KR20120116433A - 단결정 기판, 이를 이용하여 얻어지는 ⅲ족 질화물 결정 및 ⅲ족 질화물 결정의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

크랙 발생을 제어하고, Ⅲ족 질화물을 대면적으로 후막인 결정으로 성장시킬 수 있는 기초 기판을 제공한다. Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키기 위해서 이용되는 단결정 기판으로서, 상기 단결정 기판의 성장면에 있어서의 물리적 형상의 휨 양을 Z1(㎛)으로 하고, 단결정 기판의 성장면에 있어서의 결정학적 면 형상의 곡률 반경으로부터 산출된 휨 양을 Z2(㎛)로 하는 경우에, 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 단결정 기판을 제공한다.
-40＜Z2/Z1＜-1…식(1)

Description

단결정 기판, 이를 이용하여 얻어지는 Ⅲ족 질화물 결정 및 Ⅲ족 질화물 결정의 제조방법 {SINGLE-CRYSTAL SUBSTRATE, GROUP Ⅲ ELEMENT NITRIDE CRYSTAL OBTAINED USING SAME, AND PROCESS FOR PRODUCING GROUP Ⅲ ELEMENT NITRIDE CRYSTAL}
본 발명은 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키기 위해서 이용되는 단결정 기판 및 상기 단결정 기판을 이용하여 얻어지는 Ⅲ족 질화물 결정과 그 제조 방법에 관한 것이다.
Ⅲ족 질화물 반도체는 융점이 높고, 나아가 융점 부근의 질소의 해리압이 높기 때문에, 융액으로부터 벌크 성장이 곤란하다. 한편, 하이드라이드 기상 성장(HVPE)법 및 유기 금속 화학 기상 성장(MOCVD)법 등의 기상 성장법을 이용함으로써, Ⅲ족 질화물 반도체 기판을 제조할 수 있다는 것이 알려져 있다.
예를 들면, 질화 갈륨 반도체 기판을 제조하는 경우, 사파이어 등의 기초(下地) 기판을 기상 성장 장치의 성장실(리액터) 내에 설치한다. 상기 리액터 내에 갈륨 화합물을 함유하는 가스와 질소 화합물을 함유하는 가스 등으로 이루어지는 Ⅲ족 질화물 반도체 형성용 가스를 공급함으로써, 기초 기판 상에 질화 갈륨 반도체를 수 ㎛?수cm의 두께까지 성장시킨다. 그 후, 기초 기판 등의 부분을 연마 또는 레이저를 조사하는 방법을 이용하여 제거함으로써, 원하는 Ⅲ족 질화물 반도체 기판을 얻을 수 있다.
상기의 기상 성장법 중에서, HVPE법은 다른 성장 방법에 비하여 높은 성장 속도를 실현할 수 있다는 특징을 갖기 때문에, Ⅲ족 질화물 반도체의 후막(厚膜) 성장이 필요한 경우나, 충분한 두께를 가지는 Ⅲ족 질화물 반도체 기판을 얻기 위한 방법으로 유효하다.
종래, 1매의 이종(異種)의 기초 기판 상에 500㎛?1mm 정도 두께의 단결정 질화 갈륨을 성장시키고, 기초 기판을 제거하여, 가공 연마를 실시함으로써 1매의 질화 갈륨 단결정 기판을 얻었다. 그러나, 이 방법은 매우 제조 효율이 나쁘고, 저렴한 단결정 질화 갈륨 기판을 공급할 수 없다.
이런 이유로, 기초 기판 상에 수 mm?수cm의 두께의 단결정을 성장시키고, 그 단결정 벌크를 슬라이싱 함으로써, 1매의 기초 기판으로부터 복수 매의 질화 갈륨 단결정 기판을 얻는 방법이 주목받고 있다.
그렇지만, 이와 같은 경우에 수 10㎛?수 100㎛ 이상의 후막을 성장시키는 단계에서 문제가 발생한다. 수 10㎛?수 100㎛ 이상의 후막 성장을 실시하면 성장 중인 결정에 크랙이 발생하기 때문에, 대면적의 결정을 얻을 수 없다.
이와 같은 결정의 크랙을 억제하기 위해서, 기초 기판의 형상을 제어하는 기술이 제안되고 있다. 구체적으로는, 특허 문헌 1에는, 보다 고품질인 질화물 반도체 결정을 성막할 수 있는 단결정 기판으로서 주면이 볼록한(凸) 면으로서, 경면(鏡面)으로 연마되는 단결정 기판이 기재되어 있다.
또한, 특허 문헌 2에는 면내 오프각 격차가 작은 질화물 반도체 기판을 얻기 위하여, 표면 형상이 볼록한(凸) 형상이며, 휨 양이 20?100㎛인 기초 기판을 이용하는 것이 기재되어 있다.
나아가 특허 문헌 3에는, 발광 강도의 격차의 작은 Ⅲ족 질화물 반도체 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 하여, Ⅲ족 원소로 이루어진 원자 면이 볼록한 형상으로 이루어진, 특정한 휨(warp) 비율를 가지는 Ⅲ족 질화물 반도체 결정 기판이 기재되어 있다.
그 밖에도, 이와 같은 결정의 크랙을 억제하기 위해서, 기초 기판의 결정학적 면 형상(및 결정축)의 휨 양을 제어하는 기술이 제안되어 있다. 구체적으로는, 특허 문헌 4에는, 기초 기판의 성장면의 휨의 곡률 반경을 2 m 이상으로 함으로써 크랙을 억제하는 것이 제안되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개2008－124151호 공보 특허 문헌 2: 일본 특개2009－167057호 공보 특허 문헌 3: 일본 특개2009－161436호 공보 특허 문헌 4: 일본 특개2009－23861호 공보
그렇지만, 특허 문헌 1, 2, 3은 물리적 형상의 휨 만을 규정하고 있고, 특허 문헌 4는 성장면의 휨을 나타냄으로써 결정학적 면 형상의 휨만을 규정하고 있다. 이 때문에, 이러한 기판 상에서 성장하는 결정의 크랙을 억제하는 효과는 충분하지 않으며, 특히 얻어지는 결정이 대면적인 경우, 또는 막 두께가 두꺼운 경우에는 크랙 발생이 현저하게 보여진다는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 과제를 해결하고, 크랙의 발생을 억제하여, 대면적으로 후막의 III족 질화물 결정을 얻을 수 있는 단결정 기판을 제공하는 것이다. 나아가 그러한 단결정 기판을 이용하여 크랙이 없는 III족 질화물 결정 및 그 제조 방법도 제공하는 것이다.
본 발명자 등은 상기 목적을 달성하기 위해 열심히 검토한 결과, 성장면의 물리적 형상의 휨 양과 결정학적 면 형상의 휨 양의 양자에 주목하여, 크랙이 억제된 대면적으로 후막의 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시킬 수 있는 단결정 기판을 찾아내어 본 발명에 이르게 되었다.
즉 본 발명의 요지는 다음과 같다.
1. Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키기 위해서 이용되는 단결정 기판으로서, 상기 단결정 기판의 성장면에 있어서의 물리적 형상의 휨 양을 Z1(㎛)으로 하고, 단결정 기판의 성장면에 있어서의 결정학적 면 형상의 곡률 반경으로부터 산출된 휨 양을 Z2(㎛)로 하는 경우에, 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 단결정 기판.
-40<Z2/Z1<-1…식(1)
2. 상기 단결정 기판의 성장면에 Ⅲ족 질화물 결정을 포함하는 상기 1항의 단결정 기판.
3. 상기 단결정 기판의 면적이 20 ㎠ 이상인 상기 1 또는 2항의 단결정 기판.
4. 상기 Z1 값이 -50㎛ 이상, 50㎛ 이하인 상기 1?3항 중의 어느 한 항의 단결정 기판.
5. 상기 단결정 기판이 육방정계 결정으로서, 그 성장면의 결정학적 면이 ｛0001｝면, {10－10｝면, {11－20｝면, {11－22｝면 및 ｛20－21｝면 중의 어느 한 항인 상기 1?4항 중의 어느 하나의 단결정 기판.
