KR20110008184A

KR20110008184A - ＡｌＮ 벌크 단결정 및 반도체 디바이스 그리고 ＡｌＮ 단결정 벌크의 제조방법

Info

Publication number: KR20110008184A
Application number: KR1020107023377A
Authority: KR
Inventors: 로 나가타; 알브레히트 위나커; 보리스 엠 에페르밤; 마티아스 비커만; 옥타비앙 필립; 파울 헤이만
Original assignee: 제이에프이미네라르 가부시키가이샤; 크리스탈-엔 게엠베하; 프리드리히-알렉산더-우니베르지테트 에를랑겐-뉘른베르크
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2011-01-26
Also published as: JP2009256192A; TWI558862B; EP2264228A1; CN102046857A; CN102046857B; EP2264228A4; CA2719826A1; JP5461859B2; US20110081549A1; TW201005137A; CA2719826C; WO2009119896A1; KR101362014B1

Abstract

본 발명의 목적은 결정으로서 이종 재료의 단결정을 이용한 경우에도 결함이 적고, 고품질의 AlN 단결정 벌크 및 그 제조 방법, 그리고 반도체 디바이스를 제공하는 것에 있다. 종결정(1)으로서의 육방정계 단결정 기판의 표면(1a)으로서 C면에 대해 10∼80° 경사진 면을 선택하고(도 1(a)), 이 표면(1a) 상에 승화법에 의해 AlN 단결정(2)을 성장면(2a)으로서 성장시키는 것을 특징으로 한다(도 1(b)).

Description

ＡｌＮ 벌크 단결정 및 반도체 디바이스 그리고 ＡｌＮ 단결정 벌크의 제조방법{ALN BULK SINGLE CRYSTAL, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND PROCESS FOR PRODUCING ALN SINGLE CRYSTAL BULK}

본 발명은 발광소자, 전자소자 또는 반도체 센서 등의 반도체 디바이스, 그리고 AlN 단결정의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 승화법에 의한 대직경 사이즈의 AlN 단결정 벌크의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 AlN 결정이 넓은 에너지 밴드 갭, 높은 열전도율 및 높은 전기저항을 가지고 있는 점에서 여러 가지의 광디바이스나 전자디바이스 등의 반도체 디바이스용 기판 재료로서 주목받고 있다.

종래의 AlN 단결정의 제조 방법으로는, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이 도가니 안에 AlN 결정 재료를 넣고, 승화한 AlN을 단결정으로 하여 성장시키는 승화법을 들 수 있다. 이 승화법은 단결정의 재료 물질 분말과 그 재료 물질과 가열하에 반응해 AlN을 분해 기화시키는 산화물의 분말을 혼합하고, 얻어진 혼합 분말을 질소 분위기 중 또는 수소나 탄소를 포함한 질소 분위기 중에서 상기 재료 물질의 승화 온도 또는 용융 온도보다 낮은 온도로 가열하는 것에 의해 혼합 분말을 AlN에 분해 기화시켜 이 분해 기화 성분을 기판상에 결정 성장시키는 방법이다.

그러나 종래의 승화법에 따른 AlN 단결정의 제조 방법에서는 목적으로 하는 단결정의 직경에 가까운 사이즈의 AlN 단결정으로 이루어지는 종결정을 준비할 필요가 있는데, 이러한 AlN 단결정은 고가이고 대직경 사이즈(직경 10mm 이상)의 AlN 단결정 벌크를 입수하는 것이 현재로는 매우 곤란하다는 문제가 있었다.

상기 문제를 해결하는 방법으로는 AlN 단결정을 이종 재료로 이루어지는 단결정 상에 성장시키는 방법을 들 수 있다. 예를 들어 비특허문헌 1 및 2에 개시되어 있는 바와 같은 SiC 결정을 대체 종결정으로서 이용하고, 승화법에 의해 SiC 종결정 상에 AlN 단결정을 성장시키는 방법이다. 이 방법에 의하면 종결정으로서의 AlN 단결정 벌크가 필요 없고, AlN 단결정을 성장시킬 수 있다.

