TW201245515A - Underlying substrate, gallium nitride crystal-laminated substrate and method of producing the same - Google Patents

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TW201245515A
TW201245515A TW101107486A TW101107486A TW201245515A TW 201245515 A TW201245515 A TW 201245515A TW 101107486 A TW101107486 A TW 101107486A TW 101107486 A TW101107486 A TW 101107486A TW 201245515 A TW201245515 A TW 201245515A
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crystal
gallium nitride
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nitride crystal
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TW101107486A
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Hiroshi Furuya
Masanobu Azuma
Kazuyuki Tadatomo
Narihito Okada
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Tokuyama Corp
Univ Yamaguchi
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Description

201245515 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 【0001】 本發明係關於一種底基板、氮化鎵結晶疊層基板，詳而言之， 係關於一種於藍寶石底基板上，疊層有貫通位錯密度小之氮化鎵 (GaN)結晶層的疊層基板，及其製造方法。 【先如技術】 【0002】 作為發光二極體(LED)或半導體雷射(ld)等之半導體發光元 件’使具有於監寶石基板上’依序將多重量子井層(MuItiQuantum Wells : MQWs)及p型GaN層疊層形成的構造之元件量產化，該 多重量子井層，將由η型GaN層、inGaN層組成之量子井層與= GaN層組成之障壁層交互疊層。此一量產化之半導體發^件 中，任一 GaN層，GaN皆於軸方向長晶，表面為c面(<〇〇〇1>面）。 然而，表面為c面之GaN結晶層，僅含有Ga原子之Ga原子 面僅▼正電，另一方面，僅含有N原子之n原子面僅帶負電，作 為結果，於c轴方向(層厚方向)產生自發極化。此外，於GaN結 晶層上使異種半導體層異質蟲晶成長的情況，由於兩者之晶格常 數的不同，GaN結晶產生壓縮扭曲或拉伸扭曲，在祕結晶内於 c軸方向產生壓電極化(Piezodectric p〇larizati〇n)(參考專利文獻; 及2)。 此一結果，前述構成之半導體發光元件，除了於多重量子 層中，InGaN量子井層的__定電荷之自發極化以外，尚疊 加因施加於IiiGaN量子井層的壓縮扭曲而產生之壓電極化，因此 ί由方向產生大的内部極化電場°吾人考慮：受到此-内部極 ^ ’場的衫響’因i子侷限史塔克效應(Q_她_〇。偷以
Stark
Effect . QCSE)，伴隨著發光效率的降低或必 而產生發光之峰值波長位移等的_。 曰大 4 【0003】 201245515 為解决上述問題，使用GaN結晶之無極性面的a面：〈Μ】〉 盘ϋ=·^Μ〇〇>面’於其上形成InGaN層，對避免自發極化 「= ¾。蟹力口之内部電場的影響之情況進行檢討(參考專利文獻 1 ~3) ° 進一步，於c面往a軸或m軸方向傾斜約6〇度之半極性面 Ξ避之<n_22>面上形成1nGaN量子井層，藉此亦 亟的影響之情況進行檢討(非專利文獻卜非專利文 獻。 然則，以現在可獲得之上述GaN結晶的a面或m面等無極性 ’’、、，面之基板，或以<u_22>面、〈忉]^面等之半極性面為主 奴f ’貝通位錯密度為2〜3x1q8個/em2程度，期望有貫通位 錯岔度更低之高結晶品質的結晶基板。 [習知技術文獻] [專利文獻] 【0004】 專利文獻1日本特開2008-53593號公報 專利文獻2日本特開2008-53594號公報 專利文獻3日本特開2007-243006號公報 [非專利文獻] 【0005】 非專利文獻1 2006, L659.
