JP5629870B2 - AlGaN vapor deposition method and AlGaN crystal thick film substrate manufactured by AlGaN vapor deposition method - Google Patents

AlGaN vapor deposition method and AlGaN crystal thick film substrate manufactured by AlGaN vapor deposition method Download PDF

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Description

本発明は、紫外レーザ、LED及び高周波・高出力電子デバイス等に用いられるAlGaNをエピタキシャル成長する方法及びその方法で製造されたAlGaN結晶の厚膜基板に関する。 The present invention relates to a method of epitaxially growing AlGaN used in ultraviolet lasers, LEDs, high-frequency / high-power electronic devices, and the like, and a thick film substrate of AlGaN crystal manufactured by the method .

バルク結晶を製造する通常の方法としては、HB(Horizontal Bridgiman)法やLEC(Liquid Encapsulated Czochralski)法が知られている。ところが、これらの方法では、AlGaN単結晶育成が困難である。   As an ordinary method for producing a bulk crystal, an HB (Horizontal Bridgiman) method and an LEC (Liquid Encapsulated Czochralski) method are known. However, these methods make it difficult to grow an AlGaN single crystal.

このため、近年高温高圧下での溶液成長や昇華法などによりバルク結晶の成長が試みられている。しかしながら、このような方法によっても、大型の基板結晶に用いることができるようなAlGaNの結晶は得られていない。   For this reason, in recent years, growth of bulk crystals has been attempted by solution growth under a high temperature and high pressure, a sublimation method, or the like. However, even with such a method, an AlGaN crystal that can be used for a large substrate crystal has not been obtained.

現在、AlGaNの単結晶基板の作製方法として、本発明者らが最も有望な方法の一つと考えるのは、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法によって、基板(例えばサファイア基板)上にAlGaNをヘテロエピタキシャル成長させる方法である。
この方法においては、混合部でAl原料ガスとGa原料ガス、さらに、NH原料ガスを混合し、混合したガスを成長部(基板が位置するので基板部とも呼ぶ)に送り込む。そして、この成長部に収容されているサファイア基板上にAlGaNを成長させる。
Currently, as one of the most promising methods for producing an AlGaN single crystal substrate, the present inventors consider that AlGaN is heteroepitaxially grown on a substrate (for example, sapphire substrate) by HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method. It is a method to make it.
In this method, an Al source gas, a Ga source gas, and an NH 3 source gas are mixed in a mixing unit, and the mixed gas is fed into a growth unit (also referred to as a substrate unit because the substrate is located). Then, AlGaN is grown on the sapphire substrate accommodated in the growth part.

HVPE法
石英反応管ホットウォール方式であるHVPE法の利点は、特に成長速度が大きいことである。このため、HVPE法は、従来から、厚膜が必要な高感度光センサー、厚膜で高品質な結晶が要求されるパワーデバイス(特に、GaAsを用いた電源系のデバイス)作製に用いられ、さらに前記のような基板、特にGaN基板の製造法として利用されている。
HVPE Method The advantage of the HVPE method that is a quartz reaction tube hot wall system is that the growth rate is particularly high. For this reason, the HVPE method has been conventionally used for manufacturing a high-sensitivity optical sensor that requires a thick film and a power device (particularly, a power supply device using GaAs) that requires a high-quality crystal with a thick film. Further, it is used as a method for producing the above-mentioned substrate, particularly a GaN substrate.

このことは、例えば下記特許文献1「窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法(豊田合成株式会社他)」や、下記特許文献2「エピタキシャルウェハ及びその製造方法(住友電工株式会社)」などに記載されている。   This is described in, for example, the following Patent Document 1 “Crystal Growth Method of Gallium Nitride-Based Compound Semiconductor (Toyoda Gosei Co., Ltd.)” and the following Patent Document 2 “Epitaxial Wafer and Manufacturing Method (Sumitomo Electric Industries, Ltd.)”. Has been.

また、本願出願人は、Alを含むIII−V族化合物の基板を、HVPE(法)で製造する技術を開発し、別途他の特許出願(特願2002−106102号)を行っている(特許文献3)。   The applicant of the present application has developed a technique for manufacturing a substrate of a group III-V compound containing Al by HVPE (method), and has filed another patent application (Japanese Patent Application No. 2002-106102) separately (patent) Reference 3).

特開平10−215000号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-215000 特開平10−316498号公報JP-A-10-316498 特開2003−303774号公報JP 2003-303774 A

そこで、本願発明者らは、HVPEを用いてAlGaNの結晶成に関する研究を進めた。 Accordingly, the present inventors have proceeded research on binding AkiraNaru length of AlGaN with HVPE.

そして、HVPEを用いてAlGaNの「厚膜」の結晶成長を行う場合、組成比率の制御性が悪いという問題点を本願発明者らは見いだした。 The inventors of the present invention have found a problem that the controllability of the composition ratio is poor when crystal growth of “thick film” of AlGaN is performed using HVPE.

以下、順に説明する。   Hereinafter, it demonstrates in order.

AlGaNについて
まず、AlGaNは、AlNとGaNのいわば混晶(しばしば固溶体と呼ばれる)であるので、その比率を明示的にするために、AlGa1−xNと記載する場合が多い。ここで、xは、AlGaN結晶中のAlNの比率であり、0以上1以下の値を取りうる。そして、0から1の全ての値に対して原子レベルで結合し、いわゆる固溶体を形成する。xが0の場合は、AlNの組成比率は0であるので、全てGaNである。一方、xが1の場合は、全てAlNである。そして、AlGaNの用途によって、このxの値は正確に決定する必要がある。
Regarding AlGaN First, since AlGaN is a so-called mixed crystal (often referred to as a solid solution) of AlN and GaN, it is often described as Al x Ga 1-x N in order to clarify the ratio. Here, x is a ratio of AlN in the AlGaN crystal and can take a value of 0 or more and 1 or less. And it couple | bonds at the atomic level with respect to all the values of 0 to 1, and forms what is called a solid solution. When x is 0, since the composition ratio of AlN is 0, all are GaN. On the other hand, when x is 1, all are AlN. The value of x needs to be determined accurately depending on the application of AlGaN.

しかし、HVPE法でAlGaNの厚膜を作る場合に、AlGaN結晶中のAlの比率xを所望の値に設定するための有効な手法は従来は知られていないので、条件を種々変えて実験的に結晶成長を行うことになる。 However, when making a thick film of AlGaN by HVPE, so an effective method for setting the ratio x of the Al N in AlGaN crystal to a desired value is not conventionally known, the conditions variously changed by experiment Therefore, crystal growth is performed.

そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、HVPE法のサファイア基板上又はSi基板上に良質のAlGaN結晶を成長させることができるエピタキシャル成長方法を提供すること、及び、AlGaN結晶中のAlNの比率xの値を所望の値に設定可能な方法・装置を実現すること、を目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and provides an epitaxial growth method capable of growing a high-quality AlGaN crystal on a HVPE sapphire substrate or Si substrate, and AlGaN. An object of the present invention is to realize a method and apparatus capable of setting the value of the AlN ratio x in the crystal to a desired value.

上記課題に鑑み、本願発明者らは鋭意研究を重ねた結果、Al原料ガスとGa原料ガスの比率と、AlGaN結晶中のAlNの比率xの値と、がリニア(線形)な関係にない場合に、AlGaN結晶中のAlNの比率を所望の値制御することが容易でなことを見いだした。 In view of the above problems, the inventors of the present application have conducted extensive research, and as a result, the ratio of the Al source gas to the Ga source gas and the value of the ratio x of AlN in the AlGaN crystal are not in a linear relationship. to have found that have a ratio x of AlN in the AlGaN crystals can be easily controlled to a desired value.

そしてさらに研究を続け、Al原料ガスとGa原料ガスの比率と、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxの値と、がリニア(線形)な関係とできる条件を見いだすに至ったのである。このような条件の下で結晶成長を行わせることによって、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxの値を容易に制御できる結晶成長方法・装置を開発した。以下、説明する。 Then, further research was conducted, and a condition was found where the ratio of the Al source gas to the Ga source gas and the value of x, which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal , have a linear relationship. We developed a crystal growth method and apparatus that can easily control the value of x, which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal, by allowing crystal growth under such conditions. This will be described below.

A.Al Ga 1−X Nの気相成長方法の発明
(1)本発明は、
成長部に基板結晶を配置し、アルミニウム原料をキャリアガスと共に成長部に供給するアルミニウム原料供給工程と、ガリウム原料をキャリアガスと共に前記成長部に供給するガリウム原料供給工程と、窒素原料をキャリアガスと共に前記成長部に供給する窒素原料供給工程と、を備え、前記基板結晶上にHVPE法によってAlGaN結晶を成長させる方法において、
前記各原料供給工程における前記キャリアガス中の水素分圧の合計が0.01atm以上0.1atm未満であって、前記アルミニウム原料と前記ガリウム原料との比率によってAlGaN結晶中のAlNとGaNの組成比率を所望の値に設定することを特徴とするAlGaN結晶の気相成長方法である。
A. Invention of vapor phase growth method of Al x Ga 1-X N (1) The present invention
An aluminum material supply step of arranging a substrate crystal in the growth section and supplying an aluminum raw material to the growth section together with a carrier gas; a gallium raw material supply step of supplying a gallium raw material to the growth section together with a carrier gas; A method of growing an AlGaN crystal on the substrate crystal by an HVPE method.
The total hydrogen partial pressure in the carrier gas in each raw material supply step is 0.01 atm or more and less than 0.1 atm, and the composition ratio of AlN and GaN in the AlGaN crystal according to the ratio of the aluminum raw material and the gallium raw material. Is a vapor phase growth method of an AlGaN crystal, characterized in that is set to a desired value.

このような構成によって、キャリアガス中の水素分圧をある程度の値に保つことにより、Al原料ガスとGa原料ガスの供給比率と、得られる結晶の組成との関係をよりリニア(線形)な関係に置くことができ、AlGaN結晶の組成比率の制御が容易となる。 With such a configuration, by maintaining the hydrogen partial pressure in the carrier gas at a certain value, the relationship between the supply ratio of the Al source gas and the Ga source gas and the composition of the resulting crystal is more linear. It becomes easy to control the composition ratio of the AlGaN crystal.

なお、ここでいうキャリアガスとは、NThe carrier gas here is N 2 やHe又はArガス等の不活性ガス(Inert Gas: IG)に所定量のHA predetermined amount of H in an inert gas (Inert Gas: IG) such as He or Ar gas 2 を混合させたガスである。 Is a mixed gas.

このようなキャリアガスに関しては、実施の形態の段落0064等に記載されている。Such carrier gas is described in paragraph 0064 of the embodiment.

(2)また、本発明は、上記(1)記載の気相成長方法において、前記アルミニウム原料供給工程を750℃以下で行い、前記成長部を900℃以上1600℃に設定することを特徴とするAlGaN結晶の気相成長方法である。(2) Further, the present invention is characterized in that, in the vapor phase growth method according to the above (1), the aluminum raw material supply step is performed at 750 ° C. or lower, and the growth portion is set at 900 ° C. or higher and 1600 ° C. This is a vapor phase growth method for AlGaN crystals.

後述する実施の形態でも説明するように、原料供給工程における温度をこのような温度範囲とすれば原料を供給できる。なお、原料供給工程における温度とは、各原料供給部の温度である。As will be described later in the embodiment, the raw material can be supplied if the temperature in the raw material supply step is within such a temperature range. In addition, the temperature in a raw material supply process is the temperature of each raw material supply part.

同様に、成長部を上記のような温度範囲とすれば、結晶成長を行うことができる。Similarly, crystal growth can be performed if the growth part is in the above temperature range.

B.Al Ga 1−x Nの気相成長方法で得られたAl Ga 1−x Nの発明
)また、本発明は、上記(1)〜()のいずれか1項に記載の気相成長方法によって製造されたAlGaN結晶の厚膜基板である。
B. Al x Ga 1-x N Al obtained by the vapor phase growth method for x Ga 1-x N invention (3) Further, the present invention, the above (1) to according to any one of (2) It is a thick film substrate of AlGaN crystal manufactured by a vapor phase growth method.

上記各方法によれば、結晶の組成を容易に制御できるので、厚膜基板を作成することが可能となる。   According to each of the above methods, since the crystal composition can be easily controlled, a thick film substrate can be formed.

C.Al Ga 1−x Nの気相成長装置の参考発明
)本参考発明は、上記課題を解決するために、基板結晶が配置されている成長部と、アルミニウムの原料をキャリアガスと共に成長部に供給するアルミニウム原料供給手段と、ガリウムの原料をキャリアガスと共に前記成長部に供給するガリウム原料供給手段と、窒素の原料をキャリアガスと共に前記成長部に供給する窒素原料供給手段と、を備え、前記成長部に配置された基板結晶上にAlGaNを結晶成長させる装置において、前記アルミニウム原料供給手段、及び、前記ガリウム原料供給手段、及び、前記窒素原料供給手段は、そのキャリアガス中の水素分圧が0atmである前記キャリアガスを使用することを特徴とするAlGaN結晶の気相成長装置である。
C. Reference invention of Al x Ga 1-x N vapor phase growth apparatus ( 4 ) In order to solve the above problems, this reference invention grows a growth part in which a substrate crystal is arranged and an aluminum raw material together with a carrier gas. An aluminum raw material supply means for supplying to the growth section, a gallium raw material supply means for supplying a gallium raw material together with a carrier gas to the growth section, and a nitrogen raw material supply means for supplying a nitrogen raw material together with a carrier gas to the growth section. In the apparatus for crystal growth of AlGaN on the substrate crystal disposed in the growth part, the aluminum source supply means, the gallium source supply means, and the nitrogen source supply means are configured to supply hydrogen in the carrier gas. An AlGaN crystal vapor phase growth apparatus using the carrier gas having a pressure of 0 atm.