그러나 상기 SiC 종결정 상에 단결정을 성장시키는 경우, 대구경 종결정의 이용이라고 하는 전제로부터, 현재 유일하게 상용화되어 있는 C면 웨이퍼를 종결정으로 사용하는 것이 일반적이지만, C축 방향으로 성장시킨 SiC 단결정에는 불가피적으로 C축 방향으로 전파된 내부 결함이 있고, 이 결함이 SiC 종결정 상에 성장시킨 AlN 단결정 중에 전파되는 문제가 있다. 그리고 SiC 상에 AlN을 성장시키는 헤테로 에피택셜 성장에서는 격자상수나 열팽창계수 등의 결정끼리의 나쁜 매칭으로 인해 상기 SiC와 AlN의 계면에 새로운 결함이 발생할 가능성이 있어, 얻어지는 AlN 단결정을 디바이스에 이용한 경우 AlN 단결정 중의 결함에 의해 디바이스 성능을 열화시킬 우려가 있었다.

최근, 예를 들어 비특허문헌 3에 개시되어 있는 바와 같이, SiC 단결정의 육성방법에 있어서, 종결정(SiC 단결정)의 C면에 대해 90° 이외의 임의의 경사를 가진 면(이하, "r면"이라 함)을 결정 성장면으로 하는 기술이 보고되어 있다. 이 기술에 따르면, C축 이외의 방위로 SiC 단결정을 성장시킬 수 있기 때문에 C축을 따라 전파되는 결함이 결정의 육성과 함께 결정 밖으로 빠져 나가 결함이 적은 SiC 단결정을 얻는 것이 가능해진다.

그러나 r면을 가지는 SiC 단결정 기판을 이용해 AlN 단결정을 육성시키는 경우, SiC와 AlN의 조성이나 격자상수 등의 물성치가 상이하기 때문에 SiC 기판의 r면 상에 AlN 단결정을 성장시켜도 반드시 결함을 저감시킬 수 없다고 하는 문제가 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공개공보 평10-53495호

비특허문헌 1: V. Noveski, "MRS Internet J. Nitride Semicond. Res.", Vol. 9, 2, 2004년 비특허문헌 2: S. Wang, "Mater. Res. Soc. Symp. Proc.", Vol. 892, FF30-06, 1, 2006년 비특허문헌 3: Z. G. Herro, B. M. Epelbaum, M. Bickermann, C. Seitz, A. Magerl, A. Winnacker, "Growth of 6H-SIC crystals along the [01-15] direction", Journal of Crystal Growth 275, p496-503, 2005년

본 발명의 목적은 AlN 단결정을 성장시키기 위한 종결정의 적정화를 꾀하는 것에 의해 결함이 적고 고품질의 AlN 단결정 벌크 및 그 제조 방법, 그리고 반도체 디바이스를 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은 r면을 결정 성장면으로 하는 기술을 AlN 단결정의 육성에 적용하기 위해 검토를 거듭한 결과, 단순하게 종결정인 SiC 단결정의 특정 r 면상에 AlN 단결정을 성장시킨 경우에는 종결정에 발생한 결함의 AlN 단결정 중으로의 전파를 억제할 수 있는 점에 대해서는 유효하지만, 상기 SiC 단결정의 r면의 선택에 따라서는 AlN와의 나쁜 매칭으로 인해 상기 SiC와 AlN의 계면에 새로운 결함이 발생한다고 하는 문제에 대해서는 여전히 해결되지 않은 것을 알았다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 검토를 거듭한 결과, SiC 등의 육방정계 단결정을 종결정으로서 이용하고, 그 종결정의 C면에 대해 10∼80° 경사진 면상에 AlN 단결정을 성장시키고, C면 이외의 방위로 AlN 단결정을 성장시킴으로써, 종결정에 발생한 결함의 AlN 단결정 중으로의 전파를 유효하게 억제할 수 있음과 함께 SiC 단결정과 AlN 단결정의 격자상수의 약간의 차이(C축: ＋1.1%, A축: -1.0%)도 상쇄할 수 있기 때문에, 종결정과 AlN 단결정 계면에서의 나쁜 매칭에 기인한 새로운 결함의 발생에 대해서도 유효하게 억제할 수 있는 것을 찾아냈다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.

(1)C면에 대해 10∼80°의 각도로 경사진 결정면을 표면으로 하는 육방정계 단결정 재료를 종결정으로 하고, 상기 표면상에 승화법에 의해 AlN 단결정을 성장시켜 AlN 단결정 벌크를 얻는 것을 특징으로 하는 AlN 단결정 벌크의 제조 방법.

(2)상기 육방정계 단결정 재료는 AlN, SiC, GaN 또는 ZnO인 상기 (1)에 기재된 AlN 단결정 벌크의 제조 방법.

(3)상기 육방정계 단결정 재료가 SiC 단결정이며, 그 SiC 단결정의 상기 표면이 (01-15)면인 상기 (2)에 기재된 AlN 단결정 벌크의 제조 방법.

