JP7401182B2 - GaN積層体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
GaN単結晶で構成され、主面に対して最も近い低指数の結晶面がc面であるGaN基板と、
前記GaN基板の前記主面上にエピタキシャル成長され、10μm以上の厚さを有するGaN層と、
を有し、
前記GaN層の表面は、GaNの複数分子層以上の高さを有し所定方向に延びたステップと、テラスと、が交互に並んだステップ・テラス構造を有する、
GaN積層体
が提供される。
GaN単結晶で構成され、主面に対して最も近い低指数の結晶面がc面であるGaN基板を準備する工程と、
前記GaN基板の前記主面上に、HVPEにより10μm以上の厚さを有するGaN層をエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、
成長温度を1,050℃以上1,200℃以下として、前記GaN層を成長させ、
前記GaN層の表面に、GaNの複数分子層以上の高さを有し所定方向に延びたステップと、テラスと、が交互に並んだステップ・テラス構造を形成する、
GaN積層体の製造方法
が提供される。
条件1として、(V/III比)≦0.2Tg-189 、かつ、(V/III比)≧0.2Tg-199
条件2として、(V/III比)<0.2Tg-199、かつ、(V/III比)≧0.2Tg-209
条件3として、(V/III比)<0.2Tg-209
が例示される。
以下、実験例について説明する。実験例では、基板上にHVPEにより厚さ10μm以上のエピ層を成長させた積層体を作製して、エピ層の表面状態を調べた。その結果、エピ層表面にマクロステップ・テラスを有する積層体と、エピ層表面にマクロステップ・テラスよりも平坦であるステップ・テラスを有する積層体と、の作り分けが可能であるとの知見が得られた。これらのいずれの態様の積層体も、本願発明者により見出された、新規な構造を有するGaN積層体である。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
GaN単結晶で構成され、主面に対して最も近い低指数の結晶面がc面であるGaN基板と、
前記GaN基板の前記主面上にエピタキシャル成長され、10μm以上の厚さを有するGaN層と、
を有し、
前記GaN層の表面は、GaNの複数分子層以上の高さを有し所定方向に延びたステップと、テラスと、が交互に並んだステップ・テラス構造を有する、
GaN積層体。
前記ステップは、GaNの2分子層の高さを有する、付記1に記載のGaN積層体。
前記基板は、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角が0.3°以下である第1領域を有し、前記第1領域上に成長した前記GaN層の表面において、前記ステップは、GaNの2分子層の高さを有する、付記1または2に記載のGaN積層体。
前記ステップは、a軸方向と直交する方向に延びている、付記1に記載のGaN積層体。
前記基板は、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角がa軸方向に0.3°超傾斜した第2領域を有し、前記第2領域上に成長した前記GaN層の表面において、前記ステップは、a軸方向と直交する方向に延びている、付記1または4に記載のGaN積層体。
前記ステップは、m軸方向と直交する方向に延びている、付記1に記載のGaN積層体。
前記基板は、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角がm軸方向に0.3°超傾斜した第3領域を有し、前記第3領域上に成長した前記GaN層の表面において、前記ステップは、m軸方向と直交する方向に延びている、付記1または6に記載のGaN積層体。
前記GaN層の表面は、100μm角領域のAFM測定により求めた表面粗さのrms値が、好ましくは10nm未満であり、より好ましくは5nm以下である、付記1~7のいずれか1つに記載のGaN積層体。
前記GaN層の表面は、5μm角領域のAFM測定により求めた表面粗さのrms値が、好ましくは0.3nm以下であり、より好ましくは0.2nm以下である、付記1~8のいずれか1つに記載のGaN積層体。
前記GaN層の表面において、好ましくは500μm角以上の広さの領域、より好ましくは1mm角以上の広さの領域が、前記ステップ・テラス構造を有する付記1~9のいずれか1つに記載のGaN積層体。
前記基板は、VAS法で製造された基板である(貫通転位密度が1×107/cm2以上である領域を含まない基板である)、付記1~10のいずれか1つに記載のGaN積層体。
GaN単結晶で構成され、主面に対して最も近い低指数の結晶面がc面であるGaN基板を準備する工程と、
前記GaN基板の前記主面上に、HVPEにより10μm以上の厚さを有するGaN層をエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、
成長温度を1,050℃以上1,200℃以下として、前記GaN層を成長させ、
前記GaN層の表面に、GaNの複数分子層以上の高さを有し所定方向に延びたステップと、テラスと、が交互に並んだステップ・テラス構造を形成する、
GaN積層体の製造方法。
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、成長温度TgおよびV/III比の範囲を(V/III比)<0.2Tg-209とする、付記12に記載のGaN積層体の製造方法。
前記GaN基板を準備する工程では、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角が0.3°以下である第1領域を有する前記GaN基板を準備し、
