JP5112983B2 - Group III nitride semiconductor manufacturing method and seed crystal for group III nitride semiconductor growth - Google Patents
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Description
本発明は、Naフラックス法によってIII 族窒化物半導体のc面基板を製造するIII 族窒化物半導体製造方法およびIII 族窒化物半導体育成用の種結晶に関する。 The present invention relates to a group III nitride semiconductor manufacturing method for manufacturing a group III nitride semiconductor c-plane substrate by a Na flux method and a seed crystal for group III nitride semiconductor growth.
Naフラックス法によるIII 族窒化物半導体の結晶成長方法が開発され、大型で良質のGaN基板を得ることができる製造方法として期待されている。このNaフラックス法は、Na(ナトリウム)とGa(ガリウム)を融解し数十気圧の圧力下で窒素と反応させて、GaN(窒化ガリウム)を結晶成長させるものである。 A group III nitride semiconductor crystal growth method by the Na flux method has been developed, and is expected as a manufacturing method capable of obtaining a large-sized and high-quality GaN substrate. In this Na flux method, Na (sodium) and Ga (gallium) are melted and reacted with nitrogen under a pressure of several tens of atmospheres to grow GaN (gallium nitride).
このNaフラックス法では、従来種結晶としてc面のGaN基板や、テンプレート基板が用いられていて、種結晶上にc面成長させている。また、特許文献1には、Naフラックス法において、III 族窒化物半導体のa面、m面基板を種結晶とし、a面成長、m面成長させる方法が示されている。また、特許文献2には、c面のGaN基板を種結晶とし、c軸に垂直な方向に成長させることでc面基板の面積を拡張させる方法が示されている。
しかし、c面基板上にGaNをc面成長させる方法では、成長速度が遅く、厚いc面のGaN基板を得るのは難しかった。 However, in the method of growing GaN on the c-plane on the c-plane, the growth rate is slow and it is difficult to obtain a thick c-plane GaN substrate.
そこで本発明の目的は、Naフラックス法によるIII 族窒化物半導体の製造において、従来よりも短時間でc面のIII 族窒化物半導体基板を得ることである。 Accordingly, an object of the present invention is to obtain a c-plane group III nitride semiconductor substrate in a shorter time than in the conventional method for manufacturing a group III nitride semiconductor by the Na flux method.
第1の発明は、III 族金属とアルカリ金属とを少なくとも含む混合融液と、少なくとも窒素を含む気体とを反応させ、種結晶にIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体製造方法において、種結晶は、長手方向をm軸方向とする帯状にIII 族窒化物半導体のa面が形成されており、種結晶のa面に、III 族窒化物半導体結晶をa軸方向に板状に成長させ、成長させたIII 族窒化物半導体結晶が、頂角120度で対辺の長さが種結晶a面の長手方向の長さである二等辺三角形の板状となるまで成長させた段階で結晶成長を終了させることで、III 族窒化物半導体のc面基板を得ることを特徴とするIII 族窒化物半導体製造方法である。 A first invention is a method for producing a group III nitride semiconductor, in which a mixed melt containing at least a group III metal and an alkali metal is reacted with a gas containing at least nitrogen to grow a group III nitride semiconductor on a seed crystal. In the seed crystal, the a-plane of the group III nitride semiconductor is formed in a band shape whose longitudinal direction is the m-axis direction, and the group III nitride semiconductor crystal is plate-shaped in the a-axis direction on the a-plane of the seed crystal And growing the grown group III nitride semiconductor crystal into a plate shape of an isosceles triangle having an apex angle of 120 degrees and an opposite side length in the longitudinal direction of the seed crystal a plane. A group III nitride semiconductor manufacturing method is characterized in that a c-plane substrate of a group III nitride semiconductor is obtained by terminating crystal growth in step (b).
アルカリ金属は通常Naを用いるが、K(カリウム)を用いることもできる。また、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)などのアルカリ土類金属や、Li(リチウム)などを混合させてもよい。また、混合融液には炭素を添加するのが望ましい。雑晶の発生が抑制され、結晶成長が促進されるからである。 The alkali metal is usually Na, but K (potassium) can also be used. Further, alkaline earth metals such as Mg (magnesium) and Ca (calcium), Li (lithium), and the like may be mixed. It is desirable to add carbon to the mixed melt. This is because generation of miscellaneous crystals is suppressed and crystal growth is promoted.