(4)얻어진 AlN 단결정 벌크의 성장면이 (10-12)면인 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 AlN 단결정 벌크의 제조 방법.

(5)상기 얻어진 AlN 단결정 벌크를 새로운 종결정으로 하고, 그 종결정의 표면상에 승화법에 의해 AlN 단결정을 성장시켜 다시 AlN 단결정 벌크를 얻는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 AlN 단결정 벌크의 제조 방법.

(6)상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되고, 직경 20mm 이상, 두께 2mm 이상, 결함 밀도 1.0×10⁶/㎠ 이하인 AlN 단결정 벌크.

(7)상기 (6)에 기재된 AlN 단결정 벌크를 이용하는 반도체 디바이스.

본 발명에 의하면 종결정으로서 이종 재료의 단결정을 이용한 경우에도 결함이 적고, 고품질의 AlN 단결정 벌크 및 그 제조 방법, 그리고 반도체 디바이스의 제공이 가능해졌다.

도 1은 본 발명에 따른 AlN 단결정 벌크의 제조 방법을 나타낸 플로우도이다.
도 2는 종결정으로서 이용되는 육방정계 단결정의 정벽면을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 AlN 단결정 벌크의 제조에 이용하는 단결정 육성로의 단면도이다.

이 발명에 따른 AlN 단결정 벌크의 제조 방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 이 발명의 제조 방법에 따라 AlN 단결정 벌크를 제조하는 공정을 모식적으로 나타낸 플로우차트이다.

이 발명의 제조 방법은 육방정계 단결정 재료를 종결정(1)으로서 이용하고, 육방정계 단결정 재료의 C면에 대해 10∼80°의 각도로 경사진 결정면을 표면(1a)으로서 선택하고(도 1(a)), 종결정(1)의 표면(1a) 상에 승화법에 의해 AlN 단결정(2)을 성장시키는 것을 특징으로 하며(도 1(b)), 그 후 상기 AlN 단결정(2)으로부터 잘라내는 것에 의해 결함이 적고 고품질의 AlN 단결정 벌크(4)를 얻는다(도 1(c))고 하는 방법이다.

본 발명에 의한 제조 방법에서는, 종결정(1)(도 1(a))에서 C면에 대해 10∼80° 경사진 면을 표면(1a)으로 할 필요가 있다.

도 2는 종결정(1)의 정벽면을 설명하기 위해 나타낸 도면인데, 예를 들어 상기 종결정(1)으로서 육방정계의 SiC 단결정을 이용하여 AlN 단결정(2)을 성장시키는 경우, C면에 대해 10∼80°(도 2에서는 각도 α) 경사진 면(X)을 표면(1a)으로 함으로써 종결정(1)(SiC) 중에서 발생한 결함은 AlN 단결정 중에 전파된 경우에도 AlN 단결정이 성장함에 따라 소실되고, 최종적으로는 결함의 전파가 억제된 결함이 적은 AlN 단결정 벌크를 얻는 것이 가능해진다. 게다가 상기 면(X)을 표면(1a)으로 하면 종결정(1)(SiC)과 상기 AlN 단결정의 계면(1a)에서의 매칭이 좋고, 새로운 결함의 발생에 대해서도 저감시킬 수 있다. 결정 성장면을 (0001)면으로 하고 AlN 단결정을 C축 방향으로 성장시키는 종래의 결정 육성 기술에서는 상기 종결정(1) 중에서 발생한 결함이 C축 방향으로 전파되기 때문에 AlN 단결정 성장 방향과 결함의 전파 방향이 모두 C축 방향이 되어, 성장한 AlN 단결정 중의 결함을 억제할 수 없다. 또 상기 종결정(1)의 r면 상에 AlN 단결정을 성장시킨 경우에도 상기 종결정(1)의 표면상에 AlN를 헤테로 에피택셜 성장시키기 때문에 계면(1a)에서의 매칭이 나빠, 새로운 결함이 발생할 우려가 있다.

상기 각도 α를 C면에 대해 10∼80°의 범위로 한 것은, 종결정의 표면(1a)으로 해야 할 결정면의 C면에 대한 경사 각도가 10°보다 작으면 결함이 전파되기 쉬운 C면 성장이 될 가능성이 높아지고, 80°보다 크면 성장 속도가 극단적으로 느린 a면 또는 m면 성장이 될 가능성이 높아져 바람직하지 않기 때문이다.