このような構成によって、材料の供給比率と、得られる結晶の組成との関係をよりリニア(線形)な関係に置いた状態で結晶の成長を行わせることができる。その結果、この装置によれば、結晶の組成の制御が容易となる。   With such a configuration, the crystal can be grown in a state where the relationship between the material supply ratio and the composition of the obtained crystal is placed in a more linear relationship. As a result, according to this apparatus, the control of the crystal composition becomes easy.

)また、本参考発明は、基板結晶が配置されている成長部と、アルミニウムの原料をキャリアガスと共に成長部に供給するアルミニウム原料供給手段と、ガリウムの原料をキャリアガスと共に前記成長部に供給するガリウム原料供給手段と、窒素の原料をキャリアガスと共に前記成長部に供給する窒素原料供給手段と、を備え、前記成長部に配置された基板結晶上にAlGaNを結晶成長させる装置において、前記アルミニウム原料供給手段、
及び、前記ガリウム原料供給手段、及び、前記窒素原料供給手段は、そのキャリアガス中の水素分圧が0atm以上0.01atm未満である前記キャリアガスを使用することを特徴とするAlGaN結晶の気相成長装置である。
(5) In addition, this reference invention comprises a growing part of the substrate crystal is arranged, the aluminum raw material and the aluminum material supply means for supplying to the growth unit together with the carrier gas, a gallium raw material to the growth portion together with the carrier gas In the apparatus for crystal growth of AlGaN on a substrate crystal disposed in the growth section, comprising: a gallium source supply means for supplying; and a nitrogen source supply means for supplying a nitrogen source together with a carrier gas to the growth section. Aluminum raw material supply means,
And the gallium source supply means and the nitrogen source supply means use the carrier gas having a hydrogen partial pressure of 0 atm or more and less than 0.01 atm in the carrier gas. It is a growth device.

このような構成によって、キャリアガス中の水素分圧をある程度の値に保ちつつ、材料の供給比率と、得られる結晶の組成との関係をよりリニア(線形)な関係に置いた状態で結晶の成長を行わせることができる。その結果、この装置によれば、結晶の組成の制御が容易となる。   With such a configuration, while maintaining the hydrogen partial pressure in the carrier gas at a certain value, the relationship between the supply ratio of the material and the composition of the obtained crystal is placed in a more linear relationship. Lets grow. As a result, according to this apparatus, the control of the crystal composition becomes easy.

)また、本参考発明は、基板結晶が配置されている成長部と、アルミニウムの原料をキャリアガスと共に成長部に供給するアルミニウム原料供給手段と、ガリウムの原料をキャリアガスと共に前記成長部に供給するガリウム原料供給手段と、窒素の原料をキャリアガスと共に前記成長部に供給する窒素原料供給手段と、を備え、前記成長部に配置された基板結晶上にAlGaNを結晶成長させる装置において、前記アルミニウム原料供給手段、及び、前記ガリウム原料供給手段、及び、前記窒素原料供給手段は、そのキャリアガス中の水素分圧が0atm以上0.1atm未満である前記キャリアガスを使用することを特徴とするAlGaN結晶の気相成長装置である。 (6) In addition, this reference invention comprises a growing part of the substrate crystal is arranged, the aluminum raw material and the aluminum material supply means for supplying to the growth unit together with the carrier gas, a gallium raw material to the growth portion together with the carrier gas In the apparatus for crystal growth of AlGaN on a substrate crystal disposed in the growth section, comprising: a gallium source supply means for supplying; and a nitrogen source supply means for supplying a nitrogen source together with a carrier gas to the growth section. The aluminum raw material supply means, the gallium raw material supply means, and the nitrogen raw material supply means use the carrier gas whose hydrogen partial pressure in the carrier gas is 0 atm or more and less than 0.1 atm. This is an AlGaN crystal vapor phase growth apparatus.

このような構成によって、キャリアガス中の水素分圧をある程度の値に保ちつつ、材料の供給比率と、得られる結晶の組成との関係をよりリニア(線形)な関係に置いた状態で結晶の成長を行わせることができる。その結果、この装置によれば、結晶の組成の制御が容易となる。   With such a configuration, while maintaining the hydrogen partial pressure in the carrier gas at a certain value, the relationship between the supply ratio of the material and the composition of the obtained crystal is placed in a more linear relationship. Lets grow. As a result, according to this apparatus, the control of the crystal composition becomes easy.

D.Al Ga 1−x Nの気相成長装置で得られたAl Ga 1−x Nの参考発明
)本参考発明は、上記()〜()のいずれか1項に記載の気相成長装置で製造したAlGaN結晶の厚膜基板である。
D. Al x Ga Reference Invention of 1-x Al obtained by the vapor phase growth apparatus of N x Ga 1-x N ( 7) this reference invention, (4) to according to any one of (6) It is a thick film substrate of AlGaN crystal manufactured by a vapor phase growth apparatus.

上記各装置によれば、結晶の組成を容易に制御できるので、厚膜基板を作成することが可能となる。   According to each of the above apparatuses, since the crystal composition can be easily controlled, a thick film substrate can be produced.

以上述べたように、本発明によれば、AlGaN結晶を成長させる際に、AlGaN結晶における結晶中のAlNの比率であるxを所望の値に設定することが容易となる。その結果、所望の組成比率のAlGaN結晶を従来に比べて容易に得ることができ、厚膜基板の作製も可能となる。 As described above, according to the present invention, when an AlGaN crystal is grown, it becomes easy to set x , which is the ratio of AlN in the crystal in the AlGaN crystal, to a desired value. As a result, an AlGaN crystal having a desired composition ratio can be easily obtained as compared with the conventional case, and a thick film substrate can be produced.