種結晶のa面を長手方向がm軸方向の帯状とするには、たとえば長手方向がm軸方向で、混合融液19に接する長手方向側面がa面の棒状の形状としたり、III 族窒化物半導体のa面基板に帯状の凹部やマスクを形成したりすればよい。
In order to make the a-plane of the seed crystal into a belt-like shape whose longitudinal direction is the m-axis direction, for example, the longitudinal direction is the m-axis direction, and the longitudinal side surface in contact with the mixed
頂角が120度の二等辺三角形となるのは、m面が形成されるためである。 The reason why the apex angle is an isosceles triangle is 120 degrees is because the m-plane is formed.
第2の発明は、III 族金属とアルカリ金属とを少なくとも含む混合融液と、少なくとも窒素を含む気体とを反応させ、種結晶にIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体製造方法において、種結晶は、m軸方向に沿ったストライプ状の凹部が形成されたIII 族窒化物半導体のa面基板であって、長手方向をm軸方向とする帯状にIII 族窒化物半導体のa面が形成された種結晶であり、種結晶のa面に、III 族窒化物半導体結晶をa軸方向に板状に成長させることで、III 族窒化物半導体のc面基板を得ることを特徴とするIII 族窒化物半導体製造方法である。 A second invention is a method for producing a group III nitride semiconductor, in which a mixed melt containing at least a group III metal and an alkali metal is reacted with a gas containing at least nitrogen to grow a group III nitride semiconductor on a seed crystal. in the seed crystal, I a-plane substrate der striped recess along the m-axis direction is formed a group III nitride semiconductor, a strip of the longitudinal and the m-axis direction of the group III nitride semiconductor It is a seed crystal in which an a-plane is formed, and a group III nitride semiconductor crystal is grown in a plate shape in the a-axis direction on the a-plane of the seed crystal, thereby obtaining a c-plane substrate of a group III nitride semiconductor. This is a group III nitride semiconductor manufacturing method characterized.
第3の発明は、III 族金属とアルカリ金属とを少なくとも含む混合融液と、少なくとも窒素を含む気体とを反応させ、種結晶にIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体製造方法において、種結晶は、m軸方向に沿ったストライプ状のマスクが形成されたIII 族窒化物半導体のa面基板であって、長手方向をm軸方向とする帯状にIII 族窒化物半導体のa面が形成された種結晶であり、種結晶のa面に、III 族窒化物半導体結晶をa軸方向に板状に成長させることで、III 族窒化物半導体のc面基板を得ることを特徴とするIII 族窒化物半導体製造方法である。 A third invention relates to a method for producing a group III nitride semiconductor, in which a mixed melt containing at least a group III metal and an alkali metal is reacted with a gas containing at least nitrogen to grow a group III nitride semiconductor on a seed crystal. in the seed crystal, a-plane substrate der the m-axis striped mask along the direction are formed III-nitride semiconductor, a strip of the longitudinal and the m-axis direction of the group III nitride semiconductor It is a seed crystal in which an a-plane is formed, and a group III nitride semiconductor crystal is grown in a plate shape in the a-axis direction on the a-plane of the seed crystal, thereby obtaining a c-plane substrate of a group III nitride semiconductor. This is a method for producing a group III nitride semiconductor.
マスクの材料は、混合融液に融解せず、III 族窒化物半導体を結晶成長させないものであればよく、たとえばW(タングステン)などを用いることができる。 The mask material may be any material as long as it does not melt into the mixed melt and does not cause the group III nitride semiconductor to crystallize. For example, W (tungsten) can be used.
上記の第2、第3の発明において、III 族窒化物半導体結晶は、頂角120度で対辺の長さが種結晶a面の長手方向の長さである二等辺三角形の板状となるまで成長させた段階で結晶成長を終了させても良い。
また、上記の第1〜第3の発明において、種結晶は、III 族窒化物半導体とは異なる材料の成長基板上にa面のIII 族窒化物半導体が形成されたテンプレート基板でも良く、凹部は、成長基板に達する深さまで形成されていても良い。
In the above second and third inventions, the group III nitride semiconductor crystal is in the shape of an isosceles triangle plate having an apex angle of 120 degrees and the opposite side length in the longitudinal direction of the seed crystal a plane. Crystal growth may be terminated at the stage of growth.
In the first to third inventions described above, the seed crystal may be a template substrate in which an a-plane group III nitride semiconductor is formed on a growth substrate made of a material different from the group III nitride semiconductor , and the concave portion is Further, it may be formed to a depth reaching the growth substrate .
成長基板の材料は、たとえばサファイア基板である。 The material of the growth substrate is, for example, a sapphire substrate.