6. 상기 Z2 값의 절대값이 0㎛ 이상, 312㎛ 이하인 상기 1?5항 중의 어느 한 항의 단결정 기판.
7. Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키기 위해서 이용되는 단결정 기판으로서, 상기 단결정 기판의 성장면에 있어서의 물리적 형상의 휨 양을 Z1(㎛)으로 하고, 단결정 기판의 성장면에 있어서의 결정학적 면 형상의 곡률 반경으로부터 산출된 휨 양을 Z2(㎛)로 하는 경우에, 하기 식(2) 및 (3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 단결정 기판.
Z1>0 …식(2)
Z2<0 …식(3)
8. 상기 1?7항 중의 어느 한 항의 단결정 기판 상에 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키고, 단결정 기판을 제거하여 얻어지는 Ⅲ족 질화물 결정.
9. 상기 1?7항 중의 어느 한 항의 단결정 기판을 준비하고, 상기 단결정 기판 상에 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키는 Ⅲ족 질화물 결정의 제조 방법.
10. Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키는 방법이 HVPE법, Na플럭스법 및 용매열(solvothermal)법 중의 어느 하나인 상기 9항의 Ⅲ족 질화물 결정의 제조 방법.
본 발명의 단결정 기판은 성장면의 물리적 형상의 휨 양과 결정학적 면 형상의 휨 양이 특정의 관계를 가지고 있으므로, 상기 단결정 기판 상에서의 결정 성장 도중에 있어서 크랙 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 단결정 기판을 선택함으로써, 후막으로 성장시키는 공정에 들어가기 전의 기판 검사 단계에서, 상기 단결정 기판을 이용하여 얻어지는 Ⅲ족 질화물 결정의 크랙 유무를 판단할 수 있다. 그 결과, 후막이면서 대면적의 Ⅲ족 질화물 결정을 안정적으로 제조할 수 있고 생산성의 향상을 기대할 수 있다.
나아가, 본 발명의 단결정 기판을 이용하여 반도체 발광소자나 반도체 디바이스를 제작하였을 경우에, 제품의 수율이 좋고 고품질의 반도체 발광소자나 반도체 디바이스를 얻을 수 있다.
도 1(a)?(e)는 본 발명의 단결정 기판의 제조 방법의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 결정학적 면 형상의 곡률 반경과 휨 양의 관계를 나타낸 개략도이다. 도 2에 있어서, R은 곡률 반경, X는 단결정 기판의 직경, 및 ΔZ는 휨 양을 나타내고, 다음의 식을 만족한다. R2=(X/2)2＋(R－ΔZ)2, R=1/2*{(X/2)2/ΔZ)＋ΔZ｝,ΔZ2－2RΔZ＋(X/2)2=0, ΔZ=－R±√R2－(X/2)2.
도 3(a)?(d)는 물리적 형상의 휨 양과 결정학적 면 형상의 휨 양이 다른, 4 패턴의 단결정 기판의 개략도이다. 도 3(a)에 있어서, 물리적 형상은 볼록한 형상이고, 결정학적 면 형상은 볼록한 형상이다. 도 3(b)에 있어서, 물리적 형상은 볼록한 형상이고, 결정학적 면 형상은 오목한(凹) 형상이다. 도 3(c)에 있어서, 물리적 형상은 오목한 형상이며, 결정학적 면 형상은 볼록한 형상이다. 도 3(d)에 있어서, 물리학적 형상은 오목한 형상이며, 결정학적 면 형상은 오목한 형상이다.
도 4는 실시예 및 비교예에서 이용한 HVPE 장치의 개략적인 단면도이다.
이하에 있어서, 본 발명의 단결정 기판 및 그것을 이용한 Ⅲ족 질화물 결정의 제조 방법에 대하여 자세하게 설명한다. 이하에서 기재된 구성 요건의 설명은 본 발명의 대표적인 실시 형태에 근거하여 이루어지지만, 본 발명은 그러한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서 「?」를 이용하여 나타내는 수치 범위는 「?」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로 하여 포함하는 범위를 의미한다.
본 발명의 단결정 기판은 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키기 위해서 이용되는 단결정 기판으로서, 상기 단결정 기판의 성장면에 있어서의 물리적 형상의 휨 양을 Z1(㎛)으로 하고, 단결정 기판의 성장면에 있어서의 결정학적 면 형상의 곡률 반경으로부터 산출된 휨 양을 Z2(㎛)로 하는 경우에, 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
-40<Z2/Z1<-1…식(1)
또한 본 발명의 단결정 기판은 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키기 위해서 이용되는 단결정 기판으로서, 상기 단결정 기판의 성장면에 있어서의 물리적 형상의 휨 양을 Z1(㎛)으로 하고, 단결정 기판의 성장면에 있어서의 결정학적 면 형상의 곡률 반경으로부터 산출된 휨 양을 Z2(㎛)로 하는 경우에, 하기 식(2) 및 (3)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
Z1>0 …식(2)
Z2<0 …식(3)
또한, 본 명세서에 있어서 단결정 기판의 성장면이란, 단결정 기판 상에 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키는 면을 가리키고, 성장면의 반대측을 이면이라고 칭하는 것으로 한다.
또한, 이하에서는 본 발명의 단결정 기판 상에 후막의 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키는 경우를 예로서 설명하고 있지만, 본 발명의 단결정 기판의 용도는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명의 단결정 기판 상에 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시켜 디바이스 구조를 형성하고, 반도체 발광소자나 반도체 디바이스를 제작하는 경우에도, 마찬가지로 크랙을 억제하여 평탄하고 균일한 Ⅲ족 질화물 결정을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
(단결정 기판의 물리적 형상, 결정학적 면 형상)
본 발명의 단결정 기판은 성장면의 물리적 형상이 볼록한 면이고 결정학적 면 형상의 휨이 오목한 모양인 경우(예를 들면, 도 3(b)), 또는 성장면의 물리적 형상이 오목한 면이며 결정학적 면 형상의 휨이 볼록한 모양인 것(예를 들면 도 3(c))과 같은 단결정 기판이다.
구체적으로, 제1의 형태는 단결정 기판의 성장면에 있어서의 물리적 형상의 휨 양을 Z1(㎛)으로 하고, 단결정 기판의 성장면에 있어서의 결정학적 면 형상의 곡률 반경으로부터 산출된 휨 양을 Z2(㎛)로 하는 경우에, 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
-40<Z2/Z1<-1…식(1)
본 명세서에 있어서, 물리적 형상의 휨 양(Z1)이란, 광학식 검사 장치를 이용하여 단결정 기판 전면(全面)의 요철(凹凸)을 측정하고, 그 최대값과 최소값의 차이을 말한다. 광학식 검사 장치로는 예를 들면, NIDEK 평면도 측정 장치 FT－17(NIDEK 사제) 등을 이용할 수 있다. 여기서, 물리적 형상의 휨 양(Z1)은 단결정 기판의 성장면이 볼록한 형상의 경우에는 휨 양을 플러스의 수치로 나타내고, 성장면이 오목한 형상의 경우에는 휨 양을 마이너스의 수치로 나타낸다.
본 명세서에 있어서, 결정학적 면 형상의 휨 양(Z2)이란, 결정학적 면 형상의 곡률 반경으로부터 환산하여 구한 값이다. 여기서, 결정학적 면 형상의 곡률 반경과 결정축의 곡률 반경은 일치하는 값이다.
결정축의 곡률 반경은 단결정 기판의 중심에서 ±8mm 지점에서의 X선 회절 측정에 의해 (0002)면의 회절 피크값을 측정하고, 회절 피크값의 시프트량으로부터 산출한 값이다. 다음과 같은 순서로 결정학적 면 형상의 휨 양(Z2)을 구한다.
