KR101323868B1 - ＡｌｘＧａ１－ｘＮ 단결정의 성장 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대형이며 고품질의 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법을 제공한다. 본 발명의 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법은, 결정 직경 D ㎜와 두께 T ㎜가 T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는 AlyGa1 - yN (0<y≤1) 종결정(4)을 준비하는 공정과, 승화법으로 AlyGa1 - yN 종결정(4)의 주표면(4m) 위에 AlxGa1 - xN (0<x≤1) 단결정(5)을 성장시키는 공정을 포함한다.

Description

ＡｌｘＧａ１－ｘＮ 단결정의 성장 방법{METHOD FOR GROWING AlxGa1-xN SINGLE CRYSTAL}
본 발명은 반도체 디바이스의 기판 등에 바람직하게 이용되는 대형이며 결정성이 좋은 AlxGa1 - xN (0<x≤1, 이하 동일) 단결정의 성장 방법에 관한 것이다.
AlxGa1 - xN 단결정 등의 III족 질화물 결정은 발광 소자, 전자 소자, 반도체 센서 등의 반도체 디바이스를 형성하기 위한 재료로서 매우 유용한 것이다.
이러한 AlxGa1 - xN 단결정을 제작하기 위한 방법으로는, 기상법, 그 중에서도 승화법이, X선 회절 로킹 커브(rocking curve)에서의 회절 피크의 반값폭이 작은 고품질의 단결정을 얻는 관점에서 제안되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5858086호 명세서(특허문헌 1)에는, 승화법 등의 기상법에 의해 0.5 ㎜/hr보다 높은 성장 속도로 AlN 단결정을 성장시키는 것이 개시되어 있다. 또, 미국 특허 제6296956호 명세서(특허문헌 2)에는, 종결정 위에 승화법에 의해 성장된 결정 직경이 1 인치(25.4 ㎜) 이상이고 불순물의 함유율이 450 ppm 이하인 AlN 벌크 단결정이 개시되어 있다. 또, 미국 특허 제6001748호 명세서(특허문헌 3)에는, 승화법에 의해 성장된 길이 10㎜ 이상, 폭 10㎜ 이상, 두께 300 ㎛ 이상의 AlN 결정이 개시되어 있다.
그러나, 승화법으로 대형[예를 들어, 직경 1 인치(25.4 ㎜)×두께 2 ㎜ 이상, 이하 동일]의 AlxGa1 - xN 단결정을 제작하고자 하면, 결정 성장이 불균일해지고, 전위(轉位) 밀도의 증대, 결정 품질의 저하, 다결정의 발생 등의 문제가 있어, 실용적인 크기로 전위 밀도가 낮고 고품질인 AlxGa1 - xN 단결정을 안정적으로 성장시키는 방법이 아직 제안되어 있지 않다.
미국 특허 제5858086호 명세서 미국 특허 제6296956호 명세서 미국 특허 제6001748호 명세서
AlxGa1 - xN (0<x≤1) 단결정은 일반적으로 승화법을 이용하여 성장한다. 이러한 승화법에서의 결정 성장의 타입에는, 하지 결정을 이용하지 않고 결정핵을 생성하여 이 결정핵을 성장시키는 타입(이하, 결정핵 성장 타입이라고도 함)과, 하지 결정 위에 결정 성장시키는 타입[이하, 하지 결정 상(上)의 결정 성장 타입이라고도 함]이 있다. 여기서, 하지 결정 상의 결정 성장 타입에서는, 대직경의 AlxGa1 - xN (0<x≤1) 기판을 입수하는 것이 어려워, 성장시키는 AlxGa1 - xN 단결정과는 화학 조성이 상이한 SiC 결정 등의 이종(異種) 하지 결정이 이용된다.
이종 하지 결정을 이용하는 하지 결정 상의 결정 성장 타입에서는, 비교적 대구경화가 용이한 반면, 이종 하지 결정과 그 위에 성장하는 AlxGa1 - xN 단결정 간의 격자 정수나 열팽창률의 미스매치에 의해 전위 등의 결함이 발생하기 때문에, 통상 저품질의 결정밖에 얻을 수 없다. 한편, 결정핵 성장 타입에서, 고품질의 결정을 용이하게 얻을 수 있지만, 하지 결정을 이용하지 않기 때문에, 안정적으로 대구경의 벌크 결정을 얻는 것이 어려워, 실용적으로 제공할 수 있는 대형이며 고품질의 결정을 제조하는 것은 일반적으로 어렵다.
이 때문에, 하지 결정으로서 입수 가능한 한 대구경의 AlyGa1 - yN (0<y≤1, 이하 동일) 결정을 종결정으로서 이용하는 것이 요구된다. 그러나, 이러한 AlyGa1 - yN 종결정을 입수하더라도, 결정 성장법, 결정 성장 조건, 화학 조성(즉, 결정을 구성하는 원소의 종류와 비율), 불순물 농도의 차이 등에 의해, 종결정과 종결정 위에 성장하는 단결정과의 사이에 응력이 발생하여, 성장하는 단결정에 전위 등의 결함, 크랙, 휘어짐 등이 발생한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하여, 대형이며 고품질의 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 결정 직경 D ㎜와 두께 T ㎜가 T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는 AlyGa1-yN (0<y≤1) 종결정을 준비하는 공정과, 승화법으로 AlyGa1 - yN 종결정의 주표면 위에 AlxGa1 - xN (0<x≤1) 단결정을 성장시키는 공정을 포함하는 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법이다.
본 발명에 따른 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법에서, AlyGa1 - yN 종결정은 승화법으로 AlyGa1 - yN 종결정의 결정핵을 생성하여 그 결정핵을 성장시킨 것일 수도 있다. 또, AlyGa1 - yN 종결정은 주표면으로서 (0001)표면을 가질 수 있다. 또, AlyGa1 - yN 종결정은 IVB족 원소 중 1종류 이상의 원소를 질량비로 10 ppm 이상 함유할 수 있다.