また、第1の発明において、種結晶は、長手方向をm軸方向、長手方向側面のうち少なくとも1つの面をIII 族窒化物半導体のa面とする棒状の形状であっても良い。
第4の発明は、第1の発明から第3の発明であるIII 族窒化物半導体製造方法によって得られたc面基板を種結晶として、III 族金属とアルカリ金属とを少なくとも含む混合融液と、少なくとも窒素を含む気体とを反応させ、c面基板にIII 族窒化物半導体を結晶成長させることを特徴とするIII 族窒化物半導体製造方法である。
In the first invention, the seed crystal may have a rod-like shape in which the longitudinal direction is the m-axis direction and at least one of the longitudinal side surfaces is the a-plane of the group III nitride semiconductor.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a mixed melt containing at least a group III metal and an alkali metal using a c-plane substrate obtained by the group III nitride semiconductor manufacturing method according to the first to third aspects as a seed crystal A method for producing a group III nitride semiconductor, comprising reacting a gas containing at least nitrogen and growing a group III nitride semiconductor on a c-plane substrate.
第5の発明は、III 族金属とアルカリ金属とを少なくとも含む混合融液と、少なくとも窒素を含む気体とを反応させ、III 族窒化物半導体を結晶成長させることによりc面基板を製造する際に用いる種結晶において、種結晶は、m軸方向に沿ったストライプ状の凹部が形成されたIII 族窒化物半導体のa面基板であり、長手方向をm軸方向とする帯状にIII 族窒化物半導体のa面が形成されている種結晶であることを特徴とするIII 族窒化物半導体育成用の種結晶である。 In a fifth aspect of the invention, when a c-plane substrate is produced by reacting a mixed melt containing at least a group III metal and an alkali metal with a gas containing at least nitrogen and growing a group III nitride semiconductor crystal. In the seed crystal to be used, the seed crystal is a group III nitride semiconductor a-plane substrate in which stripe-shaped recesses along the m-axis direction are formed, and the group III nitride semiconductor is formed in a band shape having the longitudinal direction as the m-axis direction This is a seed crystal for growing a group III nitride semiconductor, characterized in that it is a seed crystal in which the a-plane is formed.
第6の発明は、III 族金属とアルカリ金属とを少なくとも含む混合融液と、少なくとも窒素を含む気体とを反応させ、III 族窒化物半導体を結晶成長させることによりc面基板を製造する際に用いる種結晶において、種結晶は、m軸方向に沿ったストライプ状の凹部が形成されたIII 族窒化物半導体のa面基板であり、種結晶は、m軸方向に沿ったストライプ状のマスクが形成されたIII 族窒化物半導体のa面基板であることを特徴とするIII 族窒化物半導体育成用の種結晶である。 In a sixth aspect of the invention, a c-plane substrate is produced by reacting a mixed melt containing at least a group III metal and an alkali metal with a gas containing at least nitrogen and growing a group III nitride semiconductor crystal. In the seed crystal to be used, the seed crystal is a group III nitride semiconductor a-plane substrate formed with stripe-shaped recesses along the m-axis direction, and the seed crystal has a stripe-shaped mask along the m-axis direction. A seed crystal for growing a group III nitride semiconductor, which is an a-plane substrate of a formed group III nitride semiconductor.
第5、第6の発明において、種結晶は、III 族窒化物半導体とは異なる材料の成長基板上にa面のIII 族窒化物半導体が形成されたテンプレート基板であっても良く、凹部は、成長基板に達する深さまで形成されていても良い。 In the fifth and sixth inventions, the seed crystal may be a template substrate in which an a-plane group III nitride semiconductor is formed on a growth substrate made of a material different from the group III nitride semiconductor, It may be formed to a depth reaching the growth substrate .
本発明は、Naフラックス法によるIII 族窒化物半導体の結晶成長において、a面の成長速度が早く、c面やm面はa面に比べて成長速度が非常に遅い、という現象を利用したものである。長手方向をm軸方向とする帯状にIII 族窒化物半導体のa面が形成された種結晶をNaフラックス法に用いると、a面上にa軸方向に早く結晶成長し、c軸方向やm軸方向にはあまり結晶成長しないため、主面をc面とする板状のIII 族窒化物半導体結晶を得ることができる。また、a軸方向への結晶成長はc軸方向やm軸方向への結晶成長よりも早いことから、従来のc軸方向の成長によってc面基板を得る場合に比べ、結晶育成時間を大幅に短縮することができる。 The present invention utilizes the phenomenon that in the crystal growth of a group III nitride semiconductor by the Na flux method, the growth rate of the a-plane is fast, and the growth rate of the c-plane and m-plane is much slower than that of the a-plane. It is. When a seed crystal in which the a-plane of a group III nitride semiconductor is formed in a strip shape with the longitudinal direction as the m-axis direction is used for the Na flux method, the crystal grows quickly in the a-axis direction on the a-plane, and the c-axis direction and m Since the crystal does not grow so much in the axial direction, a plate-like group III nitride semiconductor crystal having a principal surface of c-plane can be obtained. In addition, since crystal growth in the a-axis direction is faster than crystal growth in the c-axis direction and m-axis direction, the crystal growth time is significantly longer than when a c-plane substrate is obtained by conventional growth in the c-axis direction. It can be shortened.