以下、図面を参照して、本発明に係るAlGaNエピタキシャル層の成長方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
気相成長装置の構成
図1には、本実施の形態で利用する気相成長装置10を模式的に表した模式図が示されている。この図1を参照して、本実施の形態で使用するHVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法用の気相成長装置10を説明する。
Hereinafter, with reference to the drawings, a preferred embodiment of an AlGaN epitaxial layer growth method according to the present invention will be described in detail.
The diagram 1 of a vapor deposition apparatus, and schematic diagram of the vapor phase growth apparatus 10 utilized in this embodiment schematically showing is shown. With reference to FIG. 1, a vapor phase growth apparatus 10 for HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method used in the present embodiment will be described.

図1に示すように、気相成長装置10は、アルミニウム原料を供給するアルミニウム原料供給部12と、ガリウム原料を供給するガリウム原料供給部14と、窒素原料を供給する窒素原料供給部16と、を備えている。各供給部から出力されるガスは混合部18において混合された後、成長部20において結晶成長に供される。成長部20は、石英反応チャンバーで構成されており、排気ポート20aが備えられている。   As shown in FIG. 1, the vapor phase growth apparatus 10 includes an aluminum source supply unit 12 that supplies an aluminum source, a gallium source supply unit 14 that supplies a gallium source, a nitrogen source supply unit 16 that supplies a nitrogen source, It has. The gas output from each supply unit is mixed in the mixing unit 18 and then used for crystal growth in the growth unit 20. The growth unit 20 is composed of a quartz reaction chamber and is provided with an exhaust port 20a.

アルミニウム原料供給部
アルミニウム原料供給部12は、図1に示すように、所定の反応室内に金属アルミニウムが収容された反応室である。このアルミニウム原料供給部12には、第1ガス導入路12aが設けられており、この第1ガス導入路12aを介してHClと、水素ガスH、IGが導入される。この結果、金属アルミニウムとHClとが反応し、AlGaNのアルミニウム原料であるAlCl が生成されるのである。AlClが生成される際の反応式は以下の通りである。
As shown in FIG. 1, the aluminum material supply unit 12 is a reaction chamber in which metallic aluminum is accommodated in a predetermined reaction chamber. The aluminum material supply portion 12, the first gas introduction passage 12a is provided, and HCl through the first gas introducing passage 12a, and the hydrogen gas H 2, IG is introduced. As a result, metal aluminum and HCl react to produce AlCl 3 which is an AlGaN aluminum material. The reaction formula when AlCl 3 is produced is as follows.

『化1』
Al + 3HCl → AlCl + 3/2H
このようにして得られたAlClは、キャリアガスと共に混合部18に移送される。
“Chemical 1”
Al + 3HCl → AlCl 3 + 3 / 2H 2
The AlCl 3 obtained in this way is transferred to the mixing unit 18 together with the carrier gas.

本実施の形態において特徴的なことは用いているキャリアガス中の水素分圧の値が所定の値の範囲にあることである。この値を所定の範囲内にすることによって、結晶中のAlNの比率であるxの値を所望の値に設定することが容易となるのである。水素分圧の具体的な値については後に詳述する。 What is characteristic in the present embodiment is that the value of the hydrogen partial pressure in the carrier gas used is within a predetermined value range. By setting this value within a predetermined range, it becomes easy to set the value of x , which is the ratio of AlN in the crystal, to a desired value. A specific value of the hydrogen partial pressure will be described in detail later.

尚、アルミニウム原料供給部12は図示されていない加熱装置を用いて所定の温度に維持する。具体的には、Al金属とHClの反応によりAlClが他の物質(AlCl)より多く生成する温度範囲(750℃以下)に保つことが望ましい。本実施の形態では、500℃の温度に保っている。 The aluminum raw material supply unit 12 is maintained at a predetermined temperature using a heating device (not shown). Specifically, it is desirable to keep the temperature range (750 ° C. or less) at which AlCl 3 is produced more than other substances (AlCl) by the reaction of Al metal and HCl. In this embodiment, the temperature is kept at 500 ° C.

また、本実施の形態では、以上のようにしてAlClを生成したが、AlCl粉末を昇華させて混合部18に送り込むことも好ましい。 Further, in the present embodiment, AlCl 3 is generated as described above, but it is also preferable that the AlCl 3 powder is sublimated and fed into the mixing unit 18.

ガリウム原料供給部
ガリウム原料供給部14は、図1に示すように、所定の反応室内に金属ガリウムが収容された反応室である。このガリウム原料供給部14には、第2ガス導入路14aが設けられており、この第2ガス導入路14aを介してHClと、水素ガスH、IGが導入される。この結果、金属ガリウムとHClとが反応し、AlGaNのガリウム原料であるGaClが生成されるのである。GaClが生成される際の反応式は以下の通りである。
As shown in FIG. 1, the gallium source supply unit 14 is a reaction chamber in which metallic gallium is accommodated in a predetermined reaction chamber. The gallium material supply portion 14, the second gas introduction passage 14a is provided, and HCl through the second gas introducing passage 14a, and the hydrogen gas H 2, IG is introduced. As a result, metal gallium and HCl react to generate GaCl, which is a gallium raw material for AlGaN. The reaction formula when GaCl is generated is as follows.

『化2』
Ga + HCl → GaCl + 1/2H
このようにして得られたGaClは、キャリアガスと共に混合部18に移送される。
"Chemical 2"
Ga + HCl → GaCl + 1 / 2H 2
The GaCl thus obtained is transferred to the mixing unit 18 together with the carrier gas.

本実施の形態において特徴的なことは用いているキャリアガス中の水素分圧の値が所定の値の範囲にあることである。この値を所定の範囲内にすることによって、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxの値を所望の値に設定することが容易となるのである。水素分圧の具体値については後に詳述する。 What is characteristic in the present embodiment is that the value of the hydrogen partial pressure in the carrier gas used is within a predetermined value range. By setting this value within a predetermined range, it becomes easy to set the value of x , which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal, to a desired value. The specific value of the hydrogen partial pressure will be described in detail later.

窒素原料供給部
窒素原料供給部16は、図1に示すように、所定の反応室である。この窒素原料供給部16には、第3ガス導入路16aが設けられており、この第3ガス導入路16aを介して水素ガスH とIGと、アンモニアNHが導入される。
Nitrogen source supply unit Nitrogen source supply unit 16 is a predetermined reaction chamber as shown in FIG. The nitrogen material supply portion 16 has a third gas introduction passage 16a is provided, and the hydrogen gas H 2 and IG through the third gas introduction passage 16a, ammonia NH 3 is introduced.