(i) X선 회절 측정에 의해서, 단결정 기판의 중심에서 ±8mm 지점에서의 회절 피크의 시프트량으로부터 단결정 기판의 곡률 반경을 구한다. 여기서, 회절 피크는 a축 방향과 m축 방향의 단결정 기판의 중심에서 ±8mm 지점에서의 회절 피크를 측정하고, 여기서 곡률 반경은 a축과 m축의 곡률 반경의 평균값으로 한다.
(ii) 구해진 곡률 반경으로부터, 도 2의 곡률 반경(R)과 휨 양(ΔZ)의 관계에 의해, 단결정 기판의 직경(X)까지 확대했을 경우의 ΔZ, 즉 결정학적 면 형상의 휨 양(Z2)을 구한다. 단결정 기판은 면내의 각 영역에서 곡률 반경의 차이가 있지만, 중심으로부터 직경 ±8mm를 유효 직경으로 하여, 상기 유효 직경에 있어서의 곡률 반경이 면 내에서 동일하게 분포하고 있다고 가정한다.
여기서, 결정학적 면 형상의 휨 양(Z2)은 단결정 기판의 결정축이 성장면 방향에 대해서 볼록한 모양의 면을 형성하도록 나란하게 있는 경우에 휨 양을 플러스의 수치로 나타내고, 성장면 방향에 대해서 오목한 상태의 면을 형성하도록 나란하게 있는 경우에 휨 양을 마이너스의 수치로 나타낸다.
이러한 Z1와 Z2가 상기 식(1)의 관계를 만족시킴으로서, 본 발명의 단결정 기판 상에서 결정 성장 도중에 있어서는 크랙 발생을 억제할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 단결정 기판으로는 예를 들면 도 3(b), (c)와 같은 형태를 들 수 있다. 이러한 단결정 기판이 본 발명의 효과를 달성하는 이유에 대하여 다음과 같이 생각할 수 있다.
단결정 기판 상에서 결정 성장하는 경우, 단결정 기판에 내재하는 뒤틀림이 최소인 것이 좋다. 상기 뒤틀림 량은 성장면의 물리적 형상의 휨 양 및 결정학적 면 형상의 휨 양과 관계가 있다.
예를 들면, 물리적 형상의 휨이 볼록한 면의 경우, 기판의 이면 측에는 성장면 측보다 많은 압축 응력이 내재하고 또는, 기판의 성장면 측에는 이면 측보다 많은 인장 응력이 내재하고 있다. 마찬가지로 결정학적 면 형상의 휨이 오목한 모양의 경우, 기판의 성장면 측에는 이면 측보다 많은 압축 응력이 내재하고, 또는 기판의 이면 측에는 성장면 측보다 많은 인장 응력이 내재하고 있다.
즉, 성장면의 물리적 형상이 볼록한 면이고 결정학적 면 형상의 휨이 오목한 모양인 단결정 기판의 경우, 또는 성장면의 물리적 형상이 오목한 면이며 결정학적 면 형상의 휨이 볼록한 모양인 단결정 기판의 경우에는, 물리적 형상에 의한 뒤틀림 량과 결정학적 면 형상에 의한 뒤틀림 량이 상쇄되고, 결과적으로 단결정 기판에 내재하는 뒤틀림을 줄일 수 있다고 생각된다. 이 때문에, 식(1)을 만족하는 내재하는 뒤틀림이 적은 단결정 기판 상에서 결정 성장을 실시하면 크랙 발생을 억제할 수 있다.
식(1)의 우변식 Z2/Z1<－1은 성장면의 물리적 형상의 휨과 동일한 휨 양이면서 휨의 방향이 반대인 결정학적 면 형상의 휨을 갖는 기초 기판을 경계치로서 나타낸 식이다. 즉, 물리적인 휨 양과 동일한 양만큼 결정학적인 휨이 역방향에 내재하고 있으면, 단결정 기판 내의 내재하는 뒤틀림이 상쇄된다고 추찰된다. 식(1)에 있어서 Z2/Z1<－1.5인 것이 바람직하고, Z2/Z1<－2인 것이 보다 바람직하다.
또한, 물리적 형상의 휨 양(Z1)의 값으로는, －50㎛ 이상인 것이 바람직하고, －40㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, －30㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다.또한, 50㎛ 이하인 것이 바람직하고, 40㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 30㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
결정학적 면 형상의 휨 양(Z2)의 값으로서는, 그 절대값이 0㎛ 이상인 것이 바람직하고, 31㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 50㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다.또, 312㎛ 이하인 것이 바람직하고, 200㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 150㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 단결정 기판의 구체적인 제2의 형태는 단결정 기판의 성장면에 있어서의 물리적 형상의 휨 양을 Z1(㎛)으로 하고, 단결정 기판의 성장면에 있어서의 결정학적 면 형상의 곡률 반경으로부터 산출된 휨 양을 Z2(㎛)로 하는 경우에, 하기 식(2) 및 (3)을 만족하는 것을 특징으로 한다. 또한, Z1 및 Z2는 위에서 설명한 의미와 같다.
Z1>0 …식(2)
Z2<0 …식(3)
구체적으로는, 성장면의 물리적 형상이 볼록한 면으로서 결정학적 면 형상이 오목한 모양인 경우이며, 예를 들면 도 3(b)와 같은 형태이다. 이와 같은 경우에는 물리적인 휨과 결정학적인 휨이 역방향으로 내재하게 되어, 단결정 기판 내에 내재하는 뒤틀림이 상쇄된다고 추찰된다.
이것은 위에서 언급한 제1의 형태의 경우와 동일다고 생각된다. 따라서, 이와 같은 단결정 기판을 이용하여 얻어지는 Ⅲ족 질화물 결정은 크랙이 발생하지 않고, 대면적으로 후막의 Ⅲ족 질화물 결정을 얻는 것이 가능해진다.
가공 정밀도의 현실적 한계 및, 물리적 형상은 평탄한 것이 바람직하므로, Z1은 100㎛ 이하인 것이 바람직하고, 50㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, Z2는 -31㎛(곡률 반경 10 m) 이하인 것이 바람직하고, －50㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, 가공 정밀도의 현실적 한계 및, 결정학적 면 형상은 평탄한 것이 바람직하므로, －312㎛(곡률 반경 1m) 이상인 것이 바람직하고, －156㎛(곡률 반경 2 m) 이상인 것이 보다 바람직하다.
여기서 본 발명의 단결정 기판의 형태는 특히 제한되지 않고, 얻고자 하는 Ⅲ족 질화물 결정의 형상에 맞추어서 결정할 수 있다. 통상은 원형, 타원형 및 구형이 바람직하고, 이 중에서도 원형이 보다 바람직하다.
본 발명의 단결정 기판의 사이즈도 얻고자하는 Ⅲ족 질화물 결정의 사이즈에 맞추어서 결정할 수 있다. 성장면이 원형인 경우의 직경이나 성장면이 구형인 경우의 최대 직경은 통상 10?300mm인 것이 바람직하고, 20?150mm인 것이 보다 바람직하고, 50?100mm인 것이 더욱 바람직하다.
단결정 기판의 사이즈로는 면적은 20㎠ 이상인 것이 바람직하고, 46㎠ 이상인 것이 보다 바람직하고, 81㎠ 이상인 것이 더욱 바람직하다.
단결정 기판의 두께로는 100㎛?1000㎛인 것이 바람직하고, 300㎛?500㎛인 것이 보다 바람직하다.
(단결정 기판의 종류)
본 발명의 단결정 기판은 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시킬 수 있는 성장면을 가지는 것이면 특별히 종류는 한정되지 않지만, 얻어지는 Ⅲ족 질화물 결정의 결정성이 양호하기 때문에 육방정계 결정인 것이 바람직하고, 성장시키는 Ⅲ족 질화물 결정과 격자 상수가 근사한 육방정계 결정이 보다 바람직하다. 예를 들면, 사파이어, 산화 아연 결정 및 질화물 결정 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 질화물 결정이 바람직하고, 성장면에 성장시키는 Ⅲ족 질화물 결정과 동일한 종의 질화물 결정이 보다 바람직하다. 예를 들면, 질화 갈륨 등을 들 수 있다. 특히, 단결정 기판의 성장면에 Ⅲ족 질화물 결정을 포함하는 것이 바람직하다.
