JP5440636B2 - GaN単結晶体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態であるGaN単結晶体10は、ウルツ型結晶構造を有し、30℃において弾性定数C11が348GPa以上365GPa以下かつ弾性定数C13が90GPa以上98GPa以下、または、弾性定数C11が352GPa以上362GPa以下である。
図2および図4を参照して、本発明の一実施形態であるGaN単結晶体の製造方法は、結晶成長容器110内に、Ga原料を供給するソースボート105と下地基板11と石英部材109とを配置する工程S11と、気相法により下地基板11上にGaN単結晶体10を成長させる工程S12と、を備え、GaN単結晶体10を成長させる工程において、ソースボート105の温度を980℃以上1040℃以下に保持しかつ下地基板11および石英部材109の温度を1130℃より大きく1150℃以下に保持する。
図3を参照して、本発明の一実施形態である半導体デバイス30は、実施形態1のGaN単結晶体10と、GaN単結晶体10上に形成されている少なくとも1層のIII族窒化物半導体層20と、を含む。本実施形態の半導体デバイス30は、実施形態1のGaN単結晶体10を含んでいるため、クラックの発生が極めて少ない。
図3および図4を参照して、本発明の一実施形態である半導体デバイス30の製造方法は、実施形態1のGaN単結晶体10を準備する工程S10と、GaN単結晶体10上に少なくとも1層のIII族窒化物半導体層20を形成する工程S20と、を備える。本実施形態の半導体デバイスの製造方法によれば、実施形態1のGaN単結晶体10上に少なくとも1層のIII族窒化物半導体層20を形成するため、半導体デバイスの製造の際のGaN単結晶体10およびIII族窒化物半導体層20のクラックの発生を抑制することができるため、半導体デバイスの歩留まりが高くなる。
1.GaN単結晶体の製造
図3に示すHVPE装置100を用いて、以下のようにしてGaN単結晶基板(板状のGaN単結晶体10)を製造した。詳細には、HVPE装置100の結晶成長容器110内に、Ga原料を供給するソースボート105、下地基板11としてのGaN基板、サセプタ108としてのカーボン板、局所加熱ヒータ115としての抵抗加熱ヒータ、および支持台を形成する石英部材109である石英板を配置した。詳しくは、石英板(石英部材109)上に抵抗加熱ヒータ(局所加熱ヒータ115を配置し、局所加熱ヒータ115上にカーボン板(サセプタ108)を配置し、サセプタ108上に直径2インチ(5.08cm)で厚さ400μmのGaN基板(下地基板11)を配置した(工程S11)。ここで、GaN基板(下地基板11)の主面は(0001)面でありGa原子面であった。
2−1.クラック発生率
上記のようにして得られた50枚のGaN単結晶基板(板状のGaN単結晶体)のクラックの発生の有無を以下の方法で確認した。GaN単結晶基板の両主面の表面状態を、白色のスポットライトを照射しながら、目視で観察した。GaN単結晶基板の主面においてクラックが発生している部分では、スポットライトの光が散乱されるので、クラックの有無が判断できる。かかる方法によりで、クラックが確認されたGaN単結晶基板をクラックの発生有りとし、クラックが確認されなかったGaN単結晶基板をクラックの発生無しとした。50枚のGaN単結晶基板の枚数に対するクラックの発生が有ったGaN単結晶基板の枚数の百分率をクラック発生率(%)として算出した。本実施例のGaN単結晶体のクラック発生率は2%であった。結果を表1にまとめた。
上記のようにして得られた20個のGaN単結晶体試料の弾性定数C11およびC13を30℃の雰囲気温度中でRUS法により測定した。本実施例のGaN単結晶体の30℃における弾性定数C11は348〜354GPa、弾性定数C13は96〜98GPaであった。結果を表1にまとめた。
1.GaN単結晶体の製造
ソースボートの温度を1020℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN単結晶体を製造し、50枚のGaN単結晶基板および20個のGaN単結晶試料を作製した。
実施例1と同様にして、クラック発生率および弾性定数を測定した。本実施例のGaN単結晶体のクラック発生率は0%であり、30℃における弾性定数C11は352〜362GPa、弾性定数C13は92〜95GPaであった。結果を表1にまとめた。
1.GaN単結晶体の製造
ソースボートの温度を1040℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN単結晶体を製造し、50枚のGaN単結晶基板および20個のGaN単結晶試料を作製した。
実施例1と同様にして、クラック発生率および弾性定数を測定した。本実施例のGaN単結晶体のクラック発生率は4%であり、30℃における弾性定数C11359〜365GPa、弾性定数C13は90〜92GPaであった。結果を表1にまとめた。
