WO2004099472A1 - Ｉｉｉ－ⅴ族化合物結晶およびその製造方法 - Google Patents

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Seiji Nakahata
Koji Uematsu
Ryu Hirota
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Sumitomo Electric Industries Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a III_V compound crystal and a method for producing the same, and more particularly, to a method for producing a good III-V compound crystal without cracking even when various substrates are used.
  • a Group III-V compound crystal such as a GaN crystal is grown on a sapphire substrate, silicon (S i) substrate, or the like, which is a substrate different from the crystalline material, differences in crystal lattice constant, coefficient of thermal expansion, etc. As a result, stress is generated between the crystal and the substrate, and warpage and cracks are generated, so that a good III-V compound crystal cannot be obtained.
  • a silicon oxide (Si 2 ) film is deposited on a sapphire substrate, the silicon oxide film is patterned by photolithography, etc., and a group III-V compound crystal is grown. Methods have been implemented to relieve the stress during the period. However, such a method requires patterning of a silicon oxide film, and has a problem that the manufacturing cost is high.
  • a GaN layer is grown on a sapphire substrate or the like by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), and a metal film is deposited thereon, followed by heat treatment.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • a method has been proposed in which a GaN crystal is grown after a void is formed in the GaN layer (see, for example, JP-A-2002-343728).
  • the growth of the GaN layer by the MOCDV method is essential, and there is a problem that the manufacturing cost is extremely high.
  • An object of the present invention is to provide a high-quality III-IV compound crystal obtained by a simple and low-cost production method and a production method thereof to solve the above problems.
  • a method for producing a Group III-V compound according to the present invention comprises the steps of: depositing a metal film on a substrate; heat treating in an atmosphere where a compound for patterning the metal film is present; Growing a group III-V compound crystal on the metal film after the heat treatment. Further, after the heat treatment step, a step of growing a group III-V compound buffer film on the metal film after the heat treatment; and a step of growing a group III-V compound crystal on the group III-V compound buffer film. And a step.
  • FIG. 1 is a view for explaining one method for producing an IIIV group compound crystal according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining another method for producing an III-IV compound crystal according to the present invention.
  • FIG. 3A is a schematic diagram showing one typical form of a hole or groove formed in a metal film
  • FIG. 3B is another typical form of a hole or groove formed in a metal film. It is a schematic diagram. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • One method for producing a group III-V compound crystal according to the present invention comprises, as shown in FIG. 1, a step of depositing a metal film 2 on a substrate 1 as shown in FIG. And a step of growing a group III-V compound crystal 4 on the metal film 2 after the heat treatment, as shown in FIG. 1C. It is characterized by.
  • One manufacturing method of the crystal is performed by the following steps.
  • a metal film 2 is deposited on a substrate 1 by a method such as an evaporation method or a sputtering method.
  • the metal film 2 is heat-treated in an atmosphere in which a patterning compound is present, whereby the metal film 2 is patterned into an irregular shape as shown in FIG.
  • a hole or groove 12 having a worm-like shape as shown in FIG. 1 is formed, and the substrate 1 is exposed at the bottom of the hole or groove 12.
  • FIG. 1A a metal film 2 is deposited on a substrate 1 by a method such as an evaporation method or a sputtering method.
  • the metal film 2 is heat-treated in an atmosphere in which a patterning compound is present, whereby the metal film 2 is patterned into an irregular shape as shown in FIG.
  • a hole or groove 12 having a worm-like shape as shown in FIG. 1 is formed, and the substrate 1 is exposed at the bottom of the hole or groove 12.
  • HVPE Hydrodri de Vapor Phase Epitaxy
  • the group III-V compound crystal 4 is grown using a method or the like.
  • FIGS. 3A and 3B show typical forms of the worm-like holes or grooves formed in the metal film 2 by heat treatment in the presence atmosphere of the compound for patterning the metal film 2. This is schematically shown.
  • the shape of FIG. 3A is large, and as the number of holes or grooves increases, the shape of FIG. 3B tends to be taken.
  • the group III-V compound crystal 4 can collect information such as the lattice constant of the crystal of the substrate 1, so that a good group III-V compound crystal 4 can be obtained. grow up. Also, the formation of the worm-like holes or grooves 12 in the metal film alleviates the stress between the group III-V compound crystal 4 and the metal film 2, and the group III-V compound crystal 4 No cracks occur.