사파이어의 격자 상수는 a축으로 4.758Å, c축으로 12.983Å이다. 질화 갈륨의 격자 상수는 a축으로 3.189Å, c축으로 5.185Å이다.
단결정 기판의 면 방위는 Ⅲ족 질화물 결정을 성장할 수 있는 성장면이면 특별히 방위가 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, {0001｝면, {10－10｝면, {11－20｝면, {11－22｝면 및 ｛20－21｝면 등이 바람직하고, 이 중에서도 (0001)면이 보다 바람직하다.
본 명세서에 있어서, 「C면」이란, 육방정 구조(우르차이트형 결정 구조)에 있어서의 (0001)면이다. Ⅲ족 질화물 결정에서는 「C면」은 Ⅲ족 면이며, 질화 갈륨에서는 Ga면에 해당한다.
또한, 본 명세서에 있어서 「C면」은 ±0.01° 이내의 정밀도로 계측되는 C축으로부터 25° 경사진 방향 범위 내에 성장면이 있는 단결정 기판의 성장면을 가리키고, 10° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 바람직하고, 5° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 보다 바람직하다.
본 명세서에 있어서, {10－10｝면이란 「M면」을 말하며, 육방정 구조(우르차이트형 결정 구조)에 있어서의｛1－100｝면과 등가인 면이다. 상기 ｛1－100｝면과 등가인 면은 비극성면이며, 통상은 벽개면(cleavage plane)이다.
｛1－100｝면과 등가인 면은 (1－100)면, (－1100)면, (01－10)면, (0－110)면, (10－10)면 및 (－1010)면이다.
또한, 본 명세서에 있어서 「M면」은 ±0.01° 이내의 정밀도로 계측되는 M축으로부터 A축 방향으로 15° 경사진 방향의 범위 내에 성장면이 있는 단결정 기판의 성장면을 가리키고, 10° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 바람직하고, 5° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 보다 바람직하다.
나아가, 「M면」은 ±0.01° 이내의 정밀도로 계측되는 M축으로부터 C축 방향으로 25° 경사진 방향의 범위 내에 성장면이 있는 단결정 기판의 성장면을 가리키고, 10° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 바람직하고, 5° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 보다 바람직하다.
본 명세서에 있어서, {11－20｝면이란 「A면」을 말하며, 육방정 구조(우르차이트형 결정 구조)에 있어서의｛11－20｝면과 등가인 면이다. 상기 ｛11－20｝면과 등가인 면은 비극성면이다.
｛11－20｝면과 등가인 면으로는 (11－20)면, (－1－120)면, (1－210)면, (－12－10)면, (－2110)면 및 (2－1－10)면이다.
또한, 본 명세서에 있어서 「A면」은 ±0.01° 이내의 정밀도로 계측되는 A축으로부터 M축 방향으로 15° 경사진 방향의 범위 내에 성장면이 있는 단결정 기판의 성장면을 가리키고, 10° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 바람직하고, 5° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 보다 바람직하다.
나아가 「A면」은 ±0.01° 이내의 정밀도로 계측되는 A축으로부터 C축 방향으로 25° 경사진 방향의 범위 내에 성장면이 있는 단결정 기판의 성장면을 가리키고, 10° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 바람직하고, 5° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 보다 바람직하다.
본 명세서에 있어서, {11－22｝면이란, 육방정 구조(우르차이트형 결정 구조)에 있어서의｛11－22｝면과 등가인 면이다. 상기 ｛11－22｝면과 등가인 면은 반극성면이다.
｛11－22｝면과 등가인 면은 (11－22)면, (－1－122)면, (1－212)면, (－12－12)면, (－2112)면 및 (2－1－12)면이다.
또한, 본 명세서에 있어서｛11－22｝면은 ±0.01° 이내의 정밀도로 계측되는 <11－22>축으로부터 M축 방향으로 15° 경사진 방향의 범위 내에 성장면이 있는 단결정 기판의 성장면을 가리키고, 10° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 바람직하고, 5° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 보다 바람직하다.
나아가 ｛11－22｝면은 ±0.01° 이내의 정밀도로 계측되는 <11－22>축으로부터 C축 방향으로 25° 경사진 방향의 범위 내에 성장면이 있는 단결정 기판의 성장면인 것이 바람직하고, 10° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 바람직하고, 5° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 보다 바람직하다.
본 명세서에 있어서, {20－21｝면이란, 육방정 구조(우르차이트형 결정 구조)에 있어서의｛20－21｝면과 등가인 면이다. 상기 ｛20－21｝면과 등가인 면은 반(半)극성면이다.
｛20－21｝면과 등가인 면으로는, (20－21)면, (2－201)면, (02－21)면, (0－221)면, (－2201)면 및 (－2021)면이 바람직하다.
또한, 본 명세서에 있어서｛20－21｝면은 ±0.01° 이내의 정밀도로 계측되는 <20－21>축으로부터 A축 방향으로 15° 경사진 방향의 범위 내에 성장면이 있는 단결정 기판의 성장면을 가리키고, 10° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 바람직하고, 5° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 보다 바람직하다.
나아가 ｛20－21｝면은 ±0.01° 이내의 정밀도로 계측되는 <20－21>축으로부터 C축 방향으로 25° 경사진 방향의 범위 내에 성장면이 있는 단결정 기판의 성장면을 가리키고, 10° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 바람직하고, 5° 경사진 방향의 범위 내의 성장면인 것이 보다 바람직하다.
(단결정 기판의 제조 방법)
본 발명으로 이용되는 단결정 기판의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 일반적으로 알려진 방법으로 제조할 수 있다.
예를 들면 단결정 기판의 결정 성장 방법으로는, 예를 들면 Hydride　Vapor　Phase　Epitaxy(HVPE)법, metal－organic　Chemical　Vapor　Deposition(MOCVD)법, Molecular　Beam　Epitaxy(MBE)법, 승화법, Na플럭스법 및 용매열법 등을 들 수 있다.
또한, 단결정 기판의 결정의 가공 방법으로는, 물리적 형상의 휨 양(Z1)이 본 발명의 범위 내이면 바람직하고, 일반적으로 알려진 방법으로 제조할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면 연삭?기계 연마?화학적 기계적 연마에 의해서, 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 결정(1)로부터 볼록한 A면과 오목한 B면을 갖는 단결정 기판(4)(결정(12))를 얻는 가공 방법을 들 수 있다.
이하, 단결정 기판의 가공 방법의 일례로서 자세한 내용을 설명하지만, 본 발명의 단결정 기판의 가공 방법은 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 오목한 B면이 평면으로 되도록 결정(1)에 휨을 부여하는 만곡 공정을 실시한다 [도 1(b)].
여기서, 만곡 공정에 있어서, 오목한 B면이 평면이 되도록 결정(1)에 휨을 부여할 수 있으면 그 가공 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 뒤틀림을 이용하는 방법, 만곡 플레이트를 이용하는 방법 및 압축력을 이용하는 방법 등을 들 수 있다.
뒤틀림을 이용하는 만곡 공정은 서로 표리의 관계에 있는 A면과 B면을 갖는 결정의 B면에 뒤틀림을 가하여 B면이 볼록한 형상이 되도록 만곡시키는 공정이다.예를 들면, 도 1(b)에서는 오목한 B＇면 측에 가공 뒤틀림을 부여하여 만곡시키는 것이 가능하다.
B면에 가하는 뒤틀림 형성 방법은 B면이 볼록한 형상으로 되어 결정 전체가 만곡하는 것이면 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 뒤틀림 형성 방법으로는, 예를 들면, 연삭, 연마 및 슬라이스 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 유리화(vitrified) 숫돌(砥石), 다이아몬드 유리 연마 입자(遊離 砥粒) 또는 다이아몬드 고정 연마 입자 와이어를 이용하여 처리하는 방법 등을 예시할 수 있다.