1.GaN単結晶体の製造
ソースボートの温度を1020℃、下地基板および石英部材の温度を1140℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN単結晶体を製造し、50枚のGaN単結晶基板および20個のGaN単結晶試料を作製した。
実施例1と同様にして、クラック発生率および弾性定数を測定した。本実施例のGaN単結晶体のクラック発生率は6%であり、30℃における弾性定数C11は352〜362GPa、弾性定数C13は86〜93GPaであった。結果を表1にまとめた。
1.GaN単結晶体の製造
下地基板および石英部材の温度を1130℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN単結晶体を製造し、50枚のGaN単結晶基板および20個のGaN単結晶試料を作製した。
実施例1と同様にして、クラック発生率および弾性定数を測定した。本実施例のGaN単結晶体のクラック発生率は24%であり、30℃における弾性定数C11は344〜347GPa、弾性定数C13は99〜100GPaであった。結果を表1にまとめた。
1.GaN単結晶体の製造
図1のHVPE装置100に対して、支持台を形成する石英部材がなく、サセプタ108および局所加熱ヒータ115に替えて局所加熱ヒータを内蔵したカーボン板のサセプタ208を用いた図5のHVPE装置230を用いたこと、ソースボートの温度を980℃、下地基板の温度を1130℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN単結晶体を製造し、50枚のGaN単結晶基板および20個のGaN単結晶試料を作製した。
実施例1と同様にして、クラック発生率および弾性定数を測定した。本実施例のGaN単結晶体のクラック発生率は48%であり、30℃における弾性定数C11は342〜345GPa、弾性定数C13は99〜102GPaであった。結果を表1にまとめた。
1.GaN単結晶体の製造
図1のHVPE装置100に対して、局所加熱ヒータ115がない図6のHVPE装置240を用いたこと、ソースボートの温度を980℃、下地基板の温度を1080℃、石英部材の温度を1080℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、GaN単結晶体を製造し、50枚のGaN単結晶基板および20個のGaN単結晶試料を作製した。
実施例1と同様にして、クラック発生率および弾性定数を測定した。本実施例のGaN単結晶体のクラック発生率は52%であり、30℃における弾性定数C11は367〜378GPa、弾性定数C13は83〜88GPaであった。結果を表1にまとめた。
Claims (7)
- ウルツ型結晶構造を有し、30℃において、弾性定数C11が348GPa以上365GPa以下かつ弾性定数C13が90GPa以上98GPa以下、または、弾性定数C11が352GPa以上362GPa以下かつ弾性定数C13が86GPa以上93GPa以下であって、主面の面積が3cm2以上であるGaN単結晶体。
- 前記主面の径が2インチ以上である請求項1に記載のGaN単結晶体。
- ウルツ型結晶構造を有し、30℃において、弾性定数C11が348GPa以上365GPa以下かつ弾性定数C13が90GPa以上98GPa以下、または、弾性定数C11が352GPa以上362GPa以下かつ弾性定数C13が86GPa以上93GPa以下であって、主面が{0001}面に対して5°以下の角度を有するGaN単結晶体。
- ウルツ型結晶構造を有し、30℃において、弾性定数C11が348GPa以上365GPa以下かつ弾性定数C13が90GPa以上98GPa以下、または、弾性定数C11が352GPa以上362GPa以下かつ弾性定数C13が86GPa以上93GPa以下のGaN単結晶体の製造方法であって、
結晶成長容器内に、Ga原料を供給するソースボートと下地基板と石英部材とを配置する工程と、
気相法により前記下地基板上に前記GaN単結晶体を成長させる工程と、を備え、
前記ソースボードと前記下地基板と前記石英部材を配置する工程において、前記下地基板および前記石英部材は、前記GaN単結晶体を成長させる際に前記石英部材から石英組成成分物質が前記GaN単結晶体に混入するように、配置されているGaN単結晶体の製造方法。 - 前記石英部材の純度が95質量%以上である請求項4に記載のGaN単結晶体の製造方法。
- 前記下地基板として、Si基板、サファイア基板、SiC基板、GaAs基板、GaN基板およびAlN基板のいずれかを用いる請求項4または請求項5に記載のGaN単結晶体の製造方法。
- 前記下地基板の主面の面積が3cm2以上である請求項4から請求項6のいずれかに記載のGaN単結晶体の製造方法。
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