  • the III-V group compound crystal can be manufactured by a VPE (Vapor Phase Epitaxy) method such as the above HVP E method instead of the high-cost MOCVD method, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • VPE Vapor Phase Epitaxy
  • the metal film is formed into a metal film by performing a heat treatment in an atmosphere in which a compound for patterning the compound exists.
  • the average width W of the hole or groove is 2 ⁇ ⁇ !
  • the aperture ratio which is a percentage of the area of the hole or groove with respect to the entire area of the substrate, is 5% to 80%. If the average width W of the hole or groove is less than 2 nm, the hole or groove does not reach the substrate, and it becomes difficult to read the information on the substrate. If it exceeds 500 nm, the III-V compound crystal and the substrate It is difficult to relieve the stress of You.
  • the average width W of the holes or grooves is more preferably 5 nm to 1,000 nm.
  • the aperture ratio is less than 5%, the area of the III-V compound crystal in contact with the substrate is small, making it difficult to read information on the substrate. It becomes difficult to relax the stress between the III-V compound crystal and the substrate.
  • the aperture ratio is more preferably 10% to 50%.
  • the aperture ratio is defined by the following equation (1) as a percentage of the area of the hole or groove region with respect to the entire area of the substrate as described above.
  • the substrate is a group III-V compound crystal to be grown unless it violates the purpose of the present invention. It can be widely used regardless of whether it is the same or different.
  • the lattice constant of the crystal of the above-listed compound is close to the lattice constant of the group III-V compound crystal, and a good crystal is easily obtained.
  • the III-V compound used as the substrate and the III-V compound crystal grown thereon need not be the same compound.
  • the metal film is not particularly limited, but preferably contains titanium (T i) or vanadium (V) from the viewpoint of easy patterning. Preference is given to metals or alloys such as Ti, Ti—A1, V or V—A1.
  • the thickness of the metal film is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 1000 nm. If the thickness is less than 10 nm, it is difficult to leave the metal film at the time of pass-through, and if it exceeds 1000 nm, it becomes difficult to expose the substrate at the time of pass-through. From such a viewpoint, the thickness of the metal film is more preferably 30 nm to 500 nm.
  • the compounds of patterning the metal film, the heat treatment of the metal film in the presence atmosphere of the compound refers to a compound of patterning vermicular holes or grooves in the amorphous to the metal film, ammonia ( ⁇ 3), nitrogen ( N 2 ) are preferred.
  • the heat treatment conditions in the heat treatment in the presence atmosphere of the compound for patterning the metal film are preferably performed at 800 to 1200 ° C. for 0.5 to 20 minutes.
  • Heat treatment The working temperature is 800. If the temperature is less than C or the heat treatment time is less than 0.5 minutes, the metal film is insufficiently passivated, and if the heat treatment temperature exceeds 1200 ° C or the heat treatment time exceeds 20 minutes. Excessive patterning of the metal film. From the above viewpoint, the heat treatment temperature is more preferably 900 to 110 ° C., and the heat treatment time is more preferably 0.5 to 10 minutes.
  • III-V compound crystal in above G a x A l y I ri .yN (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) when it is, for these crystals, other Currently Because there is no particularly useful production method, this is an extremely useful production method. (Embodiment 2)
  • another method for producing a group III-V compound crystal according to the present invention comprises the steps of: depositing a metal film 2 on a substrate 1 as shown in FIG. 2A; and FIG. A step of performing a heat treatment in an atmosphere in which a compound for patterning the metal film 2 is present, and a step of growing a group III-V compound buffer film 3 on the metal film 2 after the heat treatment as shown in FIG. 2D, a step of growing a group III-V compound crystal 4 on the group III-V compound buffer film 3. That is, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, another method for producing a III-V compound crystal according to the present invention is performed by the following steps. First, as shown in FIG.
  • a metal film 2 is deposited on a substrate 1 by a method such as an evaporation method or a sputtering method.
  • the metal film 2 is subjected to a heat treatment in an atmosphere in which a compound for passivating is present, whereby the metal film 2 is patterned in an irregular shape as shown in FIG. 2B, and as shown in FIG. 3A or FIG. 3B.
  • a worm-like hole or groove 12 as shown is formed, and the substrate 1 is exposed at the bottom of the hole or groove 12.
  • a group III-V compound buffer film 3 is formed on the metal film 2 on which the worm-like holes or grooves 12 have been formed after the heat treatment by, for example, the HVPE method. Let it grow.