B면에 뒤틀림을 형성할 때, A면 측을 플레이트에 접하도록 첩부하여 실시하는 것이 바람직하다. 뒤틀림은 B면에만 형성해도 되고, B면과 A면의 양쪽 모두에 형성해도 된다. A면에 뒤틀림을 형성할 때, B면 측을 플레이트에 접하도록 첩부하여 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 양면에 뒤틀림을 형성하는 경우, 각 면의 뒤틀림의 형성 수단이나 형성 방법은 동일하여도 되고 달라도 된다.
또한, 본 명세서에 있어서 플레이트란 연삭?연마?슬라이스 시에 장치에 설치하기 위해서 결정을 첩부하는 플레이트를 의미한다. 뒤틀림을 형성할 때에 결정을 첩부하는 플레이트면은 연삭?연마?슬라이스 후에 균일한 기판 두께를 얻기 위해서 평탄한 것이 바람직하다. 또한, 플레이트에의 첩부 및 고정은 왁스 등을 개재하여 행하여도 되고, 양면 접착성 필름을 개재시켜 행하여도 된다.
본 명세서에 있어서, 뒤틀림이란 연삭?연마에서 연마 입자가 결정 표면을 깍아내거나 슬라이스 한 후에 발생하는 마이크로 크랙 또는 전위에 의해 발생하는 것이며, 그 결과 결정 표면에 발생하는 장력을 「왜력(歪力)」이라고 부르는 것으로 하되, 여기에서 결정 내부에 발생하는 「내부 응력(內部 應力)」과는 구별되는 것으로 한다.
마이크로 크랙 또는 전위는 투과형 전자현미경(TEM)이나 음극 발광(CL)법으로 확인할 수 있다. 뒤틀림은 기판의 휨 양에 영향을 주고, 연삭?연마 시의 연마 입자의 크기나 연삭 속도, 기판에 가해지는 압력 등에 의해 변화한다.
왜력 즉 결정 표면에 발생하는 장력의 크기는 결정의 휨 양?세로 탄성 계수?기판 형상으로부터 추찰할 수 있다. 면α와 면β를 갖는 기판의 표리에 있어서의 왜력의 대소를 비교하는 경우에는, 휨의 방향으로부터 용이하게 추찰할 수 있고, 면α가 볼록하게 되도록 휘어지는 경우에 면α의 왜력은 면β의 왜력보다 큰 것으로 표현한다.
만곡 플레이트를 이용하는 만곡 공정은 서로 표리의 관계에 있는 A면과 B면을 가지는 결정의 A면을 만곡 플레이트 상에 접면 고정하고, B면이 볼록한 형상이 되도록 만곡시키는 공정이다.
만곡 플레이트는 볼록한 형상의 플레이트이며, 곡률 반경이 1 m 이상인 것이 바람직하고, 6.25?62.5 m인 것이 보다 바람직하다. 만곡 플레이트의 바람직한 곡률 반경은 만곡 플레이트에 접면 고정하기 전의 결정의 휨 양과 목적으로 하는 단결정 기판의 휨 양에 따라 결정된다.
여기서, 만곡 플레이트란 결정을 지지하는 면이 볼록한 형상으로 만곡하고 있는 플레이트이다. 또한, 만곡 플레이트의 곡률 반경은 볼록한 형상으로 만곡하고, 결정과 접하는 면의 곡률 반경을 가리킨다. 만곡 플레이트의 소재는 가공 중 변형하지 않는 재료라면 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는, 세라믹 및 알루미늄 합금 등을 들 수 있다.
압축력을 이용하는 만곡 공정은 서로 표리의 관계에 있는 A면과 B면을 갖는 결정의 A면 측에 A면의 주변으로부터 A면의 중심으로 향하는 압축력을 가하여 B면이 볼록한 형상이 되도록 만곡시키는 공정이다.
예를 들면, A면의 주변과 그 근방의 결정 측면을 포함하는 영역을 A면의 중심을 통과하는 결정의 중심축 방향으로 압압하거나, A면을 덮는 영역에 A면의 중심으로 향하는 응력을 가함으로써, A면의 주변으로부터 A면의 중심으로 향하는 압축력을 가할 수 있다.
그 구체적인 형태은 특히 제한되지 않지만, A면의 주변과 그 근방의 결정 측면을 포함하는 영역에 도포한 왁스 또는 A면을 덮는 영역에 도포한 왁스를 냉각하여 경화하는 때의 왁스의 수축에 의해 압축력을 가하는 형태 등을 들 수 있다.
어느 뒤틀림 형성 방법이나 만곡 형성 수단을 채용한 경우에도, 전술한 만곡 공정 에 의해서 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 오목한 B＇면 측이 볼록한 형상이 되도록 만곡하여, 오목한 B면과 볼록한 A면이 평면 내지는 거의 평면이 된다. 따라서, 만곡 공정에 있어서의 휨 양이 최종적으로 제조되는 단결정 기판의 휨 양에 큰 영향을 준다.
다른 제조 조건을 일정하게 한 경우, 만곡 공정에 있어서의 휨 양을 제어함으로써, 최종적으로 제조되는 단결정 기판의 휨 양을 제어할 수 있다. 미리 양자의 관계를 분명하게 하면, 제어가 용이하게 된다.
예를 들어 뒤틀림을 이용하는 만곡 공정을 실시하는 경우, 결정의 휨 양과 결정 두께 사이에 서로 관련이 있다. 이 때문에, 특정한 휨 양을 얻고 싶은 경우에는, 결정 두께를 제어하는 것이 바람직하다. 결정의 휨 양과 결정 두께의 상호 관계는 예를 들면 도 1(c)과 같은 그래프로 나타낼 수 있다. 따라서, 미리 이와 같은 상관 관계를 파악하여 두면, 임의의 결정의 휨 양을 실현하는 것이 가능하다.
다음으로 결정(2)를 볼록한 A면 측이 플레이트에 대향하도록 배치한다. 고정은 결정(2)의 휨 형상을 유지한 채로 플레이트에 첩부한다.
다음에, 결정(2)의 볼록한 형상을 하고 있는 오목한 B면 측의 평탄화를 실시하고, 결정 중의 오목한 B＇면과 오목한 B면에 끼워지는 영역(21)[도 1(b)]을 제거하여 결정(3)[도 1(d)]을 얻는다. 평탄화 시에 발생하는 뒤틀림은 화학적 기계적 연마로 제거해도 되고, 에칭으로 제거해도 된다. 또한, Ⅲ족 질화물 결정의 형성시, 문제가 되지 않는 정도로 뒤틀림을 남겨도 된다.
다음으로, 결정(3)을 오목한 B면을 플레이트에 대향하도록 배치한다. 고정은 오목한 B면이 평탄하게 되도록 가압하면서 실시하는 것이 바람직하다.
다음에, 결정(3)의 오목 형상으로 되어 있는 볼록한 A면 측의 평탄화를 실시하고, 결정(33)[도 1(d)]을 제거하여 단결정 기판(4)[도 1(e)]을 얻는다. 평탄화 시에 발생하는 뒤틀림은 화학적 기계적 연마로 제거해도 되고, 에칭으로 제거해도 된다. 또한, Ⅲ족 질화물 결정의 형성시, 문제가 되지 않는 정도로 뒤틀림을 남겨도 된다. 단결정 기판(4)의 형상은 도 1(e)에 한정되지 않고, 뒤틀림을 남기는 경우에는 오목한 B면이 볼록하게 되는 경우도 있다.
(Ⅲ족 질화물 결정의 제조 방법)
본 발명의 단결정 기판 상에 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키고, 단결정 기판을 제거하여 Ⅲ족 질화물 결정을 제조할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 단결정 기판 상에 Ⅲ족 질화물 결정 형성용 가스를 공급함으로써, 단결정 기판 상에 Ⅲ족 질화물을 결정 성장시키는 Ⅲ족 질화물 결정의 제조 방법이다.
결정 성장시키는 Ⅲ족 질화물 결정의 종류는 특히 제한되지 않는다.예를 들면, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN 및 AlInGaN 등을 들 수 있다. 그 중에서도, GaN, AlN 및 AlGaN가 바람직하고, GaN가 보다 바람직하다.