본 발명에 의하면, 대형이나 고품질의 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법의 일 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 AlyGa1 - yN 종결정의 성장 방법의 일 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 AlyGa1 - yN 종결정의 성장 방법의 다른 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 실시예 및 비교예에서의 AlyGa1 - yN 종결정의 결정 직경 D ㎜와 두께 T ㎜와의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다. 도면의 설명에서, 동일 또는 동등한 요소에는 동일한 부호를 이용하고, 중복되는 설명을 생략한다. 또, 도면의 치수 비율은 설명과 꼭 일치하지는 않는다.
도 1을 참조한다. 본 발명에 따른 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법의 일 실시형태는, 결정 직경 D(단위 : ㎜)와 두께 T(단위 : ㎜)가 T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는 AlyGa1 - yN (0<y≤1) 종결정(4)을 준비하는 공정과, 승화법에 의해 AlyGa1 - yN 종결정(4)의 주표면(4m) 위에 AlxGa1 - xN (0<x≤1) 단결정(5)을 성장시키는 공정을 포함한다. 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)가 T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는, 두께가 얇은 AlyGa1 - yN 종결정의 주표면 위에 AlxGa1 - xN 단결정을 성장시킴으로써, AlyGa1 - yN 종결정 위에 성장하는 AlxGa1 - xN 단결정 내에 발생하는 응력이 완화되고, 성장하는 AlxGa1-xN 단결정에 전위 등의 결함, 크랙, 휘어짐 등이 발생하는 것이 억제되어, 대형이며 고품질의 AlxGa1 - xN 단결정을 얻을 수 있다. 이것은 성장하는 AlxGa1 - xN 단결정의 두께가 1 ㎜ 이상인 경우에 특히 유효하다.
여기서, AlyGa1 - yN 종결정과 성장하는 AlxGa1 - xN 단결정의 화학 조성은 동일(즉 y=x)해도 되고 상이(즉 y≠x)해도 되지만, AlxGa1 - xN 단결정의 성장시에 결정 내에 발생하는 응력을 저감시키는 관점에서, 화학 조성의 차(즉 |y-x|)가 작은 것이 바람직하고, 화학 조성이 동일(즉 y=x)한 것이 보다 바람직하다.
도 1을 참조한다. 본 실시형태의 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법은, 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)가 T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는 AlyGa1 - yN (0<y≤1) 종결정(4)을 준비하는 공정을 포함한다. AlyGa1 - yN 종결정의 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)가 T<0.003D+0.15의 관계를 만족함으로써, AlxGa1 - xN 단결정의 성장시에, AlyGa1-yN 종결정 위에 성장하는 AlxGa1 - xN 단결정 내에 발생하는 응력의 완화가 가능해진다. 이러한 관점에서, AlyGa1 - yN 종결정의 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)가 T<0.002D+0.1의 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하다.
또, 상기 관점에서, AlyGa1 - yN 종결정의 두께 T(㎜)는 0.25 ㎜ 미만인 것이 바람직하고, 0.2 ㎜ 미만인 것이 보다 바람직하고, 0.15 ㎜ 미만인 것이 더욱 바람직하다. 또, 취급이 용이하다는 관점에서, AlyGa1 - yN 종결정의 두께 T(㎜)는 0.01 ㎜ 이상인 것이 바람직하고, 0.05 ㎜ 이상인 것이 보다 바람직하다.
AlyGa1 - yN 종결정을 준비하는 공정에는 특별한 제한은 없고, 승화법 등 기상법, 용액법(플럭스법을 포함) 등의 액상법을 이용하여 벌크 결정을 성장시킨 후, 그 벌크 결정을 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)가 T<0.003D+0.15의 관계를 만족하도록 가공할 수 있다.
또, AlyGa1 - yN 종결정 내의 전위 등의 결함, 휘어짐 및 크랙을 저감시키는 관점에서, 승화법으로 AlyGa1 - yN 종결정의 결정핵을 생성하여 그 결정핵을 성장시킨 것을 종결정으로서 준비하는 것이 바람직하다. 또한, 종결정 내의 전위를 저감시켜, 성장시키는 AlxGa1 - xN 단결정의 전위 등의 결함을 저감시키는 관점에서, 결정핵을 성장시켜 얻어지는 AlyGa1 - yN 종결정의 형상은 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)에 관해, D≥3의 관계를 만족하는 것이 바람직하고, T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하다.
도 1을 더 참조한다. 본 실시형태의 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법은 승화법으로 AlyGa1 - yN 종결정(4)의 주표면(4m) 위에 AlxGa1 - xN 단결정(5)을 성장시키는 공정을 포함한다. 이러한 AlyGa1 - yN 종결정의 주요면 위에 AlxGa1 - xN 단결정을 성장시킴으로써, AlxGa1 - xN 단결정 내에 발생하는 응력의 완화가 가능해지고, 전위 등의 결함, 크랙, 휘어짐 등의 발생이 억제되어, 대형이며 고품질의 AlxGa1 - xN 단결정을 얻을 수 있다.
승화법에는, 이하의 2종류의 결정 성장의 타입이 있다. 한 타입은, 도 1 및 도 3을 참조하여, 하지 결정의 주표면 위에 결정을 성장시키는 타입(이하, 하지 결정 상의 결정 성장 타입이라고도 함)이다. 예를 들어, 도 1을 참조하여, AltGa1 - tN (0<t≤1, 이하 동일) 원료(3)를 승화시킨 후 다시 고화시켜, 하지 결정으로서의 AlyGa1-yN 종결정(4)의 주표면(4m) 위에 AlxGa1 - xN (0<x≤1) 단결정(5)을 성장시킨다. 또, 도 3을 참조하여, AlsGa1 - sN (0<s≤1, 이하 동일) 원료(2)를 승화시킨 후 다시 고화시켜, SiC 결정, Al2O3 결정 등의 하지 결정(1)의 주표면(1m) 위에 AlyGa1 - yN 종결정(4)을 성장시킨다.
또 하나의 타입은, 도 2를 참조하여, 하지 결정을 이용하지 않고 결정핵을 생성하여 그 결정핵을 성장시키는 타입(이하, 결정핵 성장 타입이라고도 함)이다. 예를 들어, AlsGa1 - sN 원료(2)를 승화시킨 후 다시 고화시켜 AlyGa1 - yN 종결정(4)의 결정핵을 생성하여 그 결정핵을 성장시킴으로써, AlyGa1 - yN 종결정(4)을 성장시킨다.