頂角が120度の二等辺三角形の板状となるまで結晶成長させた段階で終了させると効率がよい。その理由は、二等辺三角形の板状に形成されるまではa軸方向の結晶成長であり、その結晶成長速度は速いが、m面が形成されて二等辺三角形の板状となったあとは、混合融液に接する結晶面はc面、m面であり、c軸方向およびm軸方向の結晶成長となるので結晶成長の速度が遅くなるためである。 It is efficient if the process is terminated at the stage of crystal growth until it becomes a plate shape of an isosceles triangle having an apex angle of 120 degrees. The reason for this is crystal growth in the a-axis direction until it is formed into an isosceles triangle plate shape, and the crystal growth rate is fast, but after the m-plane is formed into an isosceles triangle plate shape. This is because the crystal planes in contact with the mixed melt are the c-plane and m-plane, and the crystal growth is slow because the crystal growth is in the c-axis direction and the m-axis direction.
また、第4の発明によると、より転位の少ない高品質なIII 族窒化物半導体を得ることができる。その理由は、第1の発明から第3の発明により得られたc面基板には、結晶成長方向であるa軸方向に沿って転位が生じるが、再度このc面基板を種結晶としてNaフラックス法により結晶成長させると、成長方向であるc軸方向には転位が伝搬しないためである。 In addition, according to the fourth invention, a high-quality group III nitride semiconductor with fewer dislocations can be obtained. The reason for this is that dislocations occur along the a-axis direction, which is the crystal growth direction, in the c-plane substrate obtained by the first to third inventions. This is because when the crystal is grown by this method, dislocations do not propagate in the c-axis direction, which is the growth direction.
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples.
実施例1は、Naフラックス法によってc面基板を得るIII 族窒化物半導体製造方法である。まず、この製造方法に用いるIII 族窒化物半導体製造装置の構成について説明する。 Example 1 is a Group III nitride semiconductor manufacturing method for obtaining a c-plane substrate by the Na flux method. First, the structure of the group III nitride semiconductor manufacturing apparatus used for this manufacturing method is demonstrated.
図1は、III 族窒化物半導体製造装置の構成を示す図である。III 族窒化物半導体製造装置は、図1に示すように、反応容器10と、反応容器10内部に配置され、III 族金属とアルカリ金属との混合融液19、および種結晶14を保持する坩堝11と、反応容器10を加熱する加熱装置12と、窒素を供給する供給管16と、反応容器10内部から外部へ排気する排気管17と、により構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a group III nitride semiconductor manufacturing apparatus. As shown in FIG. 1, the Group III nitride semiconductor manufacturing apparatus is a crucible that holds a
反応容器10は、円筒形状のステンレス製で、耐圧・耐熱性を有している。反応容器10の内部には、坩堝11が配置されている。
The
坩堝11は、円筒形状のアルミナ製である。内部にIII 族金属とアルカリ金属との混合融液19、および種結晶14が配置されたダミー基板15が保持される。アルカリ金属としてNaが通常用いられるが、K(カリウム)を用いてもよく、Li(リチウム)や、MgやCaなどのアルカリ土類金属が添加されていてもよい。また、C(炭素)が添加されていることが望ましい。雑晶の発生が抑制され、結晶成長が促進されるからである。
The
加熱装置12は、反応容器10外側の側部に配置されている。この加熱装置12によって反応容器10内部の温度が制御される。
The