Japanese Journal of Applied Physics Vol.45, 非專利文獻 2 Applied physics Letters Vol. 9〇, 2007, 261912 【發明内容】 [發明所欲解決的問題] [0006] 而任勺在於提供一種，以⑽結晶之貫通位錯密度低 =曰日4㈣a面或m面為主面之基板，或以灿於面、 < - >面駐面之基㈣，使以無極性面或半極性面為主面之 201245515
GaN結晶層疊層於藍寶石底基板 田 方法、及該製造方法所使用之藍寶^^曰曰登層基板、其製造 [解決問題域術手段]貝石底基板。. 【0007】 晶之方法進行檢討。發現於1 望之⑺日日面的GaN長 質(貫通⑽密度)有;大’/響部=^ 藉x光繞射測定而評價的結晶性幾乎未有影 【0008】 成’本發明之氮化鎵結晶疊層基板，其特徵為：包含藍寶 化鉉二以及於上長晶而形成之氮化鎵結晶層，該氮 石底基板之主面形成的複數條溝部其側壁 綱繼™化録結 5亥氮化鎵結晶疊層基板中， 1)氮化鎵結晶之暗點密度為丨4xl〇8個/cm2以下； 構成==^為’由具有無極性_性之面方位的表面所 3)作為自溝部起橫方向長晶之起點的側壁，為藍寶石單晶之c 面； ' 為佳。 【0009】 另發，之氮化鎵結晶疊層基板之製造方法，於藍寶石底基 板上，形成複數條具有對於該底基板之主面傾斜的側壁之溝部， 以該溝部之側壁為起點選擇性地使氮化鎵結晶橫方向成長； 其特徵為’將該側壁中的氮化鎵長晶區域之寬度(d)設定為1〇 〜750nm ; §亥氮化鎵結晶疊層基板之製造方法中 201245515 4)氮化鎵長晶區域之寬度(d)為刚〜2〇〇麗； .5)作為自溝部起橫方向長晶之起點的側壁，絲寶石單晶之 y 為佳。 【0010】 么it广ί、、、口曰曰豐層基級製造用藍寳石底基板，其特徵 ί/,ϊ監i石底基板上，有複數條具有對於該底基板之主面傾斜
it=溝部’將該溝部之側壁中的選擇性地使氮化鎵長晶之區 域其寬度(d)設定為10〜750nm。 L 該，晶疊層基板製造用藍寶石底基板中， 6) 氮化鎵長晶區域之寬度(匈為1〇〇〜2〇〇nm ; 7) 作為自溝部起橫方向長晶之起闕繼，為藍寶石單晶之c 為佳。 [發明之效果] 【0011】 本，明之鼠化叙結晶豐層基板，氮化鎵結晶之暗點密度為未 滿2x10個/cm2’宜為1.85X108個/cm2以下，更宜為14xl〇8個/cm2 以下，因結晶品質高，故使用該疊層基板製作之LED *LD等的 半導體發光元件，其發光效率提高。 ，外，藉由自形成於藍寶石底基板上的溝部其側壁起選擇性 ，使氮化鎵長晶，獲得以無極性面或半極性面為主面之高品質的 氮化鎵結晶。因此，使用此一氮化鎵結晶製作之半導體發光元件， 與習知的以c面為主面之氮化鎵結晶層基板相比，因量子侷限史 塔克效應而導致之發光效率降低的影響微小。 【實施方式】 【_】 本發明之氮化鎵結晶疊層基板，有複數條具有對於底基板之 主面傾斜的側壁之溝部，以設置有供在該溝部之侧壁使氮化鎵長 201245515 層，於其上的曰成長區域之藍寶石底基板為下 以該侧壁為起點橫“二e::晶f之構造’該氮化鎵結晶層， 暗點密度係表滿2X1。8個/‘ 加速電壓為5kV，鱗^ J2Q則:面飾収。使測定時之 觀察到的暗點總數計陣x2(Vm。此時，以觀察範圍内 【0014】 本發明之結晶疊層基板製造用藍寶石底基板，於石 有複Ϊ條具有對於該基板之主面傾斜的側壁之5部，將ΐ ，為該底基板，使用主面為特定之面方位的藍寶石基板。