図示されていないが、この窒素原料供給部16の周囲には加熱装置が設けられており、所定の温度に加熱されている。この熱によって、窒素原料供給部16内のアンモニアNHは所定の割合で分解した状態に置かれる。このような所定の割合で分解したアンモニアNHと、水素ガスH とIGとの混合ガスが、混合部18に移送される。前述と同様に、この窒素原料供給部16におけるキャリアガス中の水素分圧の値Fが所定の範囲内にあることで、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxを所望の値に設定することができる。 Although not shown, a heating device is provided around the nitrogen raw material supply unit 16 and is heated to a predetermined temperature. With this heat, the ammonia NH 3 in the nitrogen raw material supply unit 16 is placed in a state of being decomposed at a predetermined rate. A mixed gas of ammonia NH 3 decomposed at such a predetermined ratio, hydrogen gas H 2 and IG is transferred to the mixing unit 18. Similarly to the above , when the value F 0 of the hydrogen partial pressure in the carrier gas in the nitrogen raw material supply unit 16 is within a predetermined range, x which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal is set to a desired value. be able to.

混合部
混合部18は、上述したアルミニウム原料供給部12、ガリウム原料供給部14、窒素原料供給部16、の各原料部から供給されてくるAl原料ガスとGa原料ガス、NH 原料ガスが混合される。また、所定の温度に維持するため、不図示の所定の加熱装置が設けられている。
The mixing unit mixing unit 18 is a mixture of the Al source gas, the Ga source gas, and the NH 3 source gas supplied from the respective source units of the aluminum source supply unit 12, the gallium source supply unit 14, and the nitrogen source supply unit 16 described above. Is done. Moreover, in order to maintain at predetermined temperature, the predetermined heating apparatus not shown is provided.

成長部
成長部20には、結晶が成長するための基板結晶22が収容されている。また、結晶の成長に適した温度とするために、図示されていない所定の加熱装置が設けられている。このような加熱装置は、従来から知られている種々の構成を採用することが可能である。例えば、電熱線による加熱や、高周波加熱等を利用することができる。
The growth part growth part 20 accommodates a substrate crystal 22 for crystal growth. In order to obtain a temperature suitable for crystal growth, a predetermined heating device (not shown) is provided. Such a heating apparatus can employ various configurations that have been known in the past. For example, heating with a heating wire or high-frequency heating can be used.

特に、本実施の形態においては、基板結晶22を集中的に加熱するために、高周波加熱を用いている。また、基板結晶22を集中的に加熱するために、光加熱を用いることも極めて好ましい。これらの加熱装置は従来からよく知られいる加熱装置である。 In particular, in the present embodiment, high-frequency heating is used to intensively heat the substrate crystal 22. It is also very preferable to use light heating in order to heat the substrate crystal 22 intensively. These heating devices are heating devices are well known in the art.

本実施の形態においては、基板結晶22は、サファイア基板が用いられている。また、この基板結晶22は、カーボンサセプタ24上に載置されている。   In the present embodiment, the substrate crystal 22 is a sapphire substrate. The substrate crystal 22 is placed on the carbon susceptor 24.

結晶の成長
以上のような構成によって、基板結晶22上にAlNと、GaNの混晶であるAlGa1−xN(0≦x≦1)の固溶体を成長させることができる。
Crystal Growth With the above-described configuration, a solid solution of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1), which is a mixed crystal of AlN and GaN, can be grown on the substrate crystal 22.

組成比率の調整
本実施の形態においては、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxの値の設定を容易にするための工夫がなされている。定性的に言えば、xを大きくするには、アルミニウムの原料の比率をガリウムに比べて大きくすればよいであろうし、また、xを小さくするには、ガリウムの原料の比率をアルミニウムに比べて大きくすればよいであろうことは想像がつく。
Adjustment of Composition Ratio In the present embodiment, a device for facilitating the setting of the value of x, which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal, has been made. Qualitatively speaking, in order to increase x, the ratio of the aluminum raw material may be increased compared to gallium, and in order to decrease x, the ratio of the gallium raw material is increased relative to aluminum. I can imagine what I should do.

しかしながら、「原料の比率」と、xとの関係は一般にはリニア(線形)な関係ではないため、結晶組成を所望の値に調整することが非常に困難な場合も多かった。 However, since the relationship between the “raw material ratio” and x is generally not a linear relationship, it is often very difficult to adjust the crystal composition to a desired value .

本実施の形態において特徴的な事項は、このキャリアガス中のH 濃度を後述する範囲に設定することによって、アルミニウム原料とガリウム原料の比率と、生成される結晶中のアルミニウムとガリウムの比率と、をよりリニアな(線形な)関係に置くことを可能としたことである。この結果、本実施の形態によれば、xを所望の値とすることが容易となる。 Characteristic matters in the present embodiment are that the H 2 concentration in the carrier gas is set to a range described later, and the ratio of the aluminum raw material to the gallium raw material, the ratio of aluminum to gallium in the generated crystal, , Can be placed in a more linear relationship. As a result, according to the present embodiment, it becomes easy to set x to a desired value.

結晶成長の反応
まず、上記アルミニウム原料供給部12の温度は、上述したように500℃の温度に保たれている。これによって、AlClの生成が抑制され、AlClが多く発生する。その結果、反応容器が石英で構成されている場合でも、石英を腐食してしまう恐れが少ない。
Crystal Growth Reaction First, the temperature of the aluminum material supply unit 12 is maintained at a temperature of 500 ° C. as described above. As a result, the generation of AlCl is suppressed and a large amount of AlCl 3 is generated. As a result, even when the reaction vessel is made of quartz, there is little risk of corroding quartz.

また、ガリウム原料供給部14は、加熱装置(図示省略)を用いて700度の温度に保持されている。また、窒素原料供給部16も加熱装置(図示省略)を用いて所定の温度に維持する。温度は、アルミニウム原料供給部12と同様としてもよいし、別の温度に制御することも好ましい。 Moreover, the gallium raw material supply part 14 is hold | maintained at the temperature of 700 degree | times using the heating apparatus (illustration omitted) . The nitrogen raw material supply unit 16 is also maintained at a predetermined temperature using a heating device (not shown) . The temperature may be the same as that of the aluminum raw material supply unit 12, or is preferably controlled to another temperature.

また、混合部18はアルミニウム原料供給部12で生成されたAlClが石英容器内で析出しない温度で、かつ、この混合部18においてのAlNやGaNの析出が生じない温度範囲に保つことが好ましい。このような温度に保つことによって、原料を途中で析出させずに、成長領域20に送ることができるからである。本実施の形態においては、混合部の温度は、具体的には160℃以上750℃以下の温度範囲に保たれる。このような温度範囲に保つために、混合部18の周囲にも加熱装置(図示省略)が設けられている。 Further, the mixing unit 18 is preferably maintained at a temperature at which AlCl 3 generated in the aluminum raw material supply unit 12 does not precipitate in the quartz container, and in a temperature range in which precipitation of AlN and GaN does not occur in the mixing unit 18. . This is because, by maintaining such a temperature, the raw material can be sent to the growth region 20 without being deposited in the middle. In the present embodiment, the temperature of the mixing part is specifically maintained in a temperature range of 160 ° C. or higher and 750 ° C. or lower. In order to maintain such a temperature range, a heating device (not shown) is also provided around the mixing unit 18.