  • the group III-V compound buffer film 3 refers to an amorphous film of a group III-V compound grown at a lower temperature than when growing a crystal.
  • the III-V compound forming the buffer film and the III-V compound forming the crystal do not necessarily have to have the same chemical composition. It is preferable to have a chemical composition from the viewpoint of improving the quality of the crystal to be grown.
  • a III-V compound crystal 4 is grown on the III-V compound buffer film 3 by using, for example, HVPE.
  • the III-V compound crystal 4 formed later on the III-V compound buffer film 3 by being formed on the metal film 2 in which the worm-like holes or grooves are formed.
  • the stress between the substrates 1 can be further reduced.
  • the III-V compound crystal 4 not the substrate 1, but the information of the amorphous film of the III-V compound is picked up. Compound crystals are obtained.
  • Embodiments 1 and 2 will be described based on specific examples.
  • a sapphire substrate is used as a substrate 1, and a metal Ti film is deposited as a metal film 2 on a substrate 1 by a vapor deposition method at 3 O nm. did.
  • the metal film 2 was heat-treated at 100 ° C. for 0.5 minute in an NH 3 atmosphere. After cooling, when the surface of the metal film 2 is observed with a scanning electron microscope (SEM), worm-like holes or grooves are seen as shown in Fig. 3A, and the average width of the holes or grooves W was 8 nm and the aperture ratio was 12%. Further, as shown in FIG.
  • a group III-V compound crystal 4 was grown at 1,000 ° C for 5 hours by HVPE using Ga and NH 3 as raw materials. was gotten.
  • the obtained crystal was a GaN crystal by XRD measurement, and it was found that the crystal had a good full width half maximum (FWHM) of 120 arcsec in XRD.
  • FWHM full width half maximum
  • the metal film 2 was heat-treated at 1000 ° C. for 3 minutes in an NH 3 atmosphere. After cooling, when the surface of the metal film 2 is observed with a scanning electron microscope (SEM), worm-like holes or grooves are seen as shown in Fig. 3A, and the average width of the holes or grooves W was 31 nm and the aperture ratio was 22%.
  • SEM scanning electron microscope
  • a group III-V compound buffer film 3 was grown at 500 ° C. for 0.5 hours by the HVPE method using Ga and NH 3 as raw materials.
  • a step of depositing a metal film on a substrate a step of performing a heat treatment in an atmosphere in which a compound for patterning the metal film is present, and a step of forming a III-V film on the metal film after the heat treatment
  • a step of growing a group compound crystal a high-quality group III-V compound crystal can be obtained by a simple and low-cost production method without generating cracks.

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Abstract