秋 ^ίίΐΐϊΐ：；^5 之圓ί=板通常使_為q.3〜―㈣〜細咖 【0015】 ^藍實石底基板之主面，配合目的之GaN結晶的結晶面選擇任 ，面方位。例如，欲使表面具有^^]〉面之GaN長晶的情況，使 藍寶石底基板之主面為<10_12>。欲使表面具有<1〇_1;1>面之GaN 長晶的情況，使藍寶石底基板之主面為4^3〉。其他，可使表面 為<10-10>面、<11_2〇>面、<20_21〉面等為主面。此外，例如使用 以<1^12>面為主面之藍寳石基板，於溝部之側壁的一部分形成藍 1石單SS之C面(以下，以監寳石c面稱之)的情況，藍寶石c面與 藍寳石基板主面構成的角度為57.6度。然而，因目的之GaN結晶 的<11-22>面與GaN結晶之c面構成的角為58.4度，故在以<ι〇_ΐ2> 8 201245515 而Γ μ ^藍寶石基板上，對藍寶石主面傾斜0·8度而使<11-22〉 一=、、’。晶層成長。為使此一角度相抵，使用對<1〇_12>面偏斜 面二1 Ϊ的偏斜切割基板’可使作為GaN結晶層表面之1 _22> !士曰的石基板主面為平行的方式成長。如此地依目的之⑽ 么士曰厣# ；^位及使用之監賃石底基板的面方位，可使用將GaN =曰層表面設計為與石紐板线平行的各觀斜切割基 【0016】 口邻“ = = =底基板之主面，並行設置複數條溝部。溝部之開 間ί5別限制’通常於〇·5〜1〇μΠ1之範圍設定。溝部之 Α Γ〜Ι’^η ’相互鄰接之溝部與溝部之底基板主面線上的間隔， 卿。溝部底面之橫方向的寬度，即與溝部之延伸方向垂 直的方向之轉(w)亦鱗舰定，-般為卜麵⑻,。 任音Ϊΐ之ΪΪΪΪi，可因應形成之⑽#晶的期望面積 5 先考慮該開σ部寬度、溝部之間隔、底面之 見度通吊母1mm約設置10〜5〇〇條。 【0017】 ’、 上^溝部’具有對底基板主面以既定角度傾斜之侧壁，如圖3 ‘斜以自溝開口部朝向溝底部將溝寬度縮窄的方 該傾斜肖度係指，如圖3所示，底基板主面與 ϊίΓίΐΙ角Λ⑼。該角度，考慮配合底基板主面之面方位欲 形成的GaN結晶其面方位而加以決定。 【0018】 '
έ士曰底9基板主面之面方位為<1(M2>，期望的GaN _情況，使此—肢為如度，自此- Γίίη使^藍寶石底基板之°軸，以與⑽‘之〇 軸成為冋一方向的方式成長而獲得期望的結晶。 此時之角度58.4度，係自作為期望的GaN沾 <叫2>面，與對於作為成長方向的⑽結晶之c轴^直的= 201245515 結晶之=面所構成的角度，為58 4度而加以決定 '然而，因 ΐϊ的藍f石絲板之主面的<1()_12>面，與於溝部之側壁顯現^ 構成的角度為57_6度’故底基板主面與溝部侧壁構 成白勺，⑼為57,6度，於其上成長之⑽結晶層的表面，對# ii it域，約傾斜αδ度。因而，藉由使用基板主面為於藍 貝10_12>面偏斜一角度之面的偏斜切割基板，而使此一角度相 H祕_結晶之<11_22>面對於藍寶石底基板主面以^行方 式成長的GaN結晶層。 【0019】 ^石絲板主面之面方_<u_23>，期望的⑽結晶之面 面的情況’使此—角度為62.G度，自此—側壁起， 使吉晶於藍寶石底基板之_，以與⑽結晶之 一方向的方式成長而獲得期望的結晶。