여기서 상기 종결정(1)의 C면에 대해 10∼80° 경사진 면(X)이란 경사 각도의 조건을 만족하는 면이면 되고 특별히 한정은 하지 않지만, 예를 들어 SiC 단결정을 종결정으로서 이용한 경우, (01-1n)면 (n은 1∼15), (1-10n)면 (n은 1∼15) 또는 (11-2n)면 (n은 1∼15) 등을 들 수 있다. 덧붙여 (01-1n)면을 사용한 경우, n이 제1, 2, 3, 4, 5, ... 15로 변화함에 따라 C면에 대한 경사는 대체로 각각이 80°, 70°, 62°, 54°, 48°, ... 20°로 변화한다.

그리고 상기 종결정(1)으로는 육방정계의 단결정이면 특별히 한정은 하지 않지만, AlN, SiC, GaN 또는 ZnO의 단결정을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 이외의 단결정을 종결정으로서 이용한 경우, AlN 단결정과의 매칭이 나빠 종결정과 AlN 단결정의 계면에 새로운 결함이 발생할 우려가 있기 때문이다.

또 종결정(1)으로서 SiC 단결정을 이용하는 경우, 그 (01-15)면을 표면(1a)으로 하여 AlN 단결정(2)을 성장시키는 것이 보다 적합하다. (01-15)면은 결함이 전파되기 쉬운 C면에 대해 평행도 수직도 아니며, 또한 SiC 단결정의 자립결정 상에도 나타나는 안정면이 되기 때문이다. (01-15)면 이외의 결정면 상에 AlN 단결정(2)을 성장시킨 경우에는 결함의 발생을 충분히 억제할 수 없고, 또한 매칭의 악화에 의해 새로운 결함이 발생할 우려가 있다. 상기 SiC 단결정의 (01-15)면은 C면에 대해 대략 48° 경사져 있다.

상기 종결정(1)으로서 상기 SiC 단결정의 (01-15)면 상에 AlN 단결정(2)을 성장시킨 경우(도 1(b)), 얻어진 AlN 단결정 벌크의 성장면은 상기 SiC 단결정의 결정 성장면(2)과 결정학상 C면과의 경사가 10° 이내로 가까운 (10-12)면이 된다. 이 (10-12)면은 AlN 단결정에서 자연스럽게 발생하는 결정 성장면이며, 이 면을 결정 성장면으로 하면 평탄하고 결함이 적은 성장면을 가지는 AlN 단결정을 용이하게 얻는 것이 가능해져, 결함이 적고 고품질의 AlN 단결정 벌크를 얻을 수 있다. 또한 상기 SiC 단결정의 (01-15)면과 상기 AlN 단결정의 (10-12)면은 각각 C면에 대해 대략 48°와 43° 경사져 있다.

본 발명에 의한 AlN 단결정 벌크의 제조 방법에서는 상기 AlN 단결정(2)의 성장 공정(도 1(b))은 승화법에 의해 행해진다. 승화법에 이용되는 육성로에 대해서는 일반적으로 이용되는 단결정 육성로이면 특별히 한정은 되지 않는다.

또 상기 AlN 단결정(2)으로부터 AlN 단결정 벌크를 구성하는 부분(4)을 잘라 내는 공정(도 1(c))에서는 유효하게 대구경의 AlN 단결정 벌크(5)를 얻는다고 하는 관점에서 AlN 단결정(2)의 성장면(2a)과 평행하게 잘라내는 것이 바람직하지만, 그 외의 결정면에서 잘라내도 상관없다. 그 후, 잘려나간 AlN 단결정 부분(4)의 표면에 연마 등을 실시함으로써 본 발명의 AlN 단결정 벌크(5)가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의한 AlN 단결정 벌크의 제조 방법에서는 도 1(e)에 나타내는 바와 같이 상기 서술한 공정(도 1(a)∼(d))에 의해 제조된 상기 AlN 단결정 벌크(5)를 새롭게 종결정(5')(제2의 종결정)으로서 이용하고, 그 종결정(5')의 표면상에 승화법에 의해 AlN 단결정(6)(제2 AlN 단결정)을 성장시켜 AlN 단결정 벌크를 얻는 것이 바람직하다. AlN 단결정 벌크(5)를 새로운 종결정(5')으로서 이용함으로써 AlN 단결정(6) 중으로의 Si 및 C의 혼입을 방지할 수 있고, 게다가 종결정(5')과 그 위에 성장하는 결정(6)이 모두 AlN 단결정인 호모 에피택셜 성장이 되기 때문에, 종결정(5')과의 육성 결정계면(5a)에 있어서 매칭 문제에 기인한 새로운 결함의 발생을 효과적으로 억제할 수 있기 때문이다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 AlN 단결정 벌크(5)의 사이즈는 상기 단결정 육성로의 크기나 AlN 단결정의 용도 등에 따라 자유롭게 바꿀 수 있지만, 직경 20mm 이상, 두께 2mm 이상인 대형 사이즈의 단결정이, 계면으로부터 생긴 결함의 대부분이 소실되고 결정 방위의 혼란도 작아지므로 바람직하다. 이 때의 AlN 단결정 벌크의 결함 밀도는 1.0×10⁶/㎠ 이하로 적다. 직경이 20mm 미만이면 그 면적이 실용상 충분하다고는 할 수 없고, 두께가 2mm 미만이면 AlN 단결정 벌크 중의 결함을 충분히 억제할 수 없다. 또 직경과 두께의 상한은 특별히 없지만, 결정 육성시에 사용하는 홀더(13)의 크기 등 제조설비 상의 제약에 의해 정해지는 것이다.