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、前記第1領域上に、前記ステップがGaNの2分子層の高さを有する前記ステップ・テラス構造を形成する、付記12または13に記載のGaN積層体の製造方法。
前記GaN基板を準備する工程では、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角がa軸方向に0.3°超傾斜した第2領域を有する前記GaN基板を準備し、
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、前記第2領域上に、前記ステップがa軸方向と直交する方向に延びた前記ステップ・テラス構造を形成する、付記12または13に記載のGaN積層体の製造方法。
前記GaN基板を準備する工程では、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角がm軸方向に0.3°超傾斜した第3領域を有する前記GaN基板を準備し、
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、前記第3領域上に、前記ステップがm軸方向と直交する方向に延びた前記ステップ・テラス構造を形成する、付記12または13に記載のGaN積層体の製造方法。
前記GaN層の表面は、マクロステップ・テラス構造を有しない、付記1~11のいずれか1つに記載のGaN積層体、または、付記12~16のいずれか1つに記載のGaN積層体の製造方法。
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、N原料ガスの供給を開始した後に、水素ガスの供給を開始し、水素ガスの供給を開始した後に、Ga原料ガスの供給を開始する、付記12~17のいずれか1つに記載のGaN積層体の製造方法。
GaN単結晶で構成され、主面に対して最も近い低指数の結晶面がc面であるGaN基板と、
前記GaN基板の前記主面上にエピタキシャル成長され、10μm以上の厚さを有するGaN層と、
を有し、
前記GaN層の表面は、5μm角領域のAFM測定により求めた表面粗さのrms値が、1nm以下である領域を有し、さらに、
前記GaN層の表面は、マクロステップと、マクロテラスと、が交互に並んだマクロステップ・テラス構造が、全面には形成されておらず、
前記マクロステップおよび前記マクロテラスのうちの一方は、GaNの複数分子層以上の高さを有しm軸方向と直交する方向に延びたステップと、テラスと、が交互に並んだステップ・テラス構造を有し、
前記マクロステップおよび前記マクロテラスのうちの他方は、GaNの複数分子層以上の高さを有しa軸方向と直交する方向に延びたステップと、テラスと、が交互に並んだステップ・テラス構造を有する、GaN積層体。
前記GaN層の表面の、前記rms値が1nm以下である領域は、GaNの複数分子層以上の高さを有し所定方向に延びたステップと、テラスと、が交互に並んだステップ・テラス構造を有する付記19に記載のGaN積層体。
GaN単結晶で構成され、主面に対して最も近い低指数の結晶面がc面であるGaN基板を準備する工程と、
前記GaN基板の前記主面上に、HVPEにより10μm以上の厚さを有するGaN層をエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、成長温度TgおよびV/III比の範囲を(V/III比)<0.2Tg-199、かつ、(V/III比)≧0.2Tg-209とし、
前記基板は、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角の大きさが好ましくは0.4°以上、より好ましくは0.5°以上である領域を有する、
GaN積層体の製造方法。
11 (基板10の)主面
20 GaN層(エピ層)
21 (エピ層20の)表面
30 GaN積層体(積層体)
40 マクロステップ・テラス構造
41 マクロステップ
42 マクロテラス
50m m方向ステップ・テラス構造
51m m方向ステップ
52m m方向テラス
50a a方向ステップ・テラス構造
51a a方向ステップ
52a a方向テラス
60 ステップ・テラス構造
200 HVPE装置
Claims (15)
- GaN単結晶で構成され、研磨された平坦な主面を有し、前記主面に対して最も近い低指数の結晶面がc面であるGaN基板と、
前記GaN基板の前記主面上にエピタキシャル成長され、10μm以上30μm以下の厚さを有するGaN層と、
を有し、
前記GaN層の表面は、
GaNの複数分子層以上の高さを有し所定方向に延びたステップと、GaNの分子層の上面であるc面で構成されたテラスと、が交互に並んだステップ・テラス構造を有し、
複数の前記ステップおよび複数の前記テラスを含む100μm角領域のAFM測定により求めた表面粗さのrms値が、10nm未満である、
GaN積層体。 - 前記ステップは、GaNの2分子層の高さを有する、請求項1に記載のGaN積層体。
- 前記基板は、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角が0.3°以下である第1領域を有し、前記第1領域上に成長した前記GaN層の表面において、前記ステップは、GaNの2分子層の高さを有する、請求項1または2に記載のGaN積層体。
- 前記ステップは、a軸方向と直交する方向に延びている、請求項1に記載のGaN積層体。
- 前記基板は、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角がa軸方向に0.3°超傾斜した第2領域を有し、前記第2領域上に成長した前記GaN層の表面において、前記ステップは、a軸方向と直交する方向に延びている、請求項1または4に記載のGaN積層体。