승화법에서의 결정 성장(하지 결정 상의 결정 성장 타입 및 결정핵 성장 타입)에서는, 예를 들어, 도 1에 나타낸 바와 같은 고주파 가열 방식의 세로형 승화로(10)를 이용한다. 이 세로형 승화로(10)에서의 반응 용기(11)의 중앙부에는, 통기구(12c)를 갖는 WC제의 도가니(12)가 설치되고, 도가니(12) 주위에 도가니(12)의 내부로부터 외부로의 통기를 확보하도록 카본제의 가열체(13)가 설치되어 있다. 도가니(12)는 도가니 본체(12q)와 도가니 덮개판(12p)으로 구성되어 있다. 또, 반응 용기(11)의 외측 중앙부에는, 가열체(13)를 가열하기 위한 고주파 가열 코일(14)이 설치되어 있다. 또한, 반응 용기(11)의 단부에는, 반응 용기(11)의 도가니(12) 외부에 N2 가스를 흘리기 위한 N2 가스 도입구(11a) 및 N2 가스 배출구(11c)와, 도가니(12)의 하면 및 상면의 온도를 측정하기 위한 방사 온도계(15)가 설치되어 있다.
본 실시형태의 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법에서, AlyGa1 - yN 종결정(4)의 주표면(4m) 위에 AlxGa1 - xN 단결정(5)을 성장시키는 공정은, 예를 들어 도 1을 참조하여, 상기 세로형 승화로(10)를 이용하여 이하와 같이 이루어진다.
먼저, 도가니 본체(12q) 하부에 AltGa1 - tN 원료(3)를 수납하고, 도가니 덮개판(12p)의 내면 위에, 상기 AlyGa1 - yN 종결정(4)을 그 주표면(4m)이 AltGa1 - tN 원료(3)와 마주보도록 배치한다. 다음으로, 반응 용기(11) 내에 N2 가스를 흘리면서, 고주파 가열 코일(14)을 이용하여 가열체(13)를 가열함으로써 도가니(12) 내의 온도를 상승시켜, 도가니(12)의 AltGa1 - tN 원료(3)측의 온도를 AlyGa1 - yN 종결정(4)측의 온도보다 높게 유지함으로써, AltGa1 - tN 원료(3)로부터 AlxGa1 - xN을 승화시켜, AlyGa1 -yN 종결정(4)의 주표면(4m) 위에서 AlxGa1 - xN을 다시 고화시켜 AlxGa1 - xN 단결정(5)을 성장시킨다. 여기서, Al의 승화 온도 및 승화 압력은 Ga의 승화 온도 및 승화 압력과 각각 상이하다. 이 때문에, AltGa1 - tN 원료의 Al의 조성비 t와, AltGa1 - tN 원료로부터 승화되는 AlxGa1 - xN의 Al의 조성비 x와의 관계는 승화 온도에 따라 변하지만, 미리 정해진 승화 온도에서 미리 정해진 관계를 갖는다.
여기서, AlxGa1 - xN 단결정(5)의 성장중에는, 도가니(12)의 AltGa1 - tN 원료(3)측의 온도(이하, 승화 온도라고도 함)는 1600℃∼2300℃ 정도로 설정하고, 도가니(12)의 AlyGa1 - yN 종결정(4)측의 온도(이하, 결정 성장 온도라고도 함)를 AltGa1 - tN 원료(3)측의 온도(승화 온도)보다 10℃∼200℃ 정도 낮게 설정함으로써, 고품질의 AlxGa1-xN 단결정(5)을 얻을 수 있다. 또, 결정 성장중에도 반응 용기(11) 내의 도가니(12) 외측에, 가스 분압이 101.3 hPa∼1013 hPa 정도가 되도록 N2 가스를 계속 흘림으로써, AlxGa1 - xN 단결정(5)에 대한 불순물의 혼입을 저감시킬 수 있다.
도가니(12) 내부의 승온중에는, 도가니(12)의 AltGa1 - tN 원료(3)측의 온도보다, 도가니(12) 내에서의 그 이외의 부분의 온도를 높게 함으로써, 도가니(12) 내부의 불순물을 통기구(12c)를 통하여 배출시킬 수 있고, AlxGa1 - xN 단결정(5)에 대한 불순물의 혼입을 보다 저감시킬 수 있다.
본 실시형태의 AlxGa1 - xN 단결정의 제조 방법에서 이용되는 AlyGa1 - yN 종결정은 승화법으로 AlyGa1 - yN 종결정의 결정핵을 생성하여 그 결정핵을 성장시킨 것(즉, 결정핵 성장 타입)이 바람직하다. 이러한 승화법에 의해, 고품질이며 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)가 T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는 AlyGa1 - yN 종결정을 얻을 수 있다.
도 2를 참조하여, 승화법으로 AlyGa1 - yN 종결정(4)의 결정핵을 생성하여 그 결정핵을 성장시킴으로써 AlyGa1 - yN 종결정(4)을 성장시키는 공정은, 예를 들어 이하와 같이 이루어진다.
먼저, 도가니 본체(12q) 하부에 AlsGa1 - sN 원료(2)를 수납하여, AlsGa1 - sN 원료(2)와 마주보도록 도가니 덮개판(12p)을 배치한다. 다음으로, 도 1 및 도 2를 참조하여, 반응 용기(11) 내에 N2 가스를 흘리면서, 고주파 가열 코일(14)을 이용하여 가열체(13)를 가열함으로써 도가니(12) 내의 온도를 상승시켜, 도가니(12)의 AlsGa1 -sN 원료(2)측의 온도를 도가니 덮개판(12p)측의 온도보다 높게 유지함으로써, AlsGa1-sN 원료(2)로부터 AlyGa1 - yN을 승화시키고, 도가니 덮개판(12p) 위에서 AlyGa1 -yN을 다시 고화시켜, AlyGa1 - yN 종결정(4)의 결정핵을 생성하고 그 결정핵을 성장시킴으로써, AlyGa1 - yN 종결정(4)을 성장시킨다. 여기서, Al의 승화 온도 및 승화 압력은 Ga의 승화 온도 및 승화 압력과 각각 상이하다. 이 때문에, AlsGa1 - sN 원료의 Al의 조성비 s와, AlsGa1 - sN 원료로부터 승화되는 AlyGa1 - yN의 Al의 조성비 y와의 관계는 승화 온도에 따라 변하지만, 미리 정해진 승화 온도에서 미리 정해진 관계를 갖는다.