본 발명에 의한 AlN 결정 벌크를 이용하여 고품질의 반도체 디바이스를 얻을 수 있다. 본 발명에 의한 AlN 결정 벌크를 포함한 반도체 디바이스로는 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 발광소자, 파워트랜지스터, 고주파 트랜지스터 등을 들 수 있다.

실시예

(실시예 1)

실시예 1은 도 3에 나타내는 바와 같은 단결정 육성로를 이용해 도가니(16) 저부에 시판 중인 AlN 분말(평균 입경: 1.2㎛)을 미리 질소 분위기 중에서 약 1500∼2000℃에서 가열 처리하고, 응집시켜 얻어진 AlN 응집체를 원료 물질(15)로서 투입하고, 홀더(13)에 직경 25mm, 두께 1.0mm의 SiC 단결정을 종결정 기판(12)으로 하여 표면(정벽면(21))이 (01-15)면이 되도록 설치하고, 텅스텐판(도시 생략)으로 뚜껑을 덮었다. 그 후, 단결정 육성로(11) 내의 분위기 가스를 배기 펌프를 사용해 1.0×10^-3Pa 이하가 될 때까지 배기한 후, 원료 물질(15) 내의 흡착 산소의 증발을 용이하게 하기 위해서 도가니(16)를 약 400℃까지 가열했다. 그 후, 1.0×10^-2Pa 이하까지 배기한 후 질소 가스를 도입하고, 단결정 육성로(11) 내가 소정 압력(여기에서는 5.0×10⁴Pa)에 도달했을 때 재가열하여 상기 SiC 기판(12)의 온도가 1800∼2000℃, 원료측의 온도가 2000∼2300℃가 될 때까지 승온시켰다. 이 후, 상기 기판(12)의 정벽면(21)에서 AlN 단결정의 성장이 시작되고, 이 결정 육성 공정(도 1(b))을 결정 두께가 원하는 두께(본 실시예에서는 10mm)로 성장할 때까지 4일에 걸쳐 실시했다. 그리고 상기 SiC 기판(12) 상에 성장시킨 AlN 단결정(2)을 내주 칼날 절단기를 이용해 상기 SiC 기판(12)과 AlN 단결정(2)의 계면으로부터 AlN 단결정측으로 100㎛인 위치에서 절단하여 AlN 단결정 부분(4)을 상기 SiC 기판(12에서 잘라냈다(도 1(c)). 잘려나간 AlN 단결정 부분(4)의 절단 표면을 폴리싱 연마하는 것에 의해 샘플이 되는 AlN 단결정 벌크(5)를 얻었다(도 1(d)).

(실시예 2)

실시예 2는 실시예 1에서 얻어진 AlN 단결정 벌크를 새로운 종결정(5)으로서 이용하고, 정벽면(21)이 (01-12)면이 되도록 상기 홀더(13)에 설치하여 AlN 단결정(6)을 성장시키는 공정(도 1(e))을 실시한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 실시하여 AlN 단결정 벌크를 얻었다.

비교예

(비교예 1)

비교예 1은 시판되고 있는 SiC 단결정을 잘라내고 정벽면(21)을 (0001)면으로 하는 SiC 단결정을 종결정 기판(12)으로서 홀더(13)에 설치하고, 이 정벽면(21) 상에 AlN 단결정을 성장시킨 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 AlN 단결정 벌크를 얻었다.