<川1，>日1之?度62.0度，係自作為期望的⑽結晶之主面的 面，與對於作為成長方向的GaN結晶之c軸為垂直的GaN 藍贫石Ϊ <11_23>面’與於溝部之側壁顯現之 成的角度為61.2度’故底基板主面與溝部側壁構 石底其二為Μ度’於其上成長之⑽結晶層的表面，對藍寶 ί面，_斜⑽度。因而，藉由基板主面為於藍 i面偏斜一角度之面的偏斜切割基板，而使此一角度相 成長的之職打絲餘仙平行方式 [0020] 為 -^ ^ ^ # GaN - ^c ^ ^ 面访tf之角度90度，係自作為期望的GaN結晶之主面的〈1-2〇> 、、對於作為成長方向的GaN結晶之c軸為垂直的㈣結晶之 201245515 C面所構成的角度，為90度而加以決定。然而，由於在藍寶石基 板形成溝部的蝕刻工程中，對藍寶石基板主面不僅於垂直方向， 更於包含平行方向之垂直以外的方向進行蝕刻，故技術上難以使 底基面與溝部側壁構成的角度(㊀)為90度，亦即，溝部側壁難 以對監實石基板主面形成完全垂直之溝部。然則，藉由使用具有 底基板主面與溝部側壁構成的角度(㊀)接近9〇度之溝部的藍寶石 基板’可在以<11 _2〇>面為主面之藍寶石底基板上，獲得GaN結晶 =<10-10>面對於藍寶石底基板主面以平行方式成長的⑽結晶 【0021】 藍寶石底基板主面之面方位為<1〇_1〇>，期望的祕結晶之 =位為<11·2〇>面的情況，使此二角度為9G度，自此—側壁起， 古m於藍f石底基板之e軸，以與祕結晶之e軸成為同 一方向的方式成長而獲得期望的結晶。
度9(),度’係自作為期望的GaN結晶之主面的 社：之〉而為成長方向的⑽結晶之C軸為垂直的GaN 角度，為％度而加以決定。然而，如同上述地 ϊίΓ,ίΐί"： 〇 ^ t 平面對於藍寶石底基板主面以 【0022】 方位基^主面，之面方位為<〇〇〇1>，期望的⑽結晶之面 方位為10-10>面的f月况，使此一角度為％度，
GaN結晶於藍寶石底基板之&軸，以與⑽ 方向的方式成長而獲得期望的結4。 、，之e軸成為同- 此時之角度90度，係自作為期 + 、，之C面構成的角度’為9。度而加以決定。然而 11 201245515 技術上難以形成底基板主面與溝部側壁構成的角度(0)為9〇度之 溝部。然則’藉由使用具有底基板主面與溝部側壁構成的角|(θ) 接近90度之溝部的藍寶石基板，可在以<〇〇〇1>面為主面之藍^石 底基板上，獲得GaN結晶之<1〇-1〇>面對於藍寶石底基板主面以 平行方式成長的GaN結晶層。 【0023】 本發明中，該溝部之側壁中的，使GaN長晶之區域(以下，以 長aa區域稱之)其見度⑼的设定，在用於貫通位錯密度之降低 為重要。 _ 八域之寬度(d) ’如圖3所示，在作為成長械之侧壁盆 全區域為長晶區域的情況’係指底基板主面與側壁相交的邊^ 側壁”溝部底面相交的邊之間的，側壁上之最短距離(間隔卜 、、牙，’在側壁之一部分被遮蔽而長晶區域被限制的情 (間隔），去除遮蔽部分之寬度的距離⑷。 ^為^胸。特別是，為使暗點紐為未;^= 個/cm而必須使寬度(d)為1〇〇〜2〇〇nm。 〇 制限越小越佳，但仍依以下斜D、心&克度⑹之下限雖無特別 決定。 下敘述之溝部製作時的技術上之制約而 【_】 該具有既定傾斜角度的側壁之溝部， 阻圓案，使光阻劑作成ί: 面寬ί二控壁部寬度!、溝部間隔'底 罩形狀等。此外，触刻階段7 射;》、w照射時之光 濃度、_氣體混合比、天線祕τ，，刻讀種類、钮刻氣體 控制。 、’、率、偏壓功率、蝕刻時間等進行 12 201245515 藉由組合各種條件，可獲得具有為既定形狀之溝部的藍寶石 底基板。特別是本發明中視為重要的侧壁之寬度，可藉由求出作 為每單位時間蝕刻藍寶石之速度的蝕刻率，並變更蝕刻時間而加 以控制。 . 【0025】 上述方法中，藉由藍寶石底基板主面的選定、與溝部之延伸 方向的設定，可製作具有各種面方位之側壁的底基板。 具體而δ ’底基板主面為<1〇_12>面’溝部之延伸方向為 <11-20>面的面方位，亦即，為a軸方向的情況，於作為長晶面^ 侧壁露出c面。底基板主面為面，溝部之延伸方向為 <10-10>面的面方位，亦即，為m軸方向的情況，於作為長晶面之 側壁露出C面。底基板主面為〈丨^办面，溝部之延伸方向為 <10-10>面的面方位，亦即，為m軸方向的情況，於作為長晶面之 側壁露出C面。底基板主面為<1〇_1〇>面，溝部之延伸方向為 <11-20>面的面方位，亦即，為a軸方向的情況，於作為長晶面^ 側壁露出c面。底基板主面為<0002>面，溝部之延伸方向為 <丨⑴i 〇> 面的面方位，亦即，為m軸方向的情況，於作為長晶面之側壁 出a面。 如同上述，藍寶石底基板，可任意地設計其主面的面方位、 與作為長晶之起點的面之側壁的面方位。在具有各種面方位之側 土中以c面側壁為起點之检方向成長易於優先發生而容易進行 控制。因此，較佳態樣為，在構成溝部之側壁其至少一部分先形 成由c面構成之側壁。 y 【0026】 作為遮蔽側壁之一部分的手段，可列舉藉由真空蒸鍍、賤錄、 CVD(Chemical , Vapor Deposition)等方法，於長晶區域以外之區 ^形成si〇2膜、SiNx膜、Ti〇2膜、Zr〇2膜等而遮蔽的方法。該 遮敝層的厚度，通常為〇.〇1〜3)jm程度。 [0027]
GaN結晶層，以上述側壁為起點，藉由EL〇往橫方向長晶， 13 201245515 於藍寶石底基板上與底基板主面平行地形成其表面。形成之 結晶層的厚度(自藍寳石底基板主面起之高度），雖無特別限定，通 常為2〜20μιη。
GaN結晶層之結晶表面的面方位，如同上述|薛窗 主面對應，由>面、<1(M1>面、·>面；。驅 【0028】 ^ 成長方法並純麻定，採財機金屬氣相屋晶 法(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy : MOVPE)、分子束磊曰法 (Molecular B_ Epitaxy: MBE)、氫化物氣相蟲晶法(制碰:^ Phase Eptaxy : HVPE)，此等之中以有機金屬氣相蟲晶法最為常 見。以下’對利用有機金屬氣相m之成長方法加以說明。此 外，可無制限地適用本案發明人等所提案之w〇2〇1〇/〇23846號公 報記載之技術。 【0029】 /用於長晶之MOVPE裝置，主要由基板搬運系統、基板加熱 糸統、氣體供給系統、及氣體排氣系統構成，全部為電子控制。 基板加熱系統，由熱電偶、電阻加熱器、及設於其上的碳製或 =之基座所構成，將設置有本發明之藍寶石底基板的石英托盤搬 j此基座上，施行半導體層之蟲晶成長。此一基板加熱系統， s又置於具備水冷機構之石英製的雙f _不鏽鋼製的反應容器 内’將載氣及各種原料氣體供給予該雙管或反應容器内。特別是 ^用不鏽鋼反應容器的情況，為於基板上實現層流之氣體的流 動’使用石英製之流動通道。 作為載氣’―列舉例如&、N2。作為氮元素供給源，列舉例如 3。作為Ga元素供給源，列舉例如三甲基嫁(Tmg)。 【0030】 ，下具體地對GaN結晶層的形成加以說明。