본 발명의 Ⅲ족 질화물 결정의 제조 방법에서 이용할 수 있는 결정 성장 방법으로는, 예를 들면, Hydride　Vapor　Phase　Epitaxy(HVPE)법, metal－organic　Chemical　Vapor　Deposition(MOCVD)법, Molecular　Beam　Epitaxy(MBE)법 및 승화법 등의 기상법을 들 수 있다. 또, 액상법으로는, 예를 들면, Na플럭스법 및 용매열법 등을 들 수 있다.
고순도 결정을 얻을 수 있다는 이유에서 바람직한 것은 HVPE법, MOCVD법, Na플럭스법 및 용매열법이며, 가장 바람직한 것은 HVPE법이다.
다음으로, 본 발명의 단결정 기판을 이용하여 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키는 공정에 대해서 설명한다.
결정 성장에 이용하는 장치의 상세한 내용은 특히 제한되지 않는다. 예를 들면, 도 4에 나타내는 HVPE 장치를 이용할 수 있다.
도 4의 HVPE 장치는 리액터(100) 내에, 기초 기판을 재치(載置)하기 위한 기판 홀더(서셉터,107)와 성장시키려는 Ⅲ족 질화물 결정의 원료를 넣는 레저버(105)를 구비하고 있다.
또, 리액터(100) 내에 가스를 도입하기 위한 도입관(101?104)과 배기하기 위한 가스 배출관(108)이 설치되어 있다. 나아가 리액터(100)을 측면에서 가열하기 위한 히터(106)가 설치되어 있다.
리액터(100)의 재질로는 예를 들면, 석영 및 다결정 붕소 나이트라이드(BN), 스테인레스 등을 들 수 있다. 바람직한 재질은 석영이다.
리액터(100) 내에는 반응 개시 전에 미리 분위기 가스를 충전해 둔다. 분위기 가스로는, 예를 들면 H2 가스, N2 가스, He, Ne, Ar와 같은 불활성 가스 등을 들 수 있다. 이러한 가스는 혼합하여 이용하여도 된다.
기판 홀더(107)의 재질로서는 카본이 바람직하고, SiC로 표면이 코팅되어 있는 것이 보다 바람직하다. 기판 홀더(107)의 형상은 본 발명의 기초 기판을 설치할 수 있는 형상이면 특별히 제한되지 않지만, 결정 성장 시에 성장하는 결정의 상류 측에 구조물이 존재하지 않는 것이 바람직하다.
상류 측에 결정이 성장할 가능성이 있는 구조물이 존재하면, 거기에 다결정체가 부착하고, 그 생성물로서 HCl 가스가 발생하여 결정 성장시키고자 하는 결정에 악영향을 미친다.
기판 홀더(107)의 단결정 기판 재치면의 크기는 재치하는 단결정 기판보다 작은 것이 바람직하다. 즉, 가스 상류 측에서 보았을 때에, 단결정 기판의 크기로 기판 홀더(107)가 가려질 정도의 크기인 것이 더욱 바람직하다.
단결정 기판을 기판 홀더(107)에 재치할 때, 단결정 기판의 성장면은 가스 흐름의 상류 측(도 4에서는 리액터의 윗쪽)을 향하도록 재치하는 것이 바람직하다. 즉, 가스가 제1결정 성장면으로 향해 흐르도록 재치하는 것이 바람직하고, 가스가 제1결정 성장면에 수직인 방향에서 흐르도록 하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 단결정 기판을 재치함으로써, 보다 균일하고 결정성이 뛰어난 Ⅲ족 질화물 결정을 얻을 수 있다.
레저버(105)에는 Ⅲ족원이 되는 원료를 넣는다. 그러한 Ⅲ족원이 되는 원료로서는, 예를 들면 Ga, Al 및 In 등을 들 수 있다.
레저버(105)에 가스를 도입하기 위한 도입관(103)에는, 레저버(105)에 넣은 원료와 반응하는 가스를 공급한다. 예를 들면, 레저버(105)에 Ⅲ족원이 되는 원료를 넣었을 경우에는 도입관(103)으로부터 HCl 가스를 공급할 수 있다.
이 때, HCl 가스와 함께, 도입관(103)으로부터 캐리어 가스를 공급하여도 된다. 캐리어 가스로는, 예를 들면 H2가스, N2가스, He, Ne 및 Ar와 같은 불활성 가스 등을 들 수 있다.
상기 가스는 혼합하여 이용하여도 된다. 캐리어 가스는 분위기 가스와 동일하거나 달라도 되지만, 동일한 것이 바람직하다.
도입관(101)에는 질소원이 되는 원료 가스를 공급한다. 통상은 NH3 가스를 공급한다. 또한, 도입관(102)에는 캐리어 가스를 공급한다. 캐리어 가스로는 도입관(103)으로부터 공급되는 캐리어 가스와 동일한 것을 예시할 수 있다.
도입관(102)로부터 공급되는 캐리어 가스와 도입관(103)으로부터 공급되는 캐리어 가스는 동일한 것이 바람직하다. 또한, 도입관(102)에는 도펀트 가스를 공급할 수도 있다. 예를 들면, SiH4 및 SiH2Cl2 등의 n형 도펀트 가스를 공급할 수 있다.
도입관(104)에는 에칭 가스를 공급할 수 있다. 에칭 가스로는 염소계의 가스를 들 수 있으며 HCl 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 에칭 가스의 유량을 총유량에 대하여 바람직하게는 0.1％?3％정도로 함으로써 에칭을 실시할 수 있다. 보다 바람직한 유량은 총유량에 대해서 1％정도이다. 가스의 유량은 질량유량계(MFC) 등으로 제어할 수 있고 개별적인 가스의 유량은 항상 MFC로 감시하는 것이 바람직하다.
도입관(101, 102, 104)으로부터 공급되는 상기 가스는 각각 서로 바꿔 넣어서 다른 도입관으로 공급하여도 상관없다. 또한, V족원이 되는 원료 가스와 캐리어 가스는 동일한 도입관으로부터 혼합하여 공급해도 된다. 나아가 더 다른 도입관으로부터 캐리어 가스를 혼합하여도 된다. 이러한 공급 형태는 리액터(100)의 크기 및 형상, 원료의 반응성 및 목적으로 하는 결정 성장 속도 등에 따라서 적절하게 결정할 수 있다.
가스 배출관(108)은 가스 도입을 위한 도입관(101?104)과는 반대측의 리액터 내벽으로부터 배출될 수 있도록 설치되는 것이 일반적이다. 도 4에서는 가스 도입을 위한 도입관(101?104)이 설치되어 있는 리액터 상면과 반대에 위치하는 리액터 저면에 가스 배출관(108)이 설치되어 있다.
가스 도입을 위한 도입관이 리액터 우측면에 설치되어 있는 경우에는, 가스 배출관은 리액터 좌측면에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 형태를 채용함으로써, 일정한 방향으로 향하여 안정적인 가스 흐름을 형성할 수 있다.
HVPE법에 따르는 결정 성장은 통상은 800℃?1200℃로 실시하는 것이 바람직하고, 900℃?1100℃로 실시하는 것이 보다 바람직하고, 925℃?1070℃로 실시하는 것이 더욱 바람직하고, 950℃에서 1050℃로 실시하는 것이 특히 바람직하다.
리액터 내의 압력은 10 kPa?200 kPa인 것이 바람직하고, 30 kPa?150 kPa인 것이 보다 바람직하고, 50 kPa?120 kPa인 것이 더욱 바람직하다.
에칭을 실시할 때의 에칭 온도나 압력은 상기 결정 성장의 온도나 압력과 동일할 수 있고 다를 수도 있다.