種結晶14はIII 族窒化物半導体からなる棒状の直方体である。長手方向がm軸方向であり、4つの長手方向側面のうち、対向する側面141、142はa面、その側面141、142に直交して対向する側面143、144はc面であり、側面143はN極性面、側面144はGa極性面である(図2参照)。また、これらの側面141〜144に直交する面145、146はm面である。したがって種結晶14のa面は、長手方向がm軸方向の帯状に形成されている。このような種結晶14は、たとえばIII 族窒化物半導体のc面基板をa軸に沿ってストライプ状に切断することで得られる。種結晶14は、鉛直方向がc軸方向、水平方向はa軸方向、m軸方向であり、N極性面がダミー基板15に接するように、ダミー基板15上に配置されている。したがって、種結晶14のa面である側面141、142が鉛直方向に平行で、c面である側面143、144が鉛直方向に垂直となるように配置されていて、N極性面である側面143がダミー基板15に接する下面、Ga極性面である側面141は混合融液19に接する上面である。なお、種結晶14をダミー基板15上に複数配置するようにしてもよい。
The
供給管16および排気管17は、反応容器10内部に開口して接続している。供給管16は、反応容器10内に窒素を供給し、排気管17は、反応容器10内部から外部への排気をするものである。この供給管16および排気管17による窒素供給量、排気量によって反応容器10内部の圧力が制御される。なお、窒素に替えて窒素を含む気体の化合物、たとえばアンモニアを供給するようにしてもよい。また、アルゴンなどの不活性ガスを窒素や窒素を含む気体の化合物に混合して供給してもよい。
The
このIII 族窒化物半導体製造装置は、加熱装置12で温度を、供給管16および排気管17で圧力を制御することにより、坩堝11に保持された混合融液19中のIII 族金属と窒素を反応させて種結晶14にIII 族窒化物半導体結晶を成長させる装置である。III 族窒化物半導体結晶は、種結晶14のa面(側面141、142)から板状に成長させる。板状に成長したIII 族窒化物半導体結晶の主面は、a面に垂直であるからc面となる。すなわち、長手方向をm軸方向とする帯状のa面からIII 族窒化物半導体を板状に結晶成長させることでc面基板を得ることができる。板状に成長させるには、a軸方向の成長速度がc軸方向やm軸方向の成長速度よりも十分に早い条件であればよく、Naフラックス法において通常用いられる温度、圧力の範囲であればこの条件は満たされる。すなわち、温度は800〜900℃、圧力は3.5〜5.0MPaの範囲であればよい。より望ましいのは温度850〜880℃、圧力3.8〜4.2MPaの範囲である。a軸方向の成長速度がc軸方向やm軸方向の成長速度に比べてより早くなるからである。
In this group III nitride semiconductor manufacturing apparatus, the temperature is controlled by the
図3は、温度870℃、圧力4.2MPaの条件で結晶育成時間を20時間として、GaNを結晶成長させた場合について示している。種結晶14の材料にはGaNを用い、混合融液19にはGa、Na、Cを混合したものを用いた。Cの割合はNaに対して0.5mol%である。種結晶14のa面である側面141、142には、Naフラックス法によって結晶成長したGaNのc面基板18がそれぞれ形成されている。このc面基板18は、平面形状が二等辺三角形で、厚さが種結晶14のc軸方向の幅Lの板状である。この二等辺三角形の頂角は約120度で、対辺は種結晶14の長手方向(m軸方向)の長さである。また、120度を成すc面基板18の側面18a、bはm面である。したがって、種結晶14と2つのc面基板18を合わせた全体としての形状は、側面をm面とする六角形で、膜厚がLのc面基板となっている。
FIG. 3 shows a case where GaN is grown under the conditions of a temperature of 870 ° C. and a pressure of 4.2 MPa with a crystal growth time of 20 hours. The
また図4は、結晶育成時間を120時間とした以外は上記と同一の条件でGaNを結晶成長させた場合について示している。結晶育成時間を20時間とした図3と比較するとわかるように、図3の状態からm軸方向、c軸方向へとさらに結晶成長していて、全体としては、側面をm面とする六角形のc面基板の面積がより広く、かつ、より厚くなった形状である。また、m軸方向への結晶成長の結果としてa軸方向へ幅X成長したが、これはc軸方向への成長の幅Yとほぼ同じであった。 FIG. 4 shows a case where GaN is grown under the same conditions as described above except that the crystal growth time is 120 hours. As can be seen from a comparison with FIG. 3 in which the crystal growth time is 20 hours, the crystal is further grown from the state of FIG. 3 in the m-axis direction and the c-axis direction. The c-plane substrate has a larger area and a thicker shape. Further, as a result of crystal growth in the m-axis direction, a width X was grown in the a-axis direction, which was almost the same as the growth width Y in the c-axis direction.