首先，將藍寶石 以基板主面虹的方式設置於石英托盤後，將藍寶石底基 ^ 口”、、至1050〜1150度並使反應容器内之壓力為1〇〜1〇〇kpa，此 外，使載氣Η,流通於設置在反應容器内之流動通道内，藉由保持 14 201245515 此一狀態數分鐘以將藍寶石底基板進行熱清理。 ^次，使藍寳石底基板之溫度為1050〜115〇度並使反應容器 内之壓力為10〜lGGkPa’此外，於反應容如使載氣H2h 1〇L/min 的流量流通的同時’將NH3、及TMG，分別以供給量為〇」〜 、及1〇〜;i5〇Mmol/min的方式流通。此時，如圖5所示， 自監實石底基板之溝部的側壁起，於其上使未摻雜的⑽異質蠢 ，成長。之後，藉由此-長晶，⑽之層的成長往基板主面之法 ’如® 6所示’於藍寶石底基板形成GaN結晶層而獲 =層基板。GaN結晶層之層厚約為2〜2_。在形成⑽結晶 層刚’宜於側壁的長晶區域面上形成厚度2G〜3Qmn程度之低 衝層。 【0031】 使用本發明之藍寶石底基板施行GaN結晶之長晶時，為了以 基ίΐ峡發生成長，而優先自溝部之側壁起發生成長的 必須將成長溫度、成錢力、騎氣體供給量、 原料规體供給比、賴麵、賴量等之各種條件最佳化。 長fΐ裝置、原料等後，宜預先以預備的實驗決 疋其條件。此外，本發明所使用之藍寶石底基板，除 外面料泌2_成之長日日日阻礙Si 長，以自溝部之側壁起優先地發生成長的方式進行控 成 【0032】
GaN結晶具有自底基板主面、露出藍寳石e面之 、 ^方之溝部繼起長晶的可能性。此—情況，在對於ς 藍寶石e面之溝部繼起優先地發生成方錢行控制上路出 具=而言，底基板主面為<10_12>面、或<1μ23>面的情況， :ΐίί2ί亦可11蝴料晶阻礙層: 底基板主面為<11-20〉面、<10_10>面、或<〇〇〇2> aN結晶具有自底基板主面、及溝部侧壁起長晶的可能性。^時， 15 201245515 二方位，具有同樣面方位 層具有效果，但若僅將上述= 【0033】 構造獲晶層其表面的面綠，依藍f石紐板之結晶 ίϊιί °種同。例如，藍寶石底基板之主面為<1G_】2>面，作 側壁為。面的情況，於側壁面上，具有藍寳石之a —二处曰、°ΒΘ之瓜軸平行、藍寶石之m軸與GaN結晶之a軸平 3了方位關係之⑽結晶長晶。此一結果，於該藍寶石底基 成GaN結晶之〈⑵〉面對於藍寶石底基板之主面以平行 方式成長的GaN結晶層。 貝石底基板之主面為<：11-23>面，作為成長起點之側壁為 ^的情 =，於側壁面上，具有㈣石之m轴與GaN結晶之a軸
It監貝石之a軸與GaN結晶之m軸平行的結晶方位關係之 结晶長晶。此—結果，於該藍寶石底基板上，形成⑽結晶 之< -11>面對於藍寶石底基板之主面以平行方式成長的GaN結 晶層。 藉由上述各種成長法所獲得的氮化鎵結晶疊層基板，可直接 作為各種料鮮故狀紐制。 <實施例> 【0034】 ^ =下’雖列舉實施例加以具體說明，但本發蝻並不受限於此 等之貫施例。此外’實施例中所說明之特徵的組合全體，並非為 本發明之解決手段所必須。 16 【0035】 ' 201245515 貫施例1 [藍寶石底基板的製作] 在<10-12>面藍寶石底基板上將光阻圖案化為帶狀，接著以反 應性離子蝕刻(RIE)進行乾钱刻，藉以於藍寶石底基板上形成複數 條溝部。溝部，係以溝開口寬度為3μιη、溝深度為1〇〇nm、及至 鄰接溝部為止之基板主面部分的寬度為3pm的方式形成。側壁之 傾斜角度約為60度，自溝深度及侧壁之傾斜角度計算出 二 寬度⑷為115nm。 #一乾蝕刻後，藉由洗淨除去光阻劑而獲得藍寶石底基板。