여기서, AlyGa1 - yN 종결정의 성장중에는, 도가니(12)의 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도(승화 온도)는 1600℃∼2300℃ 정도로 설정하고, 도가니(12)의 도가니 덮개판(12p)측의 온도(결정 성장 온도)를 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도(승화 온도)보다 10℃∼200℃ 정도 낮게 설정함으로써, 고품질의 AlyGa1 - yN 종결정(4)을 얻을 수 있다. 또, 결정 성장중에도 반응 용기(11) 내의 도가니(12) 외측에, 가스 분압이 101.3 hPa∼1013 hPa 정도가 되도록 N2 가스를 계속 흘림으로써, AlyGa1 - yN 종결정(4)에 대한 불순물의 혼입을 저감시킬 수 있다.
도가니(12) 내부의 승온중에는, 도가니(12)의 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도보다 그 이외의 부분의 온도를 높게 함으로써, 도가니(12) 내부의 불순물을 통기구(12c)를 통하여 제거할 수 있고, AlyGa1 - yN 종결정(4)에 대한 불순물의 혼입을 보다 저감시킬 수 있다.
도 2를 참조하여, 이상과 같이 성장된 AlyGa1 - yN 종결정(4)은 육각 평판형 등의 다각 평판형의 형상을 가지며, 도가니 덮개판(12p) 위에 다각 평판형의 결정이 기립한 상태로 부착된다.
또, 본 실시형태의 AlxGa1 - xN 단결정의 제조 방법에서 이용되는 AlyGa1 - yN 종결정은 승화법으로 하지 결정의 주표면 위에 AlyGa1 - yN 종결정을 성장시킨 것(즉, 하지 결정 상의 결정 성장 타입)일 수도 있다. 도 3을 참조하여, 승화법으로 하지 결정(1)의 주표면(1m) 위에 AlyGa1 - yN 종결정(4)을 성장시키는 공정은, 예를 들어 이하와 같이 이루어진다.
먼저, 도가니 본체(12q) 하부에 AlsGa1 - sN 원료(2)를 수납하고, 도가니 덮개판(12p)의 내면 위에, SiC 결정, Al2O3 결정, Si 결정, GaN 결정, ZnO 결정 등의 결정 직경 D ㎜의 하지 결정(1)을 그 주표면(1m)이 AlsGa1 - sN 원료(2)와 마주보도록 배치한다.
다음으로, 반응 용기(11) 내에 N2 가스를 흘리면서, 고주파 가열 코일(14)을 이용하여 가열체(13)를 가열함으로써 도가니(12) 내의 온도를 상승시켜, 도가니(12)의 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도를 하지 결정(1)측의 온도보다 높게 유지함으로써, AlsGa1 - sN 원료(2)로부터 AlyGa1 - yN을 승화시키고, 하지 결정(1)의 주표면(1m) 위에서 AlyGa1 - yN을 다시 고화시켜 AlyGa1 - yN 종결정(4)을 성장시킨다. 여기서, Al의 승화 온도 및 승화 압력은 Ga의 승화 온도 및 승화 압력과 각각 상이하다. 이 때문에, AlsGa1 - sN 원료의 Al의 조성비 s와, AlsGa1 - sN 원료로부터 승화되는 AlyGa1 - yN의 Al의 조성비 y와의 관계는 승화 온도에 따라 변하지만, 미리 정해진 승화 온도에서 미리 정해진 관계를 갖는다.
여기서, AlyGa1 - yN 종결정(4)의 성장중에는, 도가니(12)의 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도(이하, 승화 온도라고도 함)는 1600℃∼2300℃ 정도로 설정하고, 도가니(12)의 하지 결정(1)측의 온도(이하, 결정 성장 온도라고도 함)를 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도(승화 온도)보다 10℃∼200℃ 정도 낮게 설정함으로써, 고품질의 결정 직경 D(㎜)이고 두께 T0(㎜)인 AlyGa1 - yN 종결정(4)을 얻을 수 있다. 또, 결정 성장중에도 반응 용기(11) 내의 도가니(12) 외측에, 가스 분압이 101.3 hPa∼1013 hPa 정도가 되도록 N2 가스를 계속 흘림으로써, AlyGa1 - yN 종결정(4)에 대한 불순물의 혼입을 저감시킬 수 있다.
도가니(12) 내부의 승온중에는, 도가니(12)의 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도보다, 도가니(12) 내에서의 그 이외의 부분의 온도를 높게 함으로써, 도가니(12) 내부의 불순물을 통기구(12c)를 통하여 배출시킬 수 있고, AlyGa1 - yN 종결정(4)에 대한 불순물의 혼입을 보다 저감시킬 수 있다.
이상과 같이 얻어진 결정 직경이 D(㎜)이고 두께가 T0(㎜)인 AlyGa1 - yN 종결정(4)을 그 주표면과 평행한 면에서 슬라이스하여, 슬라이스면을 연마함으로써, 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)(여기서, T0>T)가 T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는 AlyGa1 -yN 종결정(4)을 얻을 수 있다.