결정 성장을 실시한 후에 얻어지는 Ⅲ족 질화물 결정은 결정면 경계에서 다결정체를 가지는 경우가 있다. 여기서 말하는 다결정체란, 예를 들면 육방정계 결정 격자를 형성하지 못하고, 마땅한 위치에 원자가 없는 상태의 결정을 의미한다. 즉 결정 방위가 무질서한 미소 결정의 집합체를 말하고, 매우 작은 단결정 입자의 집합을 의미한다.
상기 다결정체를 가지는 경우에는 다결정체를 제거하는 공정을 실시한 후에, 더 나아가 다결정체를 제거한 결정의 표면에 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키는 공정을 실시한다. 이렇게 하여 얻어진 Ⅲ족 질화물 결정이 여전히 결정면의 경계에서 다결정체를 가질 때에는, 다시 다결정체를 제거하는 공정을 실시하고, 추가로 표면에 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키는 공정을 실시한다. 이러한 조작을 반복함으로써, 다결정체를 갖지 않는 Ⅲ족 질화물 결정을 얻을 수 있다.
본 발명의 제조 방법으로 얻어지는 Ⅲ족 질화물 결정의 결정계는 육방정계인 것이 바람직하다. 또한, 얻어지는 Ⅲ족 질화물 결정은 단결정인 것이 바람직하다. 단결정 기판 위에 성장시키는 Ⅲ족 질화물 결정의 두께는 1mm?10cm가 바람직하다.
결정 성장 후에 연삭, 연마, 레이저 조사 등을 실시하는 경우에는, 어느 정도의 크기의 결정이 필요하기 때문에, 단결정 기판 위에 성장시키는 Ⅲ족 질화물 반도체 결정의 두께는 5mm?10cm가 바람직하고, 1cm?10cm가 보다 바람직하다.
본 발명의 제조 방법으로 얻어지는 Ⅲ족 질화물 결정은, 그대로 이용하여도 되고, 연삭이나 슬라이스 가공 등의 처리를 실시하고 난 후에 이용하여도 된다. 여기서 슬라이스 가공이란, (a) 성장한 결정을 기초 기판으로서 사용할 수 있도록 C면표면의 품질을 균일하게 하는 가공이나, (b) 성장 초기 부분에는 내재하는 전위로부터 발생하는 스트레스가 존재하는 것을 고려하여 그 부분을 잘라 버리기 위해서 실시하는 가공을 말한다.
슬라이스 가공은 구체적으로는, 내주 블레이드 슬라이서 및 와이어 소우 슬라이서 등을 이용하여 실시할 수 있다. 본 발명에서는, 슬라이스 가공을 실시함으로써, 형상이 거의 동일하고, 전위밀도가 보다 낮고, 또한 표면 결함이 적은 결정을 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제조 방법에 의하면, 표면 거칠기가 1nm 이하인 C면 또는 M면을 구비하고 있는 Ⅲ족 질화물 결정을 얻을 수 있다. 특히, 결정 성장 후에 연마를 실시하지 않더라도, 표면 거칠기가 1nm 이하인 C면 또는 M면을 갖는 Ⅲ족 질화물 결정을 제조할 수 있다는 점에서 우수하다.
또한, 본 발명에 있어서의 표면 거칠기(Rms)는 원자간력 현미경(AFM)을 이용하여 10㎛ 각(角)의 표면 거칠기를 측정한 데이터로부터 자승 평균 평방근(root mean square)으로 계산함으로써 구한다.
본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 Ⅲ족 질화물 결정은 다양한 용도로 이용될 수 있다. 특히, 자외, 청색 또는 녹색 등의 발광 다이오드, 반도체 레이저 등의 비교적 단파장 측의 발광 소자나, 전자 디바이스 등의 반도체 디바이스의 기판으로서 유용하다.
또한, 본 발명의 제조 방법으로 제조된 Ⅲ족 질화물 결정을 기초 기판으로서 이용하여 더욱 큰 Ⅲ족 질화물 결정을 얻는 것도 가능하다.
실시예
이하에 실시예와 비교예를 들어 본 발명의 특징을 더욱 구체적으로 설명한다. 아래와 같은 실시예로 나타내는 재료, 사용량, 비율, 처리 내용 및 처리 순서 등은 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한 적절하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하에서 나타내는 구체 예에 의해 한정적으로 해석되어야 할 것은 아니다.
또한, 아래와 같은 실시예 및 비교예에서는 도 4에 나타내는 HVPE 장치를 이용하여 결정 성장을 실시하였다.
<평가방법>
(1) 물리적 형상의 휨 양(Z1)
단결정 기판의 전면(全面)의 요철을 광학식 검사 장치(NIDEK 사제　NIDEK 평면도 측정 장치 FT－17)로 측정하고, 요철의 최대값와 최소값의 차이를 휨 양(Z1)으로 하였다. 단결정 기판의 성장면이 볼록한 형상의 경우를 플러스, 성장면이 오목한 형상의 기판의 경우를 마이너스로 나타냈다.
(2) 결정학적 면 형상의 휨 양(Z2)
단결정 기판의 중심으로부터 ±8mm 지점에서의 X선 회절 측정에 의한 (0002)면의 회절 피크값을, PANalytical 사제　X＇Pert－MRD로 측정하여, 회절 피크값의 시프트량으로부터 결정학적 면 형상의 곡률 반경을 산출하였다. 여기서, 회절 피크는 a축 방향과 m축 방향의 단결정 기판의 중심으로부터 ±8mm 지점에서의 회절 피크를 측정하고 여기서의 곡률 반경은 a축과 m축의 곡률 반경의 평균값으로 하였다.
구해진 곡률 반경으로부터, 도 2의 곡률 반경과 휨 양의 관계에 의해, 단결정 기판 직경까지 확대한 경우의 ΔZ, 즉 결정학적 면 형상의 휨 양(Z2)을 구하였다. 또한, 단결정 기판은 면 내의 각 영역에서 곡률 반경에 차이가 있지만, 중심으로부터 직경 ±8mm를 유효 직경으로 하여, 이 유효 직경에서의 곡률 반경이 면 내에서 동일하게 분포하고 있다고 가정하였다.
<실시예 1>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 400㎛, 직경 50mm 원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 물리적 형상에 있어서의 휨 양(Z1)은 6㎛이며, 결정학적 면 형상의 휨 양(Z2)은 -103㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 직경 70mm, 두께 20mm의 SiC 코팅한 카본제의 기판 홀더 위에 두고(도 4), HVPE 장치의 리액터(100) 내에 도 4에서 나타내는 바와 같이 배치하였다.
리액터 내를 1025℃까지 승온한 후, H2 캐리어 가스 G1, N2 캐리어 가스 G2, Ga와 HCl의 반응 생성물인 GaCl 가스 G3, 및 NH3 가스 G4를 도입관(101?104)로부터 각각 공급하면서 GaN층을 23.5시간 성장시켰다.