此一 監賃石底基板，於基板主面上存在8466條溝部。該溝部係由，作 為長0B區域之由藍實石C面構成的側壁、其他面方位的側壁、及 溝部底面所構成。 【0036】 [未摻雜GaN結晶層的形成] 將製作之藍寶石底基板，於MOVPE裝置内，以基板表面朝 上的方式設置於石英托盤後，將基板加熱至115〇°c並使反應容器 内之，力為lOOkPa ’此外，於反應容器内使載氣h2以1〇L/min流 通，藉由保持此一狀態10分鐘保持以將基板進行熱清理。 其次，使基板之溫度為460°c並使反應容器内之壓力為 lOOkPa，此外，使流通於反應容器内之載氣氏以5L/min的流量 流通的同時，將V族元素供給源_3)、及m族元素供給源 (TMG) ’分別以供給1 5L/min及5·5μπιο1/πώι於基板上堆積約 25nm之非晶質狀的GaN。接著使基板之溫度為1075°c並使反應 容器内之壓力為20kPa，此外’藉由使流通於反應容器内之載氣為 Η? ’以5L/min的流量使其流通’而於基板上將堆積之GaN再結 晶化，在溝部側壁的長晶區域選擇性地形成GaN結晶核。 【0037】 之後’使底基板之温度為1〇75。(：並使反應容器内之壓力為 20kPa ’此外’使流通於反應容器内之載氣為h2，以5L/min的流 量使其流通的同時，將V族元素供給源(nhj、及πΐ族元素供給 17 201245515 源(TMG) ’分別以供給量為2L/min及3(^m〇i/min的方式流通3〇 分鐘，藉由在GaN結晶核上使GaN(未摻雜GaN)長晶，& 之溝部2侧壁起以横方向長晶的方式於基板上形成⑽結晶層。 接著使底基板之、’·™1•度為1025 C並使反應容器内之壓力為 2曰OkPa ’此外，使流通於反應容器内之載氣為玫，以5L/m=的流 量使其流通的同時，將V族元素供給源(NH3)、及ΙΠ族元素供哈 源(IMG+)，分別以供給量為2L/min及3〇μιη〇1/ηώι的方式流通^ 分釦，藉由使GaN長晶，自底基板之各溝部的側壁起成長的 結晶彼此會合，形成由GaN結晶之< 11 _22>面構成的表面對於底基 板主面以平行方式形成的GaN結晶層。 土 【0038】 [η型GaN結晶層的形成] 其次，使基板之溫度為1〇25。〇並使反應容器内之壓力為 2jkPa，、此外，使流通於反應容器内之載氣為h2，以5L/mi^的流 量使其流通的同時，將V族元素供給源(ΝΗ3)、III族元素供給源 (TMG)、及η型摻雜元素供給源(SiH4)，分別以供給量為2L/mi/、' 30μιηο1/ιηιη、及5.8χ1(Τ3μιη〇1/ηώι的方式流通6〇分鐘，於未摻雜
GaN結晶層之上部，形成與未摻雜GaN結晶層同一面方位地^晶 成長之η型GaN結晶層。 【0039】 實施例2 除了使形成於藍寶石底基板的溝部其溝深度為2〇〇mn、將侧 壁之寬度(d)調整為231nm以外，與實施例1同樣地’於藍寶石底 基板上形成GaN結晶層。 、一 實施例3 除了使形成於藍寶石底基板的溝部其溝深度為5〇〇nm、將侧 壁之寬度(d)調整為587nm以外’與實施例1同樣地，於藍寶石底 基板上形成GaN結晶層。 比較例1 除了使形成於藍寶石底基板的溝部其溝深度為1μπ1、將侧壁 ι18 201245515 之寬度(d)調整為ii55nm以外，與實施例1同樣地，於藍寶石底 基板上形成GaN結晶層。 