여기서, 본 실시형태의 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법에 이용되는 AlyGa1 - yN 종결정(4)은 주표면으로서 (0001)표면을 갖는 것이 바람직하다. AlyGa1 - yN 종결정이 주표면으로서 (0001)표면을 가짐으로써, AlyGa1 - yN 종결정의 주요면 위에 대형의 AlxGa1-xN 단결정을 성장시키는 것이 용이해진다. 고품질의 AlxGa1 - xN 단결정을 안정적이고 효율적으로 성장시키는 관점에서, AlyGa1 - yN 종결정의 (0001) Ga 표면 위에 AlxGa1-xN 단결정을 성장시키는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태의 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법에 이용되는 AlyGa1 - yN 종결정(4)은 IVB족 원소 중 1종류 이상의 원소를 질량비로 10 ppm 이상 함유하는 것이 바람직하다. 여기서, IVB족 원소 중 1종류 이상의 원소를 10 ppm(질량비) 이상 함유하는 AlyGa1 - yN 종결정은 주표면으로서 (0001)표면을 갖고, 육각 평판형 등의 다각 평판형의 형상을 가지며, 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)가 T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는 단결정이 되기 쉽다. 이러한 관점에서, IVB족 원소 중 1종류 이상의 원소의 함유율은 10 ppm 이상인 것이 바람직하고, 50 ppm 이상인 것이 보다 바람직하고, 100 ppm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 과량의 불순물은 결정 내의 결함을 증식시키기 때문에, 과량의 불순물을 저감시키는 관점에서, 5000 ppm 이하인 것이 바람직하고, 500 ppm 이하인 것이 보다 바람직하다. 여기서, IVB족 원소의 원소란, 장주기율표에서의 IVB족 원소를 말하며, 구체적으로는, C(탄소), Si(규소), Ge(게르마늄), Sn(주석), Pb(납)을 말한다.
여기서, IVB족 원소 중 1종류 이상의 원소를 10 ppm(질량비) 이상 함유하는 AlyGa1-yN 종결정을 성장시키기 위해, 특별히 제한은 없지만, 예를 들어, AlsGa1 - sN 원료(2)와 함께 IVB족 원소 중 1종류 이상의 원소를 포함하는 물질(이하, IVB족 원소 함유 물질)을 도가니(12)에 수납하여 성장시킬 수 있다. 여기서, AlsGa1 - sN 원료(2) 및 IVB족 원소 함유 물질의 전체 원료에 대한 IVB족 원소 함유 물질의 함유량은 AlsGa1 - sN 및 IVB족 원소의 합에 대한 IVB족 원소의 함유율이 질량비로 바람직하게는 50 ppm 이상, 보다 바람직하게는 500 ppm 이상이 되도록 한다.
또, AlyGa1 - yN 종결정의 성장중에는, 도가니(12)의 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도(승화 온도)가 1800℃∼2300℃인 것이 바람직하다. 또, 도가니(12)의 도가니 덮개판(12p)측의 온도(결정 성장 온도)는 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도(승화 온도)보다 10℃∼250℃ 정도 낮게, 즉 1550℃∼2290℃인 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태의 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법에 이용되는 AlyGa1 - yN 종결정(4)에 관해, X선 회절 로킹 커브에서의 회절 피크의 반값폭은 150 arcsec 이하인 것이 바람직하고, 50 arcsec 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, AlyGa1 - yN 종결정(4)의 전위 밀도는 1×106 cm-2 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 결정의 전위 밀도의 측정 방법에는, 특별히 제한은 없고, 예를 들어 결정 표면을 에칭함으로써 얻어지는 피트의 밀도(EPD; Etch-Pit Density)를 측정할 수 있다. X선 회절 로킹 커브에서의 회절 피크의 반값폭이 150 arcsec 이하, 또는 전위 밀도가 1×106 cm-2 이하인 고품질의 AlyGa1 - yN 종결정의 주표면 위에는 고품질의 AlxGa1 - xN 단결정을 성장시킬 수 있다.
〔실시예〕
(실시예 1)
1. AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 성장
도 3을 참조하여, WC제의 도가니 본체(12q) 하부에, 원료로서 AlN 분말[AlsGa1 - sN 원료(2)] 및 Si 분말(IVB족 원소)을 배치했다. 여기서, 원료 중에서의 Si 분말(IVB족 원소) 함유율은 300 ppm으로 했다. 이어서, WC제의 도가니 덮개판(12p)의 내면 위에, 결정 직경이 40 ㎜인 하지 결정(1)으로서의 SiC 하지 결정을 그 주표면(1m)인 (0001) Si 표면이 원료와 마주보도록 배치했다.
다음으로, 도 1 및 도 3을 참조하여, 반응 용기(11) 내에 N2 가스를 흘리면서, 고주파 가열 코일(14)을 이용하여 도가니(12) 내의 온도를 상승시켰다. 도가니(12) 내의 승온중에는, 도가니(12)의 도가니 덮개판(12p)측의 온도를 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도보다 높게 하여, 승온중에 도가니 덮개판(12p)의 표면을 에칭에 의해 세정하고, 승온중에 도가니(12) 내부에서 방출된 불순물을 통기구(12c)를 통하여 제거했다.
다음으로, 도가니(12)의 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도(승화 온도)를 1700℃, 도가니 덮개판(12p)측의 온도(결정 성장 온도)를 1600℃로 설정하고, 원료로부터 AlN 및 Si를 승화시키며, 도가니 덮개판(12p)의 내면 위에 배치된 SiC 하지 결정(1)의 (0001) Si 표면[주표면(1m)] 위에서, AlN을 다시 고화시켜 AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)]을 성장시켰다. AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)] 성장중에도, 반응 용기(11) 내의 도가니(12)의 외측에 N2 가스를 계속 흘려, 반응 용기(11) 내의 도가니(12) 외측의 가스 분압이 101.3 hPa∼1013 hPa 정도가 되도록, N2 가스 도입량과 N2 가스 배출량을 제어했다. 상기 결정 성장 조건으로 80시간 AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)]을 성장시킨 후, 실온(25℃)까지 냉각시켜 도가니 덮개판(12p)을 꺼낸 결과, SiC 하지 결정(1)의 (0001) Si 표면[주표면(1m)] 위에, 결정 직경 D가 40 ㎜이고 두께 T0가 1 ㎜인 AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)]이 성장하였다.
다음으로, 이 AlN 종결정의 주표면과 평행한 면에서 슬라이스하고, 슬라이스면을 연마하여, 결정 직경 D가 40 ㎜이고 두께 T가 0.21 ㎜인 AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)]을 얻었다. 이 AlN 종결정에서의 Si(IVB족 원소) 함유율은 SIMS(2차 이온 질량 분석)에 의해 측정한 결과, 80 ppm이었다. 이 AlN 종결정의 X선 회절에서의 로킹 커브를 측정한 결과, 회절 피크의 반값폭은 180 arcsec였다.
