JP6510413B2 - 窒化物半導体結晶、製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
特許文献1 国際公開第2011/142402号パンフレット
第1工程では、金属ガリウム212とハロゲンガスとを反応させて一ハロゲン化ガリウムガスを生成する。例えばハロゲンガスとは、Cl2ガス、臭素(Br2)ガス、ヨウ素(I2)ガスである。
Ga(l) + 1/2Cl2(g) → GaCl(g) ・・・(1)
ここで(l)および(g)はそれぞれ物質が液体およびガス状態であることを示す。
第2工程では、生成した一ハロゲン化ガリウムガスとハロゲンガスとを反応させて三ハロゲン化ガリウムガスを生成する。具体的には、第2工程では、第1工程で生成した一塩化ガリウムとCl2ガスとを反応させる。第2工程において三塩化ガリウムガスを生成する反応は、反応式(2)で表わされる。
GaCl(g) + Cl2(g) →GaCl3(g) ・・・(2)
成長工程では、成長室230の結晶成長部G1において、第2工程で生成されたGaCl3ガスとNH3ガスを反応させて、GaN結晶層を成長する。
実施例1では、窒化物半導体結晶製造装置200を用いて、GaCl3ガスの分圧を1.0×10−2atm、成長温度を1200℃、成長時間を12分間としてGaN結晶層を成長させた。第1反応室210における金属ガリウム212は、7Nグレード(純度99.99999%)の金属ガリウムを用いた。本例の窒化物半導体基板101は、−C面GaN(000−1)基板を用いた。
実施例2では、成長温度を1300℃としてGaN結晶層を成長させた。成長温度以外の条件は、実施例1の場合と同一である。実施例2の成長速度は、実施例1の成長速度よりも遅い。しかしながら、実施例2のGaN結晶層の結晶性は、GaN(0002)面のX線回折半値幅が374arcsecである。即ち、実施例2では、実施例1の場合よりも、成長温度を高温にすることにより、GaN結晶層の結晶性をさらに向上することができる。
実施例3では、GaCl3ガスの分圧を9.0×10−3atmとしてGaN結晶層を成長させた。GaCl3ガスの分圧以外の条件は、一部を除き、基本的に実施例1の場合と同一である。実施例3と実施例1との相違点について、以下に説明する。
実施例4では、成長温度を1250℃、成長時間を15分として、サファイア(0001)基板上にGaN結晶層を成長させた。成長温度および初期基板以外の条件は、一部を除き、基本的に実施例1の場合と同様である。実施例4と実施例1との相違点について、以下に説明する。
実施例5では、成長時間を30分としてGaN結晶層を成長した。成長時間以外の条件は、実施例3の場合と同様である。
比較例1では、成長温度を1050℃としてGaN結晶層を成長させた。成長温度以外の条件は、実施例1の場合と同一である。
比較例2では、成長温度を1100℃としてGaN結晶層を成長させた。成長温度以外の条件は、実施例1の場合と同一である。
比較例3では、窒化物半導体結晶製造装置200を用い、GaCl3ガスの分圧を5×10−3atm、成長温度を1100℃、成長時間を20分間としてGaN結晶層を成長させた。第1反応室210における金属ガリウム212は、7Nグレード(純度99.99999%)の金属ガリウムを用いた。本例の窒化物半導体基板101は、−C面GaN(000−1)基板を用いた。
比較例4では、成長温度を1200℃としてGaN結晶層を成長させた。成長温度以外の条件は、比較例3の場合と同一である。比較例4の成長速度は、100μm/h程度であり、比較例3の成長速度よりも遅い。
Claims (13)
- 基板を用意する工程と、
分圧が9.0×10−3atm以上である三ハロゲン化ガリウムガスを前記基板上に供給する工程と、
アンモニアガスを前記基板上に供給する工程と、
前記基板上に、GaN結晶を−C軸方向に成長させる工程と
を備え、
前記GaN結晶の成長温度が1200℃以上である窒化物半導体結晶の製造方法。 - 金属ガリウムとハロゲンガスとを反応させて一ハロゲン化ガリウムガスを生成する第1工程と、
生成した前記一ハロゲン化ガリウムガスとハロゲンガスとを反応させて前記三ハロゲン化ガリウムガスを生成する第2工程と
をさらに備え、
前記第1工程が行われる第1反応室と前記第2工程が行われる第2反応室の間の抑制構造において、前記第1工程で生成された前記一ハロゲン化ガリウムガスの濃度が低下することを抑制する請求項1に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。 - 前記抑制構造は、前記第1反応室および前記第2反応室の間の経路であり、
前記経路の断面積は、前記第1反応室および前記第2反応室の断面積よりも小さい請求項2に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。 - 前記第2反応室は、前記三ハロゲン化ガリウムガスの流速を減速させる複数の仕切り板を備える請求項2に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
- 前記基板は、前記窒化物半導体結晶と異なる材料である請求項1から4のいずれか一項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
- 前記第1工程が行われる第1反応室に供給される前記ハロゲンガスの分圧は、1.0×10−3atm以上である請求項2に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
- 前記GaN結晶を−C軸方向に成長させる工程の後に、前記窒化物半導体結晶の上面を切り出す工程と、切り出された前記窒化物半導体結晶の上面にさらに結晶を成長させる工程と、を繰り返す工程
をさらに備える請求項1から6のいずれか一項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。 - 前記三ハロゲン化ガリウムガスは、三塩化ガリウムガスである請求項1から7のいずれか一項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
- 前記GaN結晶を−C軸方向に成長させる工程は、THVPE法(トリハライド気相成長法)で成長させる請求項1から8のいずれか一項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
- 分圧が9.0×10−3atm以上である三ハロゲン化ガリウムガスを生成して、基板上に供給するガス供給部と、
アンモニアガスを前記基板上に供給するアンモニア供給部と、
前記基板が設置され、前記基板上に、GaN結晶を−C軸方向に成長させる成長室と、
前記GaN結晶の成長温度を1200℃以上に制御する温度制御部と
を備え、
前記ガス供給部は、
金属ガリウムとハロゲンガスとを反応させて一ハロゲン化ガリウムガスを生成する第1反応室と、
生成した前記一ハロゲン化ガリウムガスとハロゲンガスとを反応させて前記三ハロゲン化ガリウムガスを生成する第2反応室と
を備え、
前記第1反応室において生成された前記一ハロゲン化ガリウムガスの濃度が低下することを抑制する抑制構造を、前記第1反応室と前記第2反応室との間に備え、
前記第2反応室は、複数の仕切り板を備える窒化物半導体結晶の製造装置。 - 前記抑制構造は、前記第1反応室および前記第2反応室の間の経路であり、
前記経路の断面積は、前記第1反応室および前記第2反応室の断面積よりも小さい請求項10に記載の窒化物半導体結晶の製造装置。 - 前記第1反応室に供給される前記ハロゲンガスの分圧は、1.0×10−3atm以上である請求項11に記載の窒化物半導体結晶の製造装置。
- 前記GaN結晶の成長速度は、250μm/h以上である請求項1に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
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