【0040】 [暗點密度評價] &對於實施例1〜3、及比較例1分別獲得之GaN結晶層，使用 掃插式電子顯微鏡/陰極發光(SEM · CL)裝置，施行n型GaN結晶 層表面的觀察。此時之加速電壓為5kV，觀察範圍為20μπιχ20μιη， ，在觀察範圍内觀察到之暗點總數計算暗點密度後，獲得表1所 示之結果。 【0041】 【表1】 溝深度 (nm) 側壁之寬度(d) (nm) 暗點密度 (個/cm2) 實施例1 100 115 1.36χ108 貫施例2 200 231 1.85x10s 實施例3 500 577 1.95x10s 比較例1 1000 1155 2.18x10s 【0042】 -自上述實施例及比較例1之資料來看，將侧壁之寬度⑷ 二暗^密度的關係以圖7顯示(X軸為對數表示）。自此圖來看，可 ^知藉由使底基板之侧壁的寬度((1)為75〇nm以下，獲得暗點密度 士未滿2xl〇8個/(;„12之<11_22>面方位的結晶層，特別是，藉 由，寬度(d)為200mn以下，獲得暗點密度為185χ1〇8個/cm2以下 ^結晶品質的⑽結晶層，可得知作為長晶區域_壁其寬度 ()對結晶品質有巨大影響。 【圖式簡單說明】 [0012] 圖1本發明之藍寶石底基板的部分剖面圖。 圖2顯示本發明之藍寶石底基板其一例的圖。 19 201245515 圖3藍寶石底基板之溝部的放大剖面圖。 =^有舰狀藍f絲基板麵部触大 =5 GaN結晶於底基板上成長之過程的模式圖。α ^ = 石底基板、及後得的GaN結晶層之狀態的模式圖 "顯示側壁之寬度(d)與暗點密度的關係之圖表。 【主要元件符號說明】 【〇〇43】 10藍寶石底基板 11底基板主面 20底基板溝部 21溝部侧壁 22溝部底面 23側壁長晶區域 3〇 GaN結晶層 31 GaN結晶層表面 4G遮蔽部 20

Claims (1)

  1. 201245515 七、申請專利範圍： 1、一種氮化鎵結晶疊層基板 声，ίΐίΐίΐί板、及於輸反上長晶而形成之氮化鎵結晶 所#德紝秩方向長日日，其表面與該主面平行而形成，且該 鼠化錄、、口日日之啤點密度為未滿2xl08個/cm2。 L如申5月專利範圍第1項之氮化鎵結晶疊層基板，置中， 该氮化鎵結晶之暗點密度為1.4xl〇8個/cm2以下。、 ^申請專利範圍第1或2項之氮化鎵結晶疊層基板，並中， 構成制織錄咖邮細表面所 板，1、中如申請專利範圍第1〜3項中任一項之氮化鎵結晶疊層基 作為橫方向長晶之起點的側壁，為藍寶石單晶之c面。 卜，/ 種氮化鎵結晶疊層基板之製造方法，於藍寶石底基板 苦形成複數條具有對於該底基板之主面傾斜的側壁之溝部，以 =溝部之側壁為起點選擇性地使氮化鎵結晶橫方向成長，其特徵 馬· 將該側壁中的氮化鎵長晶區域之寬度(d)設定為 10〜750nm。 6、 如申請專利範圍第5項之氮化鎵結晶疊層基板之製造方 法，其中， 该氮化鎵長晶區域之寬度(d)為100〜200nm。 7、 如申請專利範圍第$或6項之氮化鎵結晶疊層基板之製造 方法，其中， 21 201245515
    10〜75〇nm。 •l 傾斜d 之區:又、W5乂疋马JO八 α 1 f巾'^專.龄8項之結晶疊層基板製造赌寶石絲 板，其中， 該氮化鎵長晶區域之寬度(句為1〇〇〜2〇〇η^β 10、如申請專利範圍第8或9項之結晶疊層基板製造用藍寶 石底基板，其中， 作為檢方向長晶之起點的該側壁，為藍寶石單晶之c面。 22
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