2. AlN 단결정(AlxGa1 - xN 단결정)의 성장
도 1을 참조하여, WC제의 도가니 본체(12q) 하부에, 원료로서 AlN 분말[AltGa1 - tN 원료(3)]을 배치했다. 이어서, WC제의 도가니 덮개판(12p)의 내면 위에, 결정 직경 D가 40 ㎜이고 두께 T가 0.21 ㎜인 AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)]을 그 주표면(4m)인 (0001) Al 표면이 AlN 분말[AltGa1 - tN 원료(3)]과 마주보도록 배치했다.
다음으로, 반응 용기(11) 내에 N2 가스를 흘리면서, 고주파 가열 코일(14)을 이용하여 도가니(12) 내의 온도를 상승시켰다. 도가니(12) 내의 승온중에는, 도가니(12)의 도가니 덮개판(12p)측의 온도를 AltGa1 - tN 원료(3)측의 온도보다 높게 하여, 승온중에 도가니 덮개판(12p) 및 AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)]의 표면을 에칭에 의해 세정하고, 승온중에 도가니(12) 내부에서 방출된 불순물을 통기구(12c)를 통하여 제거했다.
다음으로, 도가니(12)의 AltGa1 - tN 원료(3)측의 온도(승화 온도)를 1900℃, AlyGa1-yN 종결정(4)측의 온도(결정 성장 온도)를 1800℃로 설정하고, 원료로부터 AlN을 승화시키며, 도가니(12) 상부의 AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)] 위에서, AlN을 다시 고화시켜 AlN 단결정[AlxGa1 - xN 단결정(5)]을 성장시켰다. AlN 단결정[AlxGa1 - xN 단결정(5)] 성장중에도, 반응 용기(11) 내의 도가니(12) 외측에 N2 가스를 계속 흘려, 반응 용기(11) 내의 도가니(12) 외측의 가스 분압이 101.3 hPa∼1013 hPa 정도가 되도록, N2 가스 도입량과 N2 가스 배출량을 제어했다. 상기 결정 성장 조건으로 30시간 AlN 단결정[AlxGa1 - xN 단결정(5)]을 성장시킨 후, 실온(25℃)까지 냉각시켜 도가니 덮개판(12p)을 꺼낸 결과, AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)]의 주표면(4m) 위에 AlN 단결정[AlxGa1 - xN 단결정(5)]이 성장하였다.
이 AlN 단결정[AlxGa1 - xN 단결정(5)]의 크기는 결정 직경이 40 ㎜이고 두께가 4 ㎜였다. 이 AlN 단결정의 X선 회절에서의 로킹 커브를 측정한 결과, 회절 피크의 반값폭은 220 arcsec로 작았다. 또, 이 AlN 단결정의 전위 밀도는 EPD(에치 피트 밀도) 측정에 의해 산출한 결과, 5×106 cm-2로 낮았다. 즉, 실시예 1의 AlN 단결정은 고품질이었다. 결과를 표 1에 정리했다.
(실시예 2)
1. AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 성장
실시예 1과 동일하게 하여, 결정 직경 D가 40 ㎜이고 두께 T0가 1 ㎜인 AlN 종결정을 성장시켰다. 이 AlN 종결정을 그 주표면과 평행한 면에서 슬라이스하고, 그 슬라이스면을 연마하여, 결정 직경 D가 40 ㎜이고 두께 T가 0.24 ㎜인 AlN 종결정을 얻었다. 이 AlN 종결정에서의 Si(IVB족 원소) 함유율은 80 ppm이었다. 또, 이 AlN 종결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 180 arcsec였다.
2. AlN 단결정(AlxGa1 - xN 단결정)의 성장
다음으로, 상기 결정 직경 D가 40 ㎜이고 두께 T가 0.24 ㎜인 AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, AlN 단결정[AlxGa1 - xN 단결정(5)]을 성장시켰다. 얻어진 AlN 단결정의 크기는 결정 직경이 40 ㎜이고 두께가 4 ㎜였다. 이 AlN 단결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 230 arcsec로 작았다. 또, 이 AlN 단결정의 전위 밀도는 6×106 cm-2로 낮았다. 즉, 실시예 2의 AlN 단결정은 고품질이었다. 결과를 표 1에 정리했다.
(비교예 1)
1. AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 성장
결정 직경이 20 ㎜인 SiC 하지 결정을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 결정 직경 D가 20 ㎜이고 두께 T0가 1 ㎜인 AlN 종결정을 성장시켰다. 이 AlN 종결정을 그 주표면과 평행한 면에서 슬라이스하고, 그 슬라이스면을 연마하여, 결정 직경 D가 20 ㎜이고 두께 T가 0.25 ㎜인 AlN 종결정을 얻었다. 이 AlN 종결정에서의 Si(IVB족 원소) 함유율은 80 ppm이었다. 또, 이 AlN 종결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 160 arcsec였다.
2. AlN 단결정(AlxGa1 - xN 단결정)의 성장
다음으로, 상기 결정 직경 D가 20 ㎜이고 두께 T가 0.25 ㎜인 AlN 종결정(AlyGa1-yN 종결정)을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, AlN 단결정[AlxGa1-xN 단결정(5)]을 성장시켰다. 얻어진 AlN 단결정의 크기는 결정 직경이 20 ㎜이고 두께가 4 ㎜였다. 이 AlN 단결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 350 arcsec로 컸다. 또, 이 AlN 단결정의 전위 밀도는 5×107 cm-2로 높았다. 즉, 비교예 1의 AlN 단결정은 저품질이었다. 결과를 표 1에 정리했다.
(비교예 2)
1. AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 성장
원료로서 AlN 분말[AlsGa1 - sN 원료(2)]만을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 결정 직경 D가 40 ㎜이고 두께 T0가 1 ㎜인 AlN 종결정을 성장시켰다. 이 AlN 종결정을 그 주표면과 평행한 면에서 슬라이스하고, 그 슬라이스면을 연마하여, 결정 직경 D가 40 ㎜이고 두께 T가 0.32 ㎜인 AlN 종결정을 얻었다. 또, 이 AlN 종결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 280 arcsec로 컸다.