図3に示すように、m面が形成されて二等辺三角形状となるまではa軸方向の成長であり、結晶成長の速度が早いため、結晶育成時間が20時間で済むのに対し、二等辺三角形状となったあとはm軸方向、c軸方向の成長となるため結晶成長速度が遅く、図4に示す形状となるまでにはさらに100時間を要している。 As shown in FIG. 3, the growth is in the a-axis direction until the m-plane is formed and becomes an isosceles triangle, and the crystal growth time is fast, so that the crystal growth time is 20 hours. After the equilateral triangle is formed, the crystal growth rate is slow because the growth is in the m-axis direction and the c-axis direction. It takes 100 hours to obtain the shape shown in FIG.
このことから、二等辺三角形の板状に形成された段階で結晶成長を終了させると、効率的にIII 族窒化物半導体のc面基板を製造することができることがわかる。 From this, it can be seen that the c-plane substrate of the group III nitride semiconductor can be efficiently manufactured by terminating the crystal growth at the stage where the isosceles triangular plate is formed.
なお、実施例1では種結晶14のa面である側面141、142の両方の面からIII 族窒化物半導体を結晶成長させているが、側面141、142のうち一方の側面がダミー基板15に接するように配置することで、他の一方の側面のみが混合融液19に接するようにし、一方の側面のみからa軸方向(水平方向)に結晶成長させてもよい。
In Example 1, the group III nitride semiconductor is crystal-grown from both
実施例2のIII 族窒化物半導体製造方法は、実施例1のIII 族窒化物半導体製造方法で用いた種結晶14およびダミー基板15に替えて図5に示す種結晶24を用いるものである。
The Group III nitride semiconductor manufacturing method of Example 2 uses a
種結晶24は、III 族窒化物半導体のa面基板241上に、m軸方向に沿ったストライプ状の凹部243を形成し、その凹部243にマスク242を形成したものである。マスク242は凹部243の底面にのみ形成してもよいし、凹部243を埋めるように形成してもよい。マスク242は、タングステンである。混合融液19に融解せず、マスク上にIII 族窒化物半導体を成長させないものであれば、タングステン以外のものを用いてもよい。種結晶24の構造をこのようにすることで、長手方向をm軸方向とする帯状のa面が複数形成された構造となる。種結晶24は、a面が上面、つまり鉛直方向がa軸方向となるように混合融液19中に配置されていて、a面は混合融液19に接している。
The
なお、種結晶24は、サファイア基板などの異種基板上にa面を主面とするIII 族窒化物半導体が形成されたテンプレート基板であってもよい。
The
図6は、種結晶24を用いてNaフラックス法によりIII 族窒化物半導体を結晶成長させた結果を示す図である。帯状に形成された複数のa面上に、III 族窒化物半導体がa軸方向に結晶成長し、マスク242上には結晶成長しないため、図6のように、複数のc面基板28を一度に得ることができる。このc面基板28は、実施例1のc面基板と同様に平面形状が頂角120度の二等辺三角形であり、側面はm面である。
FIG. 6 is a diagram showing a result of crystal growth of a group III nitride semiconductor using the
実施例3のIII 族窒化物半導体製造方法は、実施例1のIII 族窒化物半導体製造方法において用いた種結晶14およびダミー基板15に替えて図7に示す種結晶34を用いるものである。
The Group III nitride semiconductor manufacturing method of Example 3 uses a
種結晶34は、r面サファイア基板341上にa面を主面とするIII 族窒化物半導体342が形成されたテンプレート基板である。III 族窒化物半導体342には、長手方向をm軸方向とするストライプ状の凹部343が形成されている。その凹部343はサファイア基板341に達する深さであり、サファイア基板341が露出している。これにより、長手方向をm軸方向とする帯状のa面が複数形成された構造となっている。種結晶34は、実施例2の種結晶24と同様に、a面が上面、つまり鉛直方向がa軸方向となるように混合融液19中に配置されていて、a面は混合融液19に接している。なお、サファイア基板の露出面にタングステンなどのマスクを形成してもよい。
The
この種結晶34を用いてNaフラックス法によりIII 族窒化物半導体を結晶成長させた場合も、実施例2と同様にIII 族窒化物半導体のc面基板を一度に複数得ることができる。
Even when a group III nitride semiconductor is crystal-grown using this
実施例1において作製した図3に示すc面基板18を種結晶として、実施例1に示したIII 族窒化物半導体製造装置を用いたNaフラックス法によりc面基板18のc面にIII 族窒化物半導体を成長させる。これにより、図8に示すように、c面基板上および種結晶14のc面上にIII 族窒化物半導体が結晶成長し、さらに厚膜なc面基板となる。この成長したIII 族窒化物半導体結晶40は、転位が少なく、高品質となる。これは次の理由による。実施例1により得られたc面基板18はa面成長であったため、転位はa軸方向に沿って生じる。一方、このc面基板18を種結晶として成長するIII 族窒化物半導体結晶40はc軸方向に成長する。そのため、c面基板18のa軸に沿った転位は、III 族窒化物半導体結晶40には伝搬せず、転位が少なく高品質なIII 族窒化物半導体40を成長させることができるのである。
The c-
なお、種結晶は実施例1〜3に示したものに限るものではなく、長手方向をm軸方向とする帯状にIII 族窒化物半導体のa面が形成されたものであればよい。 The seed crystal is not limited to those shown in Examples 1 to 3, and any seed crystal may be used as long as the a-plane of the group III nitride semiconductor is formed in a strip shape with the longitudinal direction being the m-axis direction.
