JP5045232B2 - AlxGa1−xN結晶の成長方法 - Google Patents
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Description
図1〜3を参照して、本発明にかかるAlxGa1-xN結晶の成長方法は、気相法によるAlxGa1-xN結晶(0<x≦1)の成長方法であって、結晶成長の際、AlxGa1-xN結晶10の主成長平面11に複数のファセット12を有するピット10pを少なくとも1つ形成し、ピット10pが少なくとも1つ存在している状態でAlxGa1-xN結晶10を成長させることにより、AlxGa1-xN結晶10の転位を低減することを特徴とする。
y=A・exp(k・x) (1)
において傾き係数kが−20<k<−4であるとき、より好ましく転位密度の低減とクラックおよび内部応力の低減とが行なわれた。ここで、式(1)においてAは切片係数を示す。
本実施形態にかかるAlxGa1-xN結晶基板(0<x≦1)は、図3および図4を参照して、実施形態1の成長方法で得られたAlxGa1-xN結晶10,20の表面13,23を加工することにより得られるものであり、平坦な主面31を有する。かかるAlxGa1-xN結晶基板30は、実施形態1の成長方法により得られた転位が著しく低減された結晶性の高いAlxGa1-xN結晶10,20から得られるものであり、半導体デバイスの基板として好ましく用いることができる。
図5を参照して、WC製の坩堝52の上部に下地基板9として1インチ(2.54cm)径のSiC基板を配置し、下部にAlyGa1-yN原料1としてAlN粉末を配置した。次いで、反応容器51に、ガス分圧900hPa、流量200sccmのN2ガスを流しながら、坩堝52のAlyGa1-yN原料1(AlN粉末)側の温度を2100℃、下地基板9(SiC基板)側の温度が2000℃になるように高周波加熱コイル55を用いて坩堝52を加熱して、30時間AlN結晶を成長させた。反応容器51内の坩堝52に、不純物含有ガスとしてCO2ガスを、結晶成長開始から1時間後までは5sccm、1時間後から20時間後までにかけて流量を徐々に減少させて、20時間後以降は0.05sccm流した。
坩堝52のAlyGa1-yN原料1(AlN粉末)側の温度を2100℃、下地基板9(SiC基板)側の温度が2000℃とし、反応容器51内の坩堝52に不純物含有ガスであるCO2ガスを流さなかったこと以外は、実施例1と同様にして、AlN結晶を成長させた。得られたAlN結晶は、1インチ径(2.54cm径)×厚さ5mmであり、XRD法により単結晶であることが確認された。
図5を参照して、WC製の坩堝52の上部に下地基板9として実施例1で得られた1インチ径(2.54cm径)のAlN結晶を研磨後配置し、下部にAlyGa1-yN原料1としてAlN粉末を配置した。ここで、AlN結晶は、複数の六角錘状のピットが形成されている主成長面上に第2のAlN結晶が成長するように配置した。次いで、反応容器51に、ガス分圧2000hPa、流量200sccmのN2ガスを流しながら、坩堝52のAlyGa1-yN原料1(AlN粉末)側の温度を2100℃、下地基板9(AlN結晶)側の温度が2000℃になるように高周波加熱コイル55を用いて坩堝52を加熱して、15時間第2のAlN結晶を成長させた。反応容器51内の坩堝52に、不純物含有ガスとしてCO2ガスを、結晶成長開始から終了まで0.01sccm流した。
図5を参照して、WC製の坩堝52の上部に下地基板9として1インチ(2.54cm)径のSiC基板を配置し、下部にAlyGa1-yN原料1としてAlN粉末とGaN粉末とを7:3のmol比で混合した状態で配置した。次いで、反応容器51に、ガス分圧900hPa、流量200sccmのN2ガスを流しながら、坩堝52のAlyGa1-yN原料1(AlN粉末およびGaN粉末)側の温度を2100℃、下地基板9(SiC基板)側の温度が2000℃になるように高周波加熱コイル55を用いて坩堝52を加熱して、30時間AlxGa1-xN結晶を成長させた。反応容器51内の坩堝52に、不純物含有ガスとしてCO2ガスを、結晶成長開始から1時間後までは3.5sccm、1時間後から20時間後までにかけて流量を徐々に減少させて、20時間後以降は0.035sccm流した。
坩堝52のAlyGa1-yN原料1(AlN粉末およびGaN粉末)側の温度を2100℃、下地基板9(SiC基板)側の温度が2000℃とし、反応容器51内の坩堝52に不純物含有ガスであるCO2ガスを流さなかったこと以外は、実施例2と同様にして、AlxGa1-xN結晶を成長させた。得られたAlN結晶は、1インチ径(2.54cm径)×厚さ3mmであり、XRD法により単結晶であることが確認され、XPS法により化学組成がAl0.8Ga0.2Nであることが確認された。
図5を参照して、WC製の坩堝52の上部に下地基板9として実施例3で得られた1インチ径(2.54cm径)のAl0.8Ga0.2N結晶を配置し、下部にAlyGa1-yN原料1としてAlN粉末とGaN粉末とを7:3のmol比で混合した状態で配置した。ここで、Al0.8Ga0.2N結晶は、複数の六角錘状のピットが形成されている主成長面上に第2のAlxGa1-xN結晶が成長するように配置した。次いで、反応容器51に、ガス分圧2000hPa、流量200sccmのN2ガスを流しながら、坩堝52のAlyGa1-yN原料1(AlN粉末およびGaN粉末)側の温度を2200℃、下地基板9(Al0.8Ga0.2N結晶)側の温度が2100℃になるように高周波加熱コイル55を用いて坩堝52を加熱して、15時間第2のAlxGa1-xN結晶を成長させた。反応容器51内の坩堝52に、不純物含有ガスとしてCO2ガスを、結晶成長開始から終了まで0.01sccm流した。
Claims (5)
- 気相法によるAlxGa1-xN結晶(0<x≦1)の成長方法であって、
結晶成長の際、前記AlxGa1-xN結晶の主成長平面に複数のファセットを有するピットを少なくとも1つ形成し、前記ピットが少なくとも1つ存在している状態で前記AlxGa1-xN結晶を成長させることにより、前記AlxGa1-xN結晶の転位を低減することを特徴とし、
前記ピットの底部から前記主成長平面に対して実質的に垂直方向に伸びる線状転位集中部が存在し、
前記線状転位集中部の密度が105cm-2以下であり、
前記ピットは、前記結晶成長の雰囲気中に不純物を含めることにより形成されるAlxGa1-xN結晶の成長方法。 - 前記不純物がIVb族元素の少なくとも1つである請求項1に記載のAlxGa1-xN結晶の成長方法。
- 前記気相法は、昇華法である請求項1または請求項2に記載のAlxGa1-xN結晶の成長方法。
- 結晶成長後において、前記主成長平面の総面積に対する前記ピットの開口面の総面積の割合が30%以上であること特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載のAlxGa1-xN結晶の成長方法。
- 前記結晶成長後における前記主成長平面の総面積に対する前記ピットの開口面の総面積の割合が30%以上である前記AlxGa1-xN結晶の結晶表面上に、
第2のAlxGa1-xN結晶を成長させて、結晶成長後における前記第2のAlxGa1-xN結晶の主成長平面の総面積に対するピット開口面の総面積の割合を30%未満とすることを特徴とする請求項4に記載のAlxGa1-xN結晶の成長方法。
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