2. AlN 단결정(AlxGa1 - xN 단결정)의 성장
다음으로, 상기 결정 직경 D가 40 ㎜이고 두께 T가 0.32 ㎜인 AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, AlN 단결정[AlxGa1 - xN 단결정(5)]을 성장시켰다. 얻어진 AlN 단결정의 크기는 결정 직경이 40 ㎜이고 두께가 4 ㎜였다. 이 AlN 단결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 460 arcsec로 컸다. 또, 이 AlN 단결정의 전위 밀도는 1×108 cm-2로 높았다. 즉, 비교예 2의 AlN 단결정은 저품질이었다. 결과를 표 1에 정리했다.
(실시예 3)
1. AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 성장
도 2를 참조하여, WC제의 도가니 본체(12q) 하부에, 원료로서 AlN 분말[AlsGa1 - sN 원료(2)] 및 Si 분말(IVB족 원소)을 배치했다. 여기서, 원료 중에서의 Si 분말(IVB족 원소) 함유율은 500 ppm으로 했다. 이어서, 원료와 마주보도록 WC제의 도가니 덮개판(12p)을 배치했다.
다음으로, 도 1 및 도 2를 참조하여, 반응 용기(11) 내에 N2 가스를 흘리면서, 고주파 가열 코일(14)을 이용하여 도가니(12) 내의 온도를 상승시켰다. 도가니(12) 내의 승온중에는, 도가니(12)의 도가니 덮개판(12p)측의 온도를 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도보다 높게 하여, 승온중에 도가니 덮개판(12p)의 표면을 에칭에 의해 세정하고, 승온중에 도가니(12) 내부에서 방출된 불순물을 통기구(12c)를 통하여 제거했다.
다음으로, 도가니(12)의 AlsGa1 - sN 원료(2)측의 온도(승화 온도)를 2200℃, 도가니 덮개판(12p)측의 온도(결정 성장 온도)를 2150℃로 설정하고, 원료로부터 AlN 및 Si를 승화시키며, 도가니(12) 상부의 도가니 덮개판(12p) 위에서, AlN을 다시 고화시켜 AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)]을 성장시켰다. AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)] 성장중에도, 반응 용기(11) 내의 도가니(12) 외측에 N2 가스를 계속 흘려, 반응 용기(11) 내의 도가니(12) 외측의 가스 분압이 101.3 hPa∼1013 hPa 정도가 되도록, N2 가스 도입량과 N2 가스 배출량을 제어했다. 상기 결정 성장 조건으로 15시간 AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)]을 성장시킨 후, 실온(25℃)까지 냉각시켜 도가니 덮개판(12p)을 꺼낸 결과, 도가니 덮개판(12p)의 내면 위에 육각 평판형의 복수개의 AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)]이 성장하였다.
상기 복수개의 AlN 종결정[AlyGa1 - yN 종결정(4)] 중의 1개의 AlN 종결정의 크기는 결정 직경 D가 25 ㎜, 두께 T가 0.16 ㎜였다. 이 AlN 종결정에서의 Si(IVB족 원소) 함유율은 150 ppm이었다. 이 AlN 종결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 70 arcsec로 매우 작았다. 즉, 실시예 3의 AlN 종결정은 매우 고품질이었다.
2. AlN 단결정(AlxGa1 - xN 단결정)의 성장
다음으로, 상기 결정 직경 D가 25 ㎜이고 두께 T가 0.16 ㎜인 AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, AlN 단결정[AlxGa1 - xN 단결정(5)]을 성장시켰다. 얻어진 AlN 단결정의 크기는 결정 직경이 25 ㎜이고 두께가 4 ㎜였다. 이 AlN 단결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 70 arcsec로 매우 작았다. 또, 이 AlN 단결정의 전위 밀도는 6×105 cm-2로 매우 낮았다. 즉, 실시예 3의 AlN 단결정은 매우 고품질이었다. 결과를 표 1에 정리했다.
(실시예 4)
1. AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 성장
AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 성장 시간을 10시간으로 한 것 외에는, 실시예 3과 동일하게 하여, 복수의 AlN 종결정을 성장시켰다. 이들 AlN 종결정 내의 1개의 AlN 종결정의 크기는 결정 직경 D가 14 ㎜, 두께 T가 0.18 ㎜였다. 이 AlN 종결정에서의 Si(IVB족 원소) 함유율은 120 ppm이었다. 이 AlN 종결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 80 arcsec로 매우 작았다. 즉, 실시예 4의 AlN 종결정은 매우 고품질이었다.
2. AlN 단결정(AlxGa1 - xN 단결정)의 성장
다음으로, 상기 결정 직경 D가 14 ㎜이고 두께 T가 0.18 ㎜인 AlN 종결정(AlyGa1-yN 종결정)을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, AlN 단결정[AlxGa1-xN 단결정(5)]을 성장시켰다. 얻어진 AlN 단결정의 크기는 결정 직경이 14 ㎜이고 두께가 4 ㎜였다. 이 AlN 단결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 80 arcsec로 매우 작았다. 또, 이 AlN 단결정의 전위 밀도는 8×105 cm-2로 매우 낮았다. 즉, 실시예 4의 AlN 단결정은 매우 고품질이었다. 결과를 표 1에 정리했다.
(실시예 5)
1. AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 성장
원료 중의 IVB족 원소로서 함유율 400 ppm의 C(탄소) 분말을 이용하고, AlN 종결정(AlyGa1-yN 종결정)의 성장 시간을 20시간으로 한 것 외에는, 실시예 3과 동일하게 하여, 복수의 AlN 종결정을 성장시켰다. 이들 AlN 종결정 내의 1개의 AlN 종결정의 크기는 결정 직경 D가 22 ㎜, 두께 T가 0.14 ㎜였다. 이 AlN 종결정에서의 C(IVB족 원소) 함유율은 SIMS(2차 이온 질량 분석)에 의해 측정한 결과, 120 ppm이었다. 이 AlN 종결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 25 arcsec로 매우 작았다. 즉, 실시예 6의 AlN 종결정은 매우 고품질이었다.