また、実施例2〜3ではいずれも種結晶のa面が鉛直方向に垂直となるようにしているが、種結晶のa面が混合融液に接するのであればよい。たとえば、種結晶のa面を鉛直方向に平行にして混合融液と接するようにしてもよい。 In all of Examples 2 to 3, the a-plane of the seed crystal is perpendicular to the vertical direction, but it is only necessary that the a-plane of the seed crystal is in contact with the mixed melt. For example, the a-plane of the seed crystal may be parallel to the vertical direction so as to contact the mixed melt.
また、III 族窒化物半導体製造装置の構成は実施例に示したものに限るものではなく、たとえば坩堝を回転させる機構を備えた製造装置であってもよい。また、種結晶を混合融液の界面付近に保持した状態で回転させる機構を備えた製造装置であってもよい。 Further, the configuration of the group III nitride semiconductor manufacturing apparatus is not limited to that shown in the embodiment, and may be a manufacturing apparatus having a mechanism for rotating a crucible, for example. Moreover, the manufacturing apparatus provided with the mechanism in which a seed crystal is rotated in the state hold | maintained in the vicinity of the interface of a mixed melt may be sufficient.
本発明は、III 族窒化物半導体のc面基板の製造に用いることができる。 The present invention can be used for manufacturing a c-plane substrate of a group III nitride semiconductor.
10:反応容器
11:坩堝
12:加熱装置
14、24、34、44:種結晶
15:ダミー基板
16:供給管
17:排気管
18、28:c面基板
10: reaction vessel 11: crucible 12:
Claims (12)
前記種結晶は、長手方向をm軸方向とする帯状にIII 族窒化物半導体のa面が形成されており、
前記種結晶のa面に、III 族窒化物半導体結晶をa軸方向に板状に成長させ、成長させた前記III 族窒化物半導体結晶が、頂角120度で対辺の長さが前記種結晶a面の長手方向の長さである二等辺三角形の板状となるまで成長させた段階で結晶成長を終了させることで、III 族窒化物半導体のc面基板を得る、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体製造方法。 In a Group III nitride semiconductor manufacturing method in which a mixed melt containing at least a Group III metal and an alkali metal is reacted with a gas containing at least nitrogen to grow a Group III nitride semiconductor on a seed crystal.
In the seed crystal, the a-plane of the group III nitride semiconductor is formed in a band shape having the longitudinal direction as the m-axis direction,
A group III nitride semiconductor crystal is grown on the a-plane of the seed crystal in a plate shape in the a-axis direction, and the grown group III nitride semiconductor crystal has an apex angle of 120 degrees and the opposite side length is the seed crystal. The c-plane substrate of the group III nitride semiconductor is obtained by terminating crystal growth at the stage of growth until it becomes a plate shape of an isosceles triangle that is the length in the longitudinal direction of the a-plane.
A method for producing a Group III nitride semiconductor.
前記種結晶は、m軸方向に沿ったストライプ状の凹部が形成されたIII 族窒化物半導体のa面基板であって、長手方向をm軸方向とする帯状にIII 族窒化物半導体のa面が形成された種結晶であり、
前記種結晶のa面に、III 族窒化物半導体結晶をa軸方向に板状に成長させることで、III 族窒化物半導体のc面基板を得る、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体製造方法。 In a Group III nitride semiconductor manufacturing method in which a mixed melt containing at least a Group III metal and an alkali metal is reacted with a gas containing at least nitrogen to grow a Group III nitride semiconductor on a seed crystal.