また、基板結晶は、900℃から1600℃の温度範囲中の所定の温度に設定される。本実施の形態では、成長部20の基板結晶は1000℃に維持される。   The substrate crystal is set to a predetermined temperature in the temperature range of 900 ° C. to 1600 ° C. In the present embodiment, the substrate crystal of the growth unit 20 is maintained at 1000 ° C.

基板結晶22を集中的に加熱することによって、基板結晶22にたどり着く前にAlNやGaNが析出してしまうことを防止し、効率的に基板結晶22上で結晶を成長させることができる。   By intensively heating the substrate crystal 22, it is possible to prevent AlN and GaN from being precipitated before reaching the substrate crystal 22, and to efficiently grow the crystal on the substrate crystal 22.

本実施の形態では、高周波加熱を採用したが、高周波加熱以外の加熱方法(例えば、光加熱・抵抗加熱)を採用してもかまわない。抵抗加熱の場合には、抵抗線を基板結晶22の十分に近傍に設けることによって、主に基板結晶22を加熱しつつ周囲のガスをあまり加熱しないことが実現可能である。また、光による加熱の場合は、石英反応チャンバーの外部から光を基板結晶22の表面に照射する構成を採用することも好ましい。このような構成によれば、光を通す石英や、周囲のガスの温度をほとんど上昇させずに、主に基板結晶22の温度を上昇させることが可能である。尚、光照射による炉は従来から知られており、ハロゲンランプやキセノンランプ等を光源とした炉が実用されている。
また、カーボンサセプタ24以外の支持部材を用いてもかまわない。
In this embodiment, high-frequency heating is adopted, but a heating method other than high-frequency heating (for example, light heating / resistance heating) may be adopted. In the case of resistance heating, by providing a resistance wire sufficiently close to the substrate crystal 22, it is possible to realize that the surrounding gas is not heated much while the substrate crystal 22 is mainly heated. In the case of heating by light, it is also preferable to adopt a configuration in which light is irradiated onto the surface of the substrate crystal 22 from the outside of the quartz reaction chamber. According to such a configuration, it is possible to increase mainly the temperature of the substrate crystal 22 without substantially increasing the temperature of quartz through which light passes or the surrounding gas. In addition, the furnace by light irradiation is known conventionally, and the furnace using a halogen lamp, a xenon lamp, etc. as a light source is put into practical use.
Further, a support member other than the carbon susceptor 24 may be used.

また、基板結晶22としては、サファイア基板の他に、Si結晶も利用できる。   In addition to the sapphire substrate, a Si crystal can be used as the substrate crystal 22.

特に、サファイア基板を用いた場合は、例えば、カーボンの薄い板の上にサファイア基板を設置してこのカーボン側から光を照射して加熱することが好ましい。サファイア基板の裏面にカーボンの薄い板を設置し、このカーボン側から光を照射することによって、カーボン薄板を通じてサファイア基板を加熱することが可能である。この結果、周囲のガスや反応領域の温度をほとんど上昇させずに容易にサファイア基板の温度のみを上昇させることが可能である。   In particular, when a sapphire substrate is used, for example, it is preferable to install a sapphire substrate on a thin carbon plate and heat by irradiating light from the carbon side. It is possible to heat the sapphire substrate through the carbon thin plate by installing a thin plate of carbon on the back surface of the sapphire substrate and irradiating light from the carbon side. As a result, it is possible to easily raise only the temperature of the sapphire substrate without substantially raising the temperature of the surrounding gas or reaction region.

このようにしてAlGa1−xN結晶層を成長させた後、初期基板に用いたサファイア又はSi基板を除去することにより、厚膜のAlGaN基板を得ることができる。 After growing the Al x Ga 1-x N crystal layer in this way, a thick AlGaN substrate can be obtained by removing the sapphire or Si substrate used for the initial substrate.

キャリアガス
本実施の形態におけるキャリアガスとしては、NやHe又はArガス等のIGに所定量のHを混合させたガスを用いた。
Carrier gas As the carrier gas in the present embodiment, a gas in which a predetermined amount of H 2 is mixed with IG such as N 2 , He, or Ar gas is used.

本実施の形態において特徴的なことは、このキャリアガス中のH濃度を後述する範囲に設定することによって、アルミニウム原料とガリウム原料の比率と、生成される結晶中のアルミニウムとガリウムの比率と、をよりリニアな(線形な)関係に置くことを可能としたことである。この結果、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxを所望のとすることが従来に比べて容易となる。 What is characteristic in the present embodiment is that the ratio of the aluminum raw material to the gallium raw material and the ratio of aluminum to gallium in the generated crystal are set by setting the H 2 concentration in the carrier gas to a range described later. , Can be placed in a more linear relationship. As a result, it is easier than before to set x , which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal, to a desired value .

すなわち、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxの値を所望の値に設定することがより容易となるのである。 That is, it becomes easier to set the value of x , which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal, to a desired value.

本願発明者らは、上記のような温度範囲を用いて、1時間から10時間の間、AlGa1−xNを結晶成長させることにより、基板結晶22(サファイア基板)上にAlGa1−xNの厚膜の結晶を成長させた。そして、得られたAlGa1−xNを結晶の組成を測定する実験を行った。 The inventors of the present application grow Al x Ga 1-x N for 1 to 10 hours using the temperature range as described above, thereby forming Al x Ga on the substrate crystal 22 (sapphire substrate). A 1-xN thick film crystal was grown. Then, the Al x Ga 1-x N obtained experiment was conducted to measure the composition of the crystal.

この実験は、
Al原料ガスとGa原料ガスの比率
・キャリアガス中の水素分圧
をそれぞれ変化させて行った。その実験の結果を表すグラフが、図2及び図3に示されている。
This experiment
-Ratio of Al source gas and Ga source gas-It carried out by changing each hydrogen partial pressure in carrier gas. Graphs representing the results of the experiment are shown in FIGS.