본 실시예 및 비교예에서 행한 시험의 평가방법을 이하에 나타낸다.

(평가방법)

(1)AlN 단결정 중 불순물의 유무

불순물의 유무는 GDMS(글로우방전 질량분석법)에 의해 실시예 1 및 비교예 1의 AlN 단결정에 함유하는 Si 및 C의 농도를 측정하고, 이하의 기준에 따라 평가했다.

○: Si 및 C가 모두 100ppm 이하인 경우

△: Si 및 C가 모두 100ppm 초과 500ppm 이하의 범위인 경우이거나 또는 Si 및 C 중 어느 하나가 100ppm 이하이지만, 다른 하나가 100ppm 초과 500ppm 이하의 범위인 경우

×: Si 및 C가 모두 500ppm 초과인 경우 또는 Si 및 C 중 어느 하나가 500ppm 이하이지만, 다른 하나가 500ppm 초과인 경우

(2)결함 밀도

결함 밀도는 폴리싱 후의 웨이퍼를 수산화칼륨과 수산화나트륨의 공융체를 사용하여 30분 에칭 처리한 후, 전자현미경을 사용하여 100㎛×100㎛의 범위에서의 결함 수를 임의의 5개소에서 각각 카운트하여 그 평균치로부터 이하의 기준에 따라 평가했다.

○: 1.0×10⁶/㎠ 이하

△: 1.0×10⁶/㎠ 초과 1.0×10⁷/㎠ 이하

×: 1.0×10⁷/㎠ 초과

상기 각 시험의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

	불순물 농도	결함밀도
실시예 1	△	○
실시예 2	○	○
비교예 1	△	×

표 1의 실시예 1 및 2에 나타내는 바와 같이, 적정화가 도모된 결정면 상에서 AlN 단결정을 육성함으로써 결함 밀도가 비교예 1의 AlN 단결정에 비해 두 자릿수 이상 개선된다. 또 실시예 2에 나타내는 바와 같이, 육성시킨 AlN 단결정을 새로운 종결정으로서 사용하는 것에 의해 불순물 농도 및 결함 밀도가 함께 개선된 AlN 단결정을 육성할 수 있다. 그리고 육방정계 단결정 재료의 정벽면이 (01-13)면, (1-105)면 또는 (11-25)면 등인 경우에 대해서도 동일한 방법으로 AlN 단결정을 제조하고, 제조된 단결정의 결함 밀도는 비교예 1에 비해 개선되어 있는 것을 확인했다. 그리고 상기 이외의 결정면, 예를 들어 (0001)면 상에서 AlN 단결정을 육성한 경우에는 얻어진 AlN 단결정의 결함 밀도의 저감이 도모되지 않은 것을 확인할 수 있었다.

1, 12: 종결정(육방정계 단결정 재료)
2: AlN 단결정
3: 잔존하는 AlN 단결정 부분
4: 잘려나간 AlN 단결정 부분
5: AlN 단결정 벌크
5': 제2 종결정
6: 제2 AlN 단결정
11: 단결정 육성로
13: 홀더
14: 상단 가열 수단
15: 원료 물질
16: 도가니
17: 하단 가열 수단
21: 종결정의 정벽면

Claims

C면에 대해 10∼80°의 각도로 경사진 결정면을 표면으로 하는 육방정계 단결정 재료를 종결정으로 하고, 상기 표면상에 승화법에 의해 AlN 단결정을 성장시켜 AlN 단결정 벌크를 얻는 것을 특징으로 하는 AlN 단결정 벌크의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 육방정계 단결정 재료는 AlN, SiC, GaN 또는 ZnO인 AlN 단결정 벌크의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 육방정계 단결정은 SiC 기판이며, SiC 기판의 상기 표면이 (01-15)면인 AlN 단결정 벌크의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
얻어진 AlN 단결정 벌크의 성장면이 (10-12)면인 AlN 단결정 벌크의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
얻어진 상기 AlN 단결정 벌크를 새로운 종결정으로 하고, 상기 종결정의 표면상에 승화법에 의해 AlN 단결정을 성장시켜 다시 AlN 단결정 벌크를 얻는 AlN 단결정 벌크의 제조 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되고, 직경 20mm 이상, 두께 2mm 이상, 결함 밀도 1.0×10⁶/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 AlN 단결정 벌크.
제6항에 기재된 AlN 단결정 벌크를 이용하는 반도체 디바이스.