The seed crystal is a group III nitride semiconductor a-plane substrate in which stripe-shaped recesses along the m-axis direction are formed, and the a-plane of the group III nitride semiconductor is formed in a band shape having the longitudinal direction as the m-axis direction. Is a seed crystal formed,
A group III nitride semiconductor crystal is grown on the a-plane of the seed crystal in a plate shape in the a-axis direction to obtain a group III nitride semiconductor c-plane substrate.
A method for producing a Group III nitride semiconductor.
前記種結晶は、m軸方向に沿ったストライプ状のマスクが形成されたIII 族窒化物半導体のa面基板であって、長手方向をm軸方向とする帯状にIII 族窒化物半導体のa面が形成された種結晶であり、
前記種結晶のa面に、III 族窒化物半導体結晶をa軸方向に板状に成長させることで、III 族窒化物半導体のc面基板を得る、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体製造方法。 In a Group III nitride semiconductor manufacturing method in which a mixed melt containing at least a Group III metal and an alkali metal is reacted with a gas containing at least nitrogen to grow a Group III nitride semiconductor on a seed crystal.
The seed crystal is a group III nitride semiconductor a-plane substrate in which a striped mask along the m-axis direction is formed, and the a-plane of the group III nitride semiconductor in a band shape with the longitudinal direction as the m-axis direction. Is a seed crystal formed,
A group III nitride semiconductor crystal is grown on the a-plane of the seed crystal in a plate shape in the a-axis direction to obtain a group III nitride semiconductor c-plane substrate.
A method for producing a Group III nitride semiconductor.
前記凹部は、前記成長基板に達する深さまで形成されている、
ことを特徴とする請求項2に記載のIII 族窒化物半導体製造方法。 The seed crystal is a template substrate in which an a-plane group III nitride semiconductor is formed on a growth substrate made of a material different from the group III nitride semiconductor.
The recess is formed to a depth reaching the growth substrate.
Group III nitride semiconductor production method according to claim 2 you wherein a.
ことを特徴とする請求項1に記載のIII 族窒化物半導体製造方法。 The seed crystal has a rod-like shape in which the longitudinal direction is the m-axis direction and at least one of the longitudinal side surfaces is the a-plane of the group III nitride semiconductor.
The method for producing a group III nitride semiconductor according to claim 1.
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体製造方法。 A mixed melt containing at least a group III metal and an alkali metal, using, as a seed crystal, the c-plane substrate obtained by the method for producing a group III nitride semiconductor according to any one of claims 1 to 7, and at least Reacting with a gas containing nitrogen to grow a group III nitride semiconductor on the c-plane substrate;
A method for producing a Group III nitride semiconductor.
前記種結晶は、m軸方向に沿ったストライプ状の凹部が形成されたIII 族窒化物半導体のa面基板であり、長手方向をm軸方向とする帯状にIII 族窒化物半導体のa面が形成されている種結晶である、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体育成用の種結晶。 In a seed crystal used for producing a c-plane substrate by reacting a mixed melt containing at least a group III metal and an alkali metal with a gas containing at least nitrogen and growing a group III nitride semiconductor crystal,
The seed crystal is a group-III nitride semiconductor a-plane substrate in which stripe-shaped recesses along the m-axis direction are formed, and the group-a nitride semiconductor a-plane is formed in a band shape having the longitudinal direction as the m-axis direction. A seed crystal that is formed,
A seed crystal for growing a group III nitride semiconductor.
前記種結晶は、m軸方向に沿ったストライプ状のマスクが形成されたIII 族窒化物半導体のa面基板であり、長手方向をm軸方向とする帯状にIII 族窒化物半導体のa面が形成されている種結晶である、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体育成用の種結晶。 In a seed crystal used for producing a c-plane substrate by reacting a mixed melt containing at least a group III metal and an alkali metal with a gas containing at least nitrogen and growing a group III nitride semiconductor crystal,
The seed crystal is a group III nitride semiconductor a-plane substrate on which a stripe-shaped mask is formed along the m-axis direction, and the a-plane of the group III nitride semiconductor has a strip shape with the longitudinal direction as the m-axis direction. A seed crystal that is formed,
A seed crystal for growing a group III nitride semiconductor.
前記凹部は、前記成長基板に達する深さまで形成されている、
ことを特徴とする請求項9に記載のIII 族窒化物半導体育成用の種結晶。 The seed crystal is a template substrate in which an a-plane group III nitride semiconductor is formed on a growth substrate made of a material different from the group III nitride semiconductor.
The recess is formed to a depth reaching the growth substrate.
The seed crystal for growing a group III nitride semiconductor according to claim 9.
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