図2のグラフ(水素分圧F =0の場合)
図2のグラフにおいては、キャリアガス中の水素分圧F =0の場合に、気相供給比R([AlCl]/{[AlCl]+[GaCl]})の値を変化させて、AlGa1−xNを結晶成長させ、得られたAlGa1−xN結晶をXRD(X線解析装置)で検査した場合のX線回析パターンを示すグラフである。このグラフにおいて、縦軸は、回析強度を表す(単位は任意である)。また、横軸は、角度(2θ(度))を表す。
Graph of FIG. 2 (when hydrogen partial pressure F 0 = 0)
In the graph of FIG. 2, when the hydrogen partial pressure F 0 = 0 in the carrier gas, the value of the gas phase supply ratio R ([AlCl 3 ] / {[AlCl 3 ] + [GaCl]}) is changed. the Al x Ga 1-x N is sintered AkiraNaru length is a graph showing the X-ray diffraction pattern when the resulting Al x Ga 1-x N crystals were examined by XRD (X-ray analyzer). In this graph, the vertical axis represents diffraction intensity (unit is arbitrary). The horizontal axis represents the angle (2θ (degrees)).

この図2のグラフにおいては、水素分圧F=0であるから、キャリアガスは全てIGである。F=0(不活性キャリアガス)という条件で、3種類の気相供給比RでAlGa1−xN結晶を成長させている。 In the graph of FIG. 2, since the hydrogen partial pressure F 0 = 0, the carrier gas is all IG . Under the condition of F 0 = 0 (inert carrier gas), Al x Ga 1-x N crystals are grown at three gas phase supply ratios R.

まず、気相供給比Rが0であるときは、アルミニウム原料がないことを意味し、得られた結晶の回析パターン(グラフ中実線)から、結晶は全てGaNであることがわかった。 First, when the vapor phase supply ratio R is 0, it means that there is no aluminum material, the resulting crystals diffraction pattern (solid line in the graph), it was found that crystals are all GaN.

次に、気相供給比Rが0.25であるときは、アルミニウムの原料比率が0.25であることを意味する。得られた結晶の回析パターン(グラフ中破線)のピーク位置より、結晶はAl0.32Ga0.68Nという組成の混晶であることがわかった。 Next, when the vapor phase supply ratio R is 0.25, it means that the aluminum raw material ratio is 0.25. From the peak position of the diffraction pattern (broken line in the graph) of the obtained crystal, it was found that the crystal was a mixed crystal having a composition of Al 0.32 Ga 0.68 N.

また、気相供給比Rが0.50であるときは、アルミニウムの原料比率が0.5であることを意味する。得られた結晶の回析パターン(グラフ中一点鎖線)のピーク位置より、結晶はAl0.54Ga0.46Nという組成の混晶であることがわかった。 When the gas phase supply ratio R is 0.50, it means that the aluminum raw material ratio is 0.5. From the peak position of the diffraction pattern of the obtained crystal (the one-dot chain line in the graph), it was found that the crystal was a mixed crystal having a composition of Al 0.54 Ga 0.46 N.

このように、気相供給比Rの増加に伴いピークが高角側へシフトしていき、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxが大きくなっていく。 Thus, as the gas phase supply ratio R increases, the peak shifts to the high angle side, and the ratio x of AlN in the AlGaN crystal increases.

図3のグラフ(水素分圧F =0、0.01、0.1、1の場合)
図3のグラフにおいては、キャリアガス中の水素分圧Fが、0、0.01、0.1、1のそれぞれの場合における、気相供給比Rと成長させた結晶の組成(具体的には結晶中のAlNの比率であるx)との関係が示されている。このグラフにおいて、縦軸は、AlGaN結晶中のAlNの比率であるx(固相組成比率)を表し、横軸は、気相供給比Rを表す。
Graph of FIG. 3 (in the case of hydrogen partial pressure F 0 = 0, 0.01, 0.1, 1)
In the graph of FIG. 3, when the hydrogen partial pressure F 0 in the carrier gas is 0 , 0.01, 0.1, and 1, respectively, the vapor phase supply ratio R and the composition of the grown crystal (specifically, in the crystal The relationship between the AlN ratio and x ) is shown. In this graph, the vertical axis represents x (solid phase composition ratio) which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal , and the horizontal axis represents the gas phase supply ratio R.

このグラフにおいて、実線は理論上の計算値である。そして、各プロット●▲■▼は、実験による計測値である。   In this graph, the solid line is the theoretical calculated value. Each plot ● ▲ ■ ▼ is an experimentally measured value.

このグラフにおいては、F=0の場合のグラフが●と●を通る実線で表されている。●で表されているグラフから、F=0の場合は、気相供給比Rと、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxとが、ほぼリニアな関係(線形関係)にあることが理解されよう。 In this graph, the graph when F 0 = 0 is represented by a solid line passing through ● and ●. From the graph represented by ●, when F 0 = 0, it is understood that the gas phase supply ratio R and the ratio x of AlN in the AlGaN crystal have a substantially linear relationship (linear relationship). Let's be done.

また、このグラフにおいては、F=0.01の場合のグラフが▲と▲を通る実線で表されている。▲で表されているグラフから、F=0.01の場合は、気相供給比Rと、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxとは、ほぼリニアな関係(線形な関係)ではあるが、若干非線形性が表れている。 In this graph, the graph in the case of F 0 = 0.01 is represented by a solid line passing through ▲ and ▲. From the graph represented by ▲, when F 0 = 0.01, the gas phase supply ratio R and the ratio x of AlN in the AlGaN crystal are in a substantially linear relationship (linear relationship). However, some nonlinearity appears.

すなわち、気相供給比Rの値の絶対値が小さい場合は、Rの変化によるAlGaN結晶中のAlNの比率であるxの変化は比較的大きなものである。これに対して、気相供給比Rの値の絶対値が大きい場合は、Rの変化によるAlGaN結晶中のAlNの比率であるxの変化は比較的小さくなり、非線形性が表れている。 That is, when the absolute value of the gas phase supply ratio R is small, the change in x , which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal, due to the change in R is relatively large. On the other hand, when the absolute value of the gas phase supply ratio R is large, the change in x , which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal, due to the change in R is relatively small, and nonlinearity appears.

=0.1の場合は、この非線形性がやや顕著になってくる。図3において、F=0.1の場合のグラフが■と■を通る実線で表されている。■で表されているグラフから、F=0.1の場合は、気相供給比Rと、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxとは、気相供給比Rの値がおよそ0.2の部分を境界として折れ曲がった形のグラフになっていることが理解されよう。このように、F=0.1の場合は、非線形性が顕著になり、気相供給比Rを調節してAlGaN結晶中のAlNの比率であるxを制御することが難しくなってくる。 In the case of F 0 = 0.1, this nonlinearity becomes somewhat remarkable. In FIG. 3, a graph in the case of F 0 = 0.1 is represented by a solid line passing through ■ and ■. From the graph represented by (2), when F 0 = 0.1, the gas phase supply ratio R and the ratio x of AlN in the AlGaN crystal are approximately 0. It will be understood that the graph is bent with the portion 2 as the boundary. Thus, in the case of F 0 = 0.1, the nonlinearity becomes remarkable, and it becomes difficult to control x, which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal, by adjusting the gas phase supply ratio R.