2. AlN 단결정(AlxGa1 - xN 단결정)의 성장
다음으로, 상기 결정 직경 D가 22 ㎜이고 두께 T가 0.14 ㎜인 AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, AlN 단결정[AlxGa1 - xN 단결정(5)]을 성장시켰다. 얻어진 AlN 단결정의 크기는 결정 직경이 22 ㎜이고 두께가 4 ㎜였다. 이 AlN 단결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 20 arcsec로 매우 작았다. 또, 이 AlN 단결정의 전위 밀도는 5×104 cm-2로 매우 낮았다. 즉, 실시예 5의 AlN 단결정은 매우 고품질이었다. 결과를 표 1에 정리했다.
(실시예 6)
1. AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 성장
원료 중의 IVB족 원소로서 함유율 600 ppm의 C 분말을 이용하고, AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 성장 시간을 40시간으로 한 것 외에는, 실시예 3과 동일하게 하여, 복수의 AlN 종결정을 성장시켰다. 이들 AlN 종결정 내의 1개의 AlN 종결정의 크기는 결정 직경 D가 40 ㎜이고 두께 T가 0.17 ㎜였다. 이 AlN 종결정에서의 C(IVB족 원소) 함유율은 140 ppm이었다. 이 AlN 종결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 20 arcsec로 매우 작았다. 즉, 실시예 5의 AlN 종결정은 매우 고품질이었다.
2. AlN 단결정(AlxGa1 - xN 단결정)의 성장
다음으로, 상기 결정 직경 D가 40 ㎜이고 두께 T가 0.17 ㎜인 AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, AlN 단결정(AlxGa1 - xN 단결정)을 성장시켰다. 얻어진 AlN 단결정의 크기는 결정 직경이 40 ㎜이고 두께가 4 ㎜였다. 이 AlN 단결정의 X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭은 15 arcsec로 매우 작았다. 또, 이 AlN 단결정의 전위 밀도는 9×103 cm-2로 매우 낮았다. 즉, 실시예 6의 AlN 단결정은 매우 고품질이었다. 결과를 표 1에 정리했다.
Figure 112010045406565-pct00001
주) 표에서 「-」는 미측정을 나타낸다.
또, 상기 표 1의 실시예 1∼실시예 6 및 비교예 1 및 2에서의 AlN 종결정의 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)의 관계를 각각 E1∼E6 및 C1 및 C2로서, 도 4에 플롯팅했다.
표 1 및 도 4를 참조하면, AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)가 T≥0.003D+0.15의 관계에 있는 비교예 1(C1) 및 비교예 2(C2)에 비해, AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)가 T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는 실시예 1(E1)∼실시예 6(E6)에서는, X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭이 작고, 전위 밀도가 낮은 고품질의 AlN 단결정(AlxGa1 - xN 단결정)이 얻어졌다.
또, AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)가 0.002D+0.1≤T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는 실시예 1(E1)∼실시예 4(E4)에 비해, AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)가 T<0.002D+0.1의 관계를 만족하는 실시예 5(E5) 및 실시예 6(E6)에서는, X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭이 보다 작고, 전위 밀도가 보다 낮은, 더욱 고품질의 AlN 단결정(AlxGa1 - xN 단결정)이 얻어졌다.
또, AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정)의 결정 직경 D(㎜)와 두께 T(㎜)가 0.002D+0.1≤T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는 실시예 1(E1)∼실시예 4(E4)에서, SiC 하지 결정(하지 결정) 위에서 성장한 AlN 종결정(AlyGa1-yN 종결정)을 이용한 실시예 1(E1) 및 실시예 2(E2)에 비해, AlN 종결정(AlyGa1 - yN 종결정) 결정핵을 생성하여 그 결정핵을 성장시킨 AlN 종결정을 이용한 실시예 3(E3) 및 실시예 4(E4)에서는, X선 회절 로킹 커브 측정에서의 회절 피크의 반값폭이 보다 작고, 전위 밀도가 보다 낮은, 보다 고품질의 AlN 단결정(AlxGa1 - xN 단결정)이 얻어졌다.
상기 실시예 및 비교예는, AlN 종결정 및 AlN 단결정에 관해 설명했지만, AlyGa1-yN (0<y≤1) 종결정 및 AlxGa1 - xN (0<x≤1) 단결정에 있어서도, 결정의 구성 원소로서 Al이 포함되고, 본 발명에 따른 성장 방법이 적용될 수 있는 한, 동일한 결과를 얻을 수 있는 것은 물론이다.
이번에 개시한 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 이상의 설명이 아니라 특허청구범위에 의해 나타나며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1 : 하지 결정 1m, 4m : 주표면
2 : AlsGa1 - sN 원료 3 : AltGa1 - tN 원료
4 : AlyGa1 - yN 종결정 5 : AlxGa1 - xN 단결정
10 : 승화로 11 : 반응 용기
11a : N2 가스 도입구 11c : N2 가스 배출구
12 : 도가니 12c : 통기구
12p : 도가니 덮개판 12q : 도가니 본체
13 : 가열체 14 : 고주파 가열 코일
15 : 방사 온도계

Claims (4)

  1. 결정 직경 D ㎜와 두께 T ㎜가 T<0.003D+0.15의 관계를 만족하는 AlyGa1-yN (0<y≤1) 종결정을 준비하는 공정과,
    승화법으로, 상기 AlyGa1-yN 종결정의 주표면 위에 AlxGa1-xN (0<x≤1) 단결정을 성장시키는 공정을 포함하고,
    상기 AlyGa1-yN 종결정은 IVB족 원소 중 1종류 이상의 원소를 질량비(상기 IVB족 원소 중 1종류 이상의 원소의 질량/상기 AlyGa1-yN 종결정의 질량)로 10 ppm 이상 함유하고,
    상기 두께 T mm는 0.05 mm 이상인 AlxGa1-xN 단결정의 성장 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 AlyGa1 - yN 종결정은 승화법으로 상기 AlyGa1 - yN 종결정의 결정핵을 생성하여 상기 결정핵을 성장시킨 것인 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 AlyGa1 - yN 종결정은 주표면으로서 (0001)표면을 갖는 것인 AlxGa1 - xN 단결정의 성장 방법.
  4. 삭제
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