상기 GaN층 성장 공정에 있어서, 성장 압력을 1.01×105 Pa로 하고, GaCl 가스 G3의 분압을 7.39×102 Pa로 하고, NH3 가스 G4의 분압을 7.05×103 Pa로 하였다. GaN층 성장 공정 종료 후, 리액터 내를 실온까지 강온하고, Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 3.0mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 2>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 400㎛, 직경 54mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 7㎛이며, Z2는 -93㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여 실시예 1에서 리액터 내의 온도를 1020℃로 하고, GaN층의 성장 시간을 20시간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 2.7mm이며, 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 3>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 400㎛, 직경 54mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 10㎛이며, Z2는 -106㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여, 실시예 1에서 리액터 내의 온도를 1020℃로 하고, GaN층의 성장 시간을 20시간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 2.4mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 4>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 400㎛, 직경 50mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 13㎛이며, Z2는 -55㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 약 3.0mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 5>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 400㎛, 직경 50mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 13㎛이며, Z2는 -82㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 약 3.2mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 6>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 398㎛, 직경 54mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 15㎛이며, Z2는 -91㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여 실시예 1에서 리액터 내의 온도를 1020℃로 하고, GaN층의 성장 시간을 20시간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 2.4mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 7>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 662㎛, 직경 54mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 20㎛이며, Z2는 -131㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여 실시예 1에서 리액터 내의 온도를 1020℃로 하고, GaN층의 성장 시간을 24시간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 2.9mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 8>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 484㎛, 직경 53mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 21㎛이며, Z2는 -91㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여 실시예 1에서 리액터 내의 온도를 1020℃로 하고, GaN층의 성장 시간을 20시간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 2.7mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 9>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 399㎛, 직경 54mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 26㎛이며, Z2는 -110㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여 실시예 1에서 리액터 내의 온도를 1020℃로 하고, GaN층의 성장 시간을 20시간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 2.4mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 10>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 400㎛, 직경 47mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 12㎛이며, Z2는 -66㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여 실시예 1에서 리액터 내의 온도를 1020℃로 하고, GaN층의 성장 시간을 20시간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 3.5mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 11>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 390㎛, 직경 54mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 17㎛이며, Z2는 -79㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여 실시예 1에서 리액터 내의 온도를 1020℃로 하고, GaN층의 성장 시간을 20시간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 2.4mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 12>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 400㎛, 직경 50mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 22㎛이며, Z2는 -134㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 약 3.0mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 13>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 400㎛, 직경 54mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 23㎛이며, Z2는 -94㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여 실시예 1에서 리액터 내의 온도를 1020℃로 하고, GaN층의 성장 시간을 20시간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 약 2.3mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 14>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 400㎛, 직경 54mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 27㎛이며, Z2는 -92㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여 실시예 1에서 리액터 내의 온도를 1020℃로 하고, GaN층의 성장 시간을 20시간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 약 2.4mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<실시예 15>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 399㎛, 직경 54mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 27㎛이며, Z2는 -67㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여 실시예 1에서 리액터 내의 온도를 1020 ℃로 하고, GaN층의 성장 시간을 20시간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 약 2.7mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 없었다.
<비교예 1>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 404㎛, 직경 54mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 -13㎛이며, Z2는 -117㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여, 실시예 2와 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 2.7mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 있었다.
<비교예 2>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 400㎛, 직경 50mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 -40㎛이며, Z2는 -129㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 3.3mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 있었다.
<비교예 3>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 666㎛, 직경 53mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 -42㎛이며, Z2는 -164㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여, 실시예 7과 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 3.7mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 있었다.
<비교예 4>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 390㎛, 직경 54mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 -15㎛이며, Z2는 -130㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여, 실시예 2와 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 2.5mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 있었다.
<비교예 5>
단결정 기판으로서 표면이 ｛0001｝면으로 이루어진 두께 403㎛, 직경 54mm원형인 질화 갈륨(GaN) 자립 기판을 준비하였다. 상기 단결정 기판의 Z1은 -9㎛이며, Z2는 -127㎛이었다.
상기 GaN 자립 기판을 이용하여, 실시예 2와 동일하게 하여 Ⅲ족 질화물 결정인 GaN 단결정 후막을 얻었다. 얻어진 GaN 단결정 후막은 촉침식 막후계로 측정한 두께가 2.8mm이며, 육안으로 확인했는데 크랙을 볼 수 있었다.
표 1 및 표 2에 결과를 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
표 1 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 15에서는 크랙이 발생하지 않는 양질의 GaN 단결정 후막이 얻어졌다.
한편, 표 2에 나타내는 바와 같이, 비교예 1 내지 비교예 5에서는 성장 초기에 발생한 것으로 추측되는 크랙이 들어가 있고, 크랙은 후막 성장 후에 닫히지 않고, 결과적으로 크랙 프리인 영역이 작은 면적인 GaN 단결정 밖에 얻을 수 없었다.
본 발명을 특정한 태양을 이용하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 의도와 범위 내에서 여러가지 변경 및 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 분명하다. 또한 본 출원은 2010년 1월 15 일자로 출원된 일본 특허 출원(특원 2010－007307)에 근거하고 있고 그 전체가 인용에 의해 원용된다。
[산업상 이용 가능성]
본 발명의 단결정 기판을 이용하여 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키면, 크랙 발생을 억제할 수 있으므로, 후막의 Ⅲ족 질화물 결정을 얻을 수 있고, 따라서 대면적의 Ⅲ족 질화물 반도체 기판을 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 단결정 기판을 선택함으로써, 후막으로 성장시키는 공정에 들어가기에 앞서 기판 검사 단계에서, 이를 이용하여 제조되는 Ⅲ족 질화물 결정의 크랙의 유무를 판단할 수 있기 때문에 결과적으로 Ⅲ족 질화물 결정의 수율을 향상시키고, 평탄하고 균일한 후막의 Ⅲ족 질화물 결정을 염가로 제작하는 것이 가능하다.
나아가 본 발명의 단결정 기판을 이용하여 반도체 발광소자나 반도체 디바이스를 제작하는 경우, 평탄하고 균일한 Ⅲ족 질화물 결정을 얻을 수 있기 때문에, 수율 좋게 고품질의 반도체 발광소자나 반도체 디바이스를 얻을 수 있다.
얻어진 Ⅲ족 질화물 결정은 발광 다이오드, 반도체 레이저 등의 반도체 발광소자나, 전자 디바이스 등의 반도체 디바이스의 기판으로서 유용하다. 따라서, 본 발명은 산업상 이용 가능성이 높다.
1?3 결정
4　단결정 기판
11, 21 결정중의 오목한 B＇면과 오목한 B면에 끼워지는 영역
12, 22, 32 결정중의 오목한 B면과 볼록한 A면에 끼워지는 영역
13, 23, 33 결정중의 볼록한 A면과 볼록한 A＇면에 끼워지는 영역
100　리액터
101?104 도입관
105　레저버
106　히터
107　기판 홀더
108　가스 배출관
G1　질소원이 되는 원료 가스
G2　캐리어 가스
G3　Ⅲ족 원료 가스

Claims (10)

  1. Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키기 위해서 이용되는 단결정 기판으로서, 상기 단결정 기판의 성장면에 있어서의 물리적 형상의 휨 양을 Z1(㎛)으로 하고, 단결정 기판의 성장면에 있어서의 결정학적 면 형상의 곡률 반경으로부터 산출된 휨 양을 Z2(㎛)로 하는 경우에, 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 단결정 기판.
    -40<Z2/Z1<-1…식(1)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단결정 기판의 성장면에 Ⅲ족 질화물 결정을 포함하는 단결정 기판.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 단결정 기판의 면적이 20㎠ 이상인 단결정 기판.
  4. 청구항 1 내지 3 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 Z1 값이 -50㎛ 이상, 50㎛ 이하인 단결정 기판.
  5. 청구항 1 내지 4 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 단결정 기판이 육방정계 결정으로서, 그 성장면의 결정학적 면이 ｛0001｝면, ｛10－10｝면, ｛11－20｝면, {11－22｝면 및 ｛20－21｝면 중의 어느 하나인 단결정 기판.
  6. 청구항 1 내지 5 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 Z2 값의 절대값이 0㎛ 이상, 312㎛ 이하인 단결정 기판.
  7. Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키기 위해서 이용되는 단결정 기판으로서, 상기 단결정 기판의 성장면에 있어서의 물리적 형상의 휨 양을 Z1(㎛)으로 하고, 단결정 기판의 성장면에 있어서의 결정학적 면 형상의 곡률 반경으로부터 산출된 휨 양을 Z2(㎛)로 하는 경우에, 하기 식(2) 및 (3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 단결정 기판.
    Z1>0 …식(2)
    Z2<0 …식(3)
  8. 청구항 1 내지 7 중의 어느 한 항의 단결정 기판 상에 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키고, 단결정 기판을 제거하여 얻어지는 Ⅲ족 질화물 결정.
  9. 청구항 1 내지 7 중의 어느 한 항의 단결정 기판을 준비하고, 상기 단결정 기판 상에 Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키는 Ⅲ족 질화물 결정의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    Ⅲ족 질화물 결정을 성장시키는 방법이 HVPE법, Na플럭스법 및 용매열(solvothermal)법 중의 어느 하나인 Ⅲ족 질화물 결정의 제조 방법.
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