=1の場合は、グラフは顕著な非線形性が表れる。図3において、F=1の場合のグラフが▼と▼を通る実線で表されている。▼で表されているグラフから、F=1の場合は、気相供給比Rと、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxとは、気相供給比Rの値がおよそ0.05の部分を境界として急激に折れ曲がった形のグラフになっていることが理解されよう。このように、F=1の場合は、非線形性が一層顕著になり、気相供給比Rを調節してAlGaN結晶中のAlNの比率であるxを制御することが難しくなってくる。特に、xを0.0〜0.8の間の所定の値に制御することは極めて困難であると考えられる。 When F 0 = 1, the graph shows significant nonlinearity. In FIG. 3, the graph in the case of F 0 = 1 is represented by a solid line passing through ▼ and ▼. From the graph represented by ▼, in the case of F 0 = 1, the vapor phase supply ratio R and the ratio x of AlN in the AlGaN crystal are about 0.05. It will be understood that the graph is bent sharply with the part as the boundary. Thus, in the case of F 0 = 1, the nonlinearity becomes more remarkable, and it becomes difficult to control x , which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal, by adjusting the gas phase supply ratio R. In particular, it is considered extremely difficult to control x to a predetermined value between 0.0 and 0.8.

水素分圧
以上の結果から、結晶の組成比率の制御性の観点からは、水素分圧は0が望ましい。
From the hydrogen partial pressure above results, from the viewpoint of controllability of the composition ratio of the crystal, the hydrogen partial pressure 0 is preferable.

しかしながら、完全に水素分圧が0の場合は、不純物による悪影響が出てしまう場合もあるので、一般的な装置の精度、材料の品質等を考慮すれば水素分圧は、00.01未満程度の値に保持しておくことが好ましい場合が多いと考えられる。 However, the completely when the hydrogen partial pressure is 0, since in some cases would be adversely affected by impurities, the accuracy of a typical device, the hydrogen partial pressure in consideration of the quality, etc. of the material is greater than 0 0.01 It is considered that it is often preferable to keep the value at a value less than about.

また、装置の性能のばらつき、材料の品質如何によっては、水素分圧を00.1未満の範囲に置いた方がよい場合もあろう。 In addition, depending on variations in apparatus performance and material quality, it may be better to place the hydrogen partial pressure in the range of more than 0 and less than 0.1.

まとめ
以上述べたように、本実施の形態においては、キャリアガス中の水素分圧の値Fを所定の範囲に設定することによって、気相供給比Rと、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxとの関係をより線形なものとすることができた。その結果、本実施の形態によれば、AlGaN結晶中のAlNの比率であるxを所望の値に設定することが従来に比べてより容易となる。
Summary As described above, in the present embodiment, by setting the hydrogen partial pressure value F 0 in the carrier gas to a predetermined range, the vapor-phase supply ratio R and the ratio of AlN in the AlGaN crystal The relationship with a certain x could be made more linear. As a result, according to the present embodiment, it is easier than ever to set x , which is the ratio of AlN in the AlGaN crystal, to a desired value.

本実施の形態の気相成長装置の模式図である。It is a schematic diagram of the vapor phase growth apparatus of this Embodiment. キャリアガス中の水素分圧F=0の場合に、気相供給比Rを変化させて、AlGa1−xNを結晶を成長させたときに得られた成長層のX線回析パターンである。X-ray diffraction of the growth layer obtained when growing the crystal of Al x Ga 1-x N by changing the gas phase supply ratio R when the hydrogen partial pressure F 0 = 0 in the carrier gas It is a pattern. キャリアガス中の水素分圧Fが、0、0.01、0.1、1のそれぞれの場合における、気相供給比RとAlGaN結晶中のAlNの比率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the gaseous-phase supply ratio R and the ratio of AlN in an AlGaN crystal in case hydrogen partial pressure F0 in carrier gas is 0 , 0.01, 0.1, and 1, respectively.

10 気相成長装置
12 アルミニウム原料供給部
12a 第1ガス導入路
14 ガリウム原料供給部
14a 第2ガス導入路
16 窒素原料供給部
16a 第3ガス導入路
18 混合部
20 成長部
20a 排気ポート
22 基板結晶
24 カーボンサセプタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vapor growth apparatus 12 Aluminum raw material supply part 12a 1st gas introduction path 14 Gallium raw material supply part 14a 2nd gas introduction path 16 Nitrogen raw material supply part 16a 3rd gas introduction path 18 Mixing part 20 Growth part 20a Exhaust port 22 Substrate crystal 24 carbon susceptor

Claims (3)

成長部に基板結晶を配置し、アルミニウム原料をキャリアガスと共に成長部に供給するアルミニウム原料供給工程と、ガリウム原料をキャリアガスと共に前記成長部に供給するガリウム原料供給工程と、窒素原料をキャリアガスと共に前記成長部に供給する窒素原料供給工程と、を備え、前記基板結晶上にHVPE法によってAlGaN結晶を成長させる方法において、An aluminum material supply step of arranging a substrate crystal in the growth section and supplying an aluminum raw material to the growth section together with a carrier gas; a gallium raw material supply step of supplying a gallium raw material to the growth section together with a carrier gas; and a nitrogen raw material together with a carrier gas A method of growing an AlGaN crystal on the substrate crystal by an HVPE method.
前記各原料供給工程における前記キャリアガス中の水素分圧の合計が0.01atm以上0.1atm未満であって、前記アルミニウム原料と前記ガリウム原料との比率によってAlGaN結晶中のAlNとGaNの組成比率を所望の値に設定することを特徴とするAlGaN結晶の気相成長方法。  The total hydrogen partial pressure in the carrier gas in each raw material supply step is 0.01 atm or more and less than 0.1 atm, and the composition ratio of AlN and GaN in the AlGaN crystal according to the ratio of the aluminum raw material and the gallium raw material. Is set to a desired value. A method for vapor phase growth of an AlGaN crystal.
請求項1に記載の気相成長方法において、
前記アルミニウム原料供給工程を750℃以下で行い、
前記成長部を900℃以上1600℃に設定することを特徴とするAlGaN結晶の気相成長方法。
The vapor phase growth method according to claim 1 ,
Performing the aluminum raw material supply step at 750 ° C. or lower,
A method for vapor phase growth of an AlGaN crystal, wherein the growth portion is set to 900 ° C. or more and 1600 ° C.
請求項1又は2のいずれか1項に記載の気相成長方法によって製造されたAlGaN結晶の厚膜基板。 Thick film substrate of the prepared AlGaN crystal by a vapor deposition method according to any one of claims 1 or 2.
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