JP5424476B2 - 単結晶基板、その製造方法、当該単結晶基板上に形成してなる半導体薄膜、および半導体構造 - Google Patents
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Description
(実施例1)
単結晶LaBGeO5から略{0001}面を切り出した単結晶基板に対し光学研磨をした後、当該単結晶基板をMOVPE(Metal 0rganic Vapor Phase Epitaxy;有機金属気相成長)チャンバー内に装着し、約800℃にて30 分間保持して単結晶基板表面の清浄化を行った。その後、単結晶基板温度を650℃にしてアンモニアガス(NH3)を、流量1 [slm]、10 分間流した(以下、「NH3ガス処理」という)。当該NH3ガス処理の前後における単結晶基板表面の変化をX線回折法により調べた。
(実施例2)
実施例1と同様に単結晶LaBGeO5から略三方晶{0001}面を切り出した単結晶基板に対し光学研磨をした後、当該単結晶基板をMOVPE チャンバー内に装着し、約800℃にて30 分間保持して単結晶基板表面の清浄化を行った。その後、単結晶基板温度を625℃にしてIn 有機金属ガス、アンモニアガス(流量8.5 [slm])、および水素ガスを2時間流してInN 薄膜を厚み約100nm 堆積させた。なお、圧力は0.2MPa(1560Torr)とした。
(実施例3)
純度99.99%のLa2O3、B2O3、およびGeO2を母原料として化学量論的組成(La:B:Ge=1:1:1 モル比)に秤量、混合したものを大気中で1000℃で10 時間焼成して焼結体を形成した。当該焼結体のX線回折法による分析の結果、未反応成分に起因する回折ピークは全く見られなかった。焼結温度が1000℃以下の場合や焼結時間が10 時間未満の場合には、時として未反応の回折ピークや他組成であるpyrogermanate La2Ge2O7 と思われるピークが見られた。このことから、焼結体は、1000℃以上、および10時間以上、加熱して形成することが好ましいことが確認できた。
(実施例4)
1100℃で10 時間以上焼結した原料を直径45mm、深さ45mm の白金製るつぼに入れて高周波加熱により溶融した後に種子結晶を浸けて引上げ速度毎時0.5から2.0mm で引上げて結晶を育成した。その結果、毎時2.0mm では結晶全体が多結晶化して単結晶は得られなかった。毎時1.0mm では時として結晶中心部に多結晶域の発生、具体的には亜粒界を伴ったセル成長が部分的に見られた。一方、毎時0.5から0.6mm では内部に多結晶域や亜粒界の存在が全く無い単結晶が得られた。
(実施例5)
1100℃で10 時間以上焼結した原料を直径45mm、深さ45mm の白金製るつぼに入れて高周波加熱により溶融した後に種子結晶を浸けて引上げ速度毎時0.5から2.0mm で引上げて単結晶を育成した。その際、炉内雰囲気を窒素(N2)雰囲気とした。引き上げた結晶は、内部35%以上は不透明で、この領域を偏光顕微鏡でコノスコープ像を詳細に検討した結果、多結晶化域であることを確認した。
(実施例6)
純度99.99%のLa2O3、Pr6O11、B2O3、およびGeO2を母原料として化学式La1-xPrxBGeO5 で表すx を0.5 になるように秤量、混合したものを大気中で1000℃で10 時間焼成して焼結体を形成した。当該焼結体のX線回折法による分析の結果、未反応成分に起因する回折ピークは全く見られなかった。このときの格子定数はa=6.935Å、c=6.84Åとなった。
(実施例7)
実施例6で得られたx=0.5 の焼結体を実施例4と同じく引上げ法で引上げ速度を毎時約0.45mm とし、大気雰囲気で単結晶を育成した結果、Pr に起因する緑色を呈した単結晶を得た。なお、単結晶中に微細な気泡が僅かではあるが介在していた。
(実施例8)
実施例7と同じ条件下で、雰囲気を窒素(N2)雰囲気下で単結晶を育成した結果、微細な気泡等の介在が無いことを確認した。このことから、La1-xPrxBGeO5 の単結晶育成時の炉内雰囲気は不活性ガス雰囲気にすることが重要であることを確認できた。
(変形例)
なお、本実施例では単結晶育成にチョクラルスキー法を用いたが、焼結体を溶融した融液から種子結晶を用いて育成する他の方法、例えば溶融帯移動法(フローティング・ゾーン法)、ブリッジマン法、キロポラス法やベルヌーイ法などいわゆるメルト成長法を用いてもよい。加えて、これら融液からの育成においては育成軸方位は種々試行されるべきものであって、本発明においても育成軸を限定するものではない。要は本発明における基板材料の単結晶化の手法は溶体から実施することを示したものである。また、本発明の単結晶基板上に、InN を基としたInGaAlN 薄膜を成長させるには、実施例のMOVPE 法以外の手法、例えばMBE(Molecular Beam Epitaxy;分子線エピタキシャル成長)を用いてもよい。
2 光通信用レーザに実用になっている発振波長域
3 Stillwellite 構造の{0001}面投影図
4 InN{0001}格子
Claims (13)
- 窒化インジウム(InN)を基とするIn1-(x+y)GaxAlyN(x≧0、y≧0、かつx+y≦0.35)薄膜を成長させる単結晶基板において、stillwellite型構造を持つ三方晶系に属する化学式REBGeO5(REは希土類元素)で標記される単結晶で形成されてなることを特徴とする単結晶基板。
- 結晶学的方位{0001}を基板面とすることを特徴とする請求項1記載の単結晶基板。
- 前記単結晶は、1000℃以上に加熱して形成した焼結体を母材として育成したことを特徴とする請求項1記載の単結晶基板。
- 前記REがLaであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の単結晶基板。
- 前記REが、LaとPrであって、化学式La1-xPrxBGeO5(0.6>x>0)で表記される単結晶であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の単結晶基板。
- 前記単結晶は、大気または酸素雰囲気下で融液から育成されたことを特徴とする請求項4記載の単結晶基板。
- 前記単結晶は、大気または不活性ガス雰囲気下で融液から育成されたことを特徴とする請求項5記載の単結晶基板。
- 請求項1〜7のいずれかに示す単結晶基板上に成長させてなることを特徴とする窒化インジウム(InN)を基とするIn1-(x+y)GaxAlyN(x≧0、y≧0、かつx+y≦0.35)薄膜。
- 請求項1〜7のいずれかに示す単結晶基板と、前記単結晶基板上に成長させた窒化インジウム(InN)を基とするIn1-(x+y)GaxAlyN(x≧0、y≧0、かつx+y≦0.35)薄膜とを有することを特徴とする半導体構造。
- 窒化インジウム(InN)を基とするIn1-(x+y)GaxAlyN(x≧0、y≧0、かつx+y≦0.35)薄膜を成長させる単結晶基板の製造方法において、
原料を加熱して焼結体を形成する焼結工程と、
前記焼結体を溶融してstillwellite型構造を持つ三方晶系に属する化学式REBGeO5(REは希土類元素)で標記される単結晶を融液から育成する結晶育成工程と、
前記単結晶から結晶学的方位{0001}を基板面として切り出す切り出し工程と
を備えることを特徴とする単結晶基板の製造方法。 - 前記焼結工程は、1000℃以上で加熱することを特徴とする請求項10記載の単結晶基板の製造方法。
- 前記結晶育成工程は、大気または酸素雰囲気下で育成することを特徴とする請求項10または11記載の単結晶基板の製造方法。
- 前記結晶育成工程は、不活性ガス雰囲気下で育成することを特徴とする請求項10または11記載の単結晶基板の製造方法。
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