer on the main surface of the group III nitride base film continuously with the heat treatment;
A method for producing an epitaxially grown substrate, comprising: 前記下地膜がＡｌＮからなることを特徴とする、請求項１０に記載のエピタキシャル成長基板の製造方法。  The method for manufacturing an epitaxial growth substrate according to claim 10, wherein the base film is made of AlN. 前記下地膜を含む前記基材を大気中に取り出す工程と、前記熱処理の工程との間に、結晶品質を評価する工程を含むことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のエピタキシャル成長基板の製造方法。  The epitaxially grown substrate according to claim 10 or 11, further comprising a step of evaluating crystal quality between the step of taking out the base material including the base film into the atmosphere and the step of the heat treatment. Production method.
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US8545629B2 (en) 2001-12-24 2013-10-01 Crystal Is, Inc. Method and apparatus for producing large, single-crystals of aluminum nitride
JP4712450B2 (en) * 2004-06-29 2011-06-29 日本碍子株式会社 Method for improving surface flatness of AlN crystal
KR100682879B1 (en) 2005-01-07 2007-02-15 삼성코닝 주식회사 Epitaxial growth method
WO2006109840A1 (en) * 2005-04-07 2006-10-19 Showa Denko K.K. Production method of group iii nitride semioconductor element
US8349077B2 (en) * 2005-11-28 2013-01-08 Crystal Is, Inc. Large aluminum nitride crystals with reduced defects and methods of making them
CN101331249B (en) 2005-12-02 2012-12-19 晶体公司 Doped aluminum nitride crystals and methods of making them
JP5005266B2 (en) * 2006-03-02 2012-08-22 日本碍子株式会社 AlN crystal fabrication method and AlN thick film
US9034103B2 (en) 2006-03-30 2015-05-19 Crystal Is, Inc. Aluminum nitride bulk crystals having high transparency to ultraviolet light and methods of forming them
JP4823856B2 (en) * 2006-11-01 2011-11-24 国立大学法人三重大学 Method for producing AlN group III nitride single crystal thick film
US9771666B2 (en) 2007-01-17 2017-09-26 Crystal Is, Inc. Defect reduction in seeded aluminum nitride crystal growth
CN107059116B (en) 2007-01-17 2019-12-31 晶体公司 Defect reduction in seeded aluminum nitride crystal growth
US8080833B2 (en) 2007-01-26 2011-12-20 Crystal Is, Inc. Thick pseudomorphic nitride epitaxial layers
CN105951177B (en) 2010-06-30 2018-11-02 晶体公司 Use the growth for the bulk aluminum nitride single crystal that thermal gradient controls
JP5747245B2 (en) * 2010-10-14 2015-07-08 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Field effect transistor and manufacturing method thereof
US8962359B2 (en) 2011-07-19 2015-02-24 Crystal Is, Inc. Photon extraction from nitride ultraviolet light-emitting devices
JP6275817B2 (en) 2013-03-15 2018-02-07 クリスタル アイエス, インコーポレーテッドCrystal Is, Inc. Planar contacts to pseudomorphic and optoelectronic devices
WO2015198492A1 (en) * 2014-06-25 2015-12-30 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 Epitaxial wafer manufacturing method and epitaxial wafer
JP6288187B2 (en) * 2016-08-22 2018-03-07 富士通株式会社 Compound semiconductor device and manufacturing method thereof

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