- 前記ステップは、m軸方向と直交する方向に延びている、請求項1に記載のGaN積層体。
- 前記基板は、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角がm軸方向に0.3°超傾斜した第3領域を有し、前記第3領域上に成長した前記GaN層の表面において、前記ステップは、m軸方向と直交する方向に延びている、請求項1または6に記載のGaN積層体。
- 前記GaN層の表面は、5μm角領域のAFM測定により求めた表面粗さのrms値が、0.3nm以下である、請求項1~7のいずれか1項に記載のGaN積層体。
- GaN単結晶で構成され、主面に対して最も近い低指数の結晶面がc面であるGaN基板を準備する工程と、
前記GaN基板の前記主面上に、HVPEにより10μm以上30μm以下の厚さを有するGaN層をエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、
成長温度を1,050℃以上1,200℃以下として、前記GaN層を成長させ、
前記GaN層の表面に、GaNの複数分子層以上の高さを有し所定方向に延びたステップと、GaNの分子層の上面であるc面で構成されたテラスと、が交互に並んだステップ・テラス構造を形成し、
成長温度TgおよびV/III比の範囲を(V/III比)<0.2Tg-209とする、
GaN積層体の製造方法。 - 前記GaN基板を準備する工程では、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角が0.3°以下である第1領域を有する前記GaN基板を準備し、
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、前記第1領域上に、前記ステップがGaNの2分子層の高さを有する前記ステップ・テラス構造を形成する、請求項9に記載のGaN積層体の製造方法。 - 前記GaN基板を準備する工程では、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角がa軸方向に0.3°超傾斜した第2領域を有する前記GaN基板を準備し、
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、前記第2領域上に、前記ステップがa軸方向と直交する方向に延びた前記ステップ・テラス構造を形成する、請求項9に記載のGaN積層体の製造方法。 - 前記GaN基板を準備する工程では、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角がm軸方向に0.3°超傾斜した第3領域を有する前記GaN基板を準備し、
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、前記第3領域上に、前記ステップがm軸方向と直交する方向に延びた前記ステップ・テラス構造を形成する、請求項9に記載のGaN積層体の製造方法。 - GaN単結晶で構成され、研磨された平坦な主面を有し、前記主面に対して最も近い低指数の結晶面がc面であるGaN基板と、
前記GaN基板の前記主面上にエピタキシャル成長され、10μm以上の厚さを有するGaN層と、
を有し、
前記GaN層の表面は、
GaNの複数分子層以上の高さを有し所定方向に延びたステップと、テラスと、が交互に並んだステップ・テラス構造を有し、
100μm角領域のAFM測定により求めた表面粗さのrms値が、10nm未満であり、
前記ステップは、GaNの2分子層の高さを有する、
GaN積層体。 - GaN単結晶で構成され、研磨された平坦な主面を有し、前記主面に対して最も近い低指数の結晶面がc面であるGaN基板と、
前記GaN基板の前記主面上にエピタキシャル成長され、10μm以上の厚さを有するGaN層と、
を有し、
前記GaN層の表面は、
GaNの複数分子層以上の高さを有し所定方向に延びたステップと、テラスと、が交互に並んだステップ・テラス構造を有し、
100μm角領域のAFM測定により求めた表面粗さのrms値が、10nm未満であり、
前記基板は、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角が0.3°以下である第1領域を有し、前記第1領域上に成長した前記GaN層の表面において、前記ステップは、GaNの2分子層の高さを有する、
GaN積層体。 - GaN単結晶で構成され、主面に対して最も近い低指数の結晶面がc面であるGaN基板を準備する工程と、
前記GaN基板の前記主面上に、HVPEにより10μm以上の厚さを有するGaN層をエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、
成長温度を1,050℃以上1,200℃以下として、前記GaN層を成長させ、
前記GaN層の表面に、GaNの複数分子層以上の高さを有し所定方向に延びたステップと、テラスと、が交互に並んだステップ・テラス構造を形成し、
成長温度TgおよびV/III比の範囲を(V/III比)<0.2Tg-209とし、
前記GaN基板を準備する工程では、前記主面内に、前記主面の法線方向とc軸方向とのなす角であるオフ角が0.3°以下である第1領域を有する前記GaN基板を準備し、
前記GaN層をエピタキシャル成長させる工程では、前記第1領域上に、前記ステップがGaNの2分子層の高さを有する前記ステップ・テラス構造を形成する、
GaN積層体の製造方法。
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