　種々の基板を用いてもクラックを発生することなく良好なＩＩＩ−Ｖ族化合物結晶が得られる簡便でコストの低いＩＩＩ−Ｖ族化合物結晶の製造方法を提供する。　基板１上に金属膜２を堆積する工程と、前記金属膜２をパターニングする化合物の存在雰囲気下で熱処理する工程と、前記熱処理後の金属膜２上にＩＩＩ−Ｖ族化合物結晶４を成長させる工程とを備えることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物結晶の製造方法。また、上記熱処理工程の後に、前記熱処理後の金属膜上にＩＩＩ−Ｖ族化合物バッファ膜を成長させる工程と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物バッファ膜上にＩＩＩ−Ｖ族化合物結晶を成長させる工程とを備えることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物結晶の製造方法。

Description

明細書
I I I一 v族化合物結晶およびその製造方法 技術分野
本発明は、 I I I _V族化合物結晶およびその製造方法に関し、 特に、 種々の 基板を用いてもクラックを発生することなく良好な I I I— V族化合物結晶を製 造する方法に関する。 背景技術
GaN結晶などの I I I一 V族化合物結晶を、 結晶材料と異種の基板であるサ ファイア基板、 シリコン （S i ) 基板などの上に成長させると、 結晶の格子定 数、 熱膨張率などの違いにより結晶と基板の間に応力が発生し、 反りやクラック が発生し、 良好な I I I一 V族化合物結晶を得ることができない。
そこで、 サファイア基板の上に酸化シリコン （S i〇2など） 膜を堆積させて フォトリソグラフィ法などにより酸化シリコン膜をパターニングした後、 I I I 一 V族化合物結晶を成長させることにより、 結晶と基板との間の応力を緩和する 方法が行なわれている。 しかし、 かかる方法では、 酸化シリコン膜のパターニン グが必要で、 製造コストが高いという問題があった。
また、 サフアイァ基板などの上に MOCVD (Metal Organic Chemical Vap or Deposition：有機金属化学気相成長） 法によって G a N層を成長させ、 その 上に金属膜を堆積させた後、 熱処理を行ない、 前記 G a N層に空隙部を形成させ た後、 G a N結晶を成長させる方法が提案されている （たとえば、 特開 2002 一 343728参照。 ） 。 しかし、 かかる方法では、 MOCDV法にょるGaN 層の成長が必須であり、 製造コストが極めて高いという問題があった。
さらに、 サファイア基板などの上に金属膜を堆積させた後に、 GaN結晶を成 長させる方法が提案されている (たとえば、 特開 2002— 2846 00参 照。 ） 。 しかし、 かかる方法では、 GaN結晶と格子定数が異なる金属膜の上に GaN結晶を成長させているために、 得られる GaN結晶の特性が低下するとい う問題があった。 発明の開示
本発明は、 上記問題点を解決するため、 簡便でコストの低い製造方法により得 られる良質な I I I一 V族化合物結晶およびその製造方法を提供することを目的 とする。
上記目的を達成するため、 本発明にかかる I I I 一 V族化合物の製造方法は、 基板上に金属膜を堆積する工程と、 前記金属膜をパターニングする化合物の存在 雰囲気下で熱処理する工程と、 前記熱処理後の金属膜上に I I I 一 V族化合物結 晶を成長させる工程とを備えることを特徴とする。 さらに、 上記熱処理工程の後 に、 前記熱処理後の金属膜上に I I I—V族化合物バッファ膜を成長させる工程 と、 前記 I I I—V族化合物バッファ膜上に I I I—V族化合物結晶を成長させ る工程とを備えることを特徴とすることができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明にかかる I I I—V族化合物結晶の一の製造方法を説明する図 である。
図 2は、 本発明にかかる I I I 一 V族化合物結晶の別の製造方法を説明する図 である。
図 3 Aは、 金属膜に形成される穴または溝の代表的な一の形態を示す模式図で あり、 図 3 Bは金属膜に形成される穴または溝の代表的な別の形態を示す模式図 である。 発明を実施するための最良の形態
(実施形態 1 )
本発明にかかる I I I _ V族化合物結晶の一の製造方法は、 図 1を参照して、 図 1 Aに示すように基板 1上に金属膜 2を堆積する工程と、 図 1 Bに示すように 前記金属膜 2をパターニングする化合物の存在雰囲気下で熱処理する工程と、 図 1 Cに示すように前記熱処理後の金属膜 2上に I I I 一 V族化合物結晶 4を成長 させる工程とを備えることを特徴とする。
すなわち、 図 1および図 3を参照して、 本発明にかかる I I I 一 V族化合物結 晶の一の製造方法は、 以下の工程により行なわれる。 まず、 図 1 Aに示すよう に、 基板 1上に、 蒸着法またはスパッタ法などの方法を用いて金属膜 2を堆積す る。 次に、 金属膜 2をパタ二一ングする化合物の存在雰囲気下で熱処理すること により、 図 1 Bに示すように金属膜 2が不定形にパターニングされて、 図 3 Aま たは図 3 Bに示すような虫食い状の穴または溝 1 2が形成され、 穴または溝 1 2 の底部には基板 1が露出する。 次いで、 図 1 Cに示すように、 前記熱処理後の虫 食い状の穴または溝 1 2が形成された金属膜 2上に、 たとえば HV P E (Hydri de Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相ェピタキシャル成長） 法などを用 いて I I I 一 V族化合物結晶 4を成長させる。
ここで、 図 3 Aおよび図 3 Bは、 いずれも金属膜 2をパターニングする化合物 の存在雰囲気下で熱処理することにより金属膜 2に形成される虫食い状の穴また は溝の代表的な形態を模式的に示したものである。 なお、 穴または溝が少ない場 合には図 3 Aの形態が多く、 穴または溝が多くなるにつれて図 3 Bの形態をとる 傾向がある。
かかる製造方法によると、 図 1を参照して、 I I I 一 V族化合物結晶 4は、 基 板 1の結晶の格子定数などの情報を拾うことができるので、 良好な I I I 一 V族 化合物結晶 4が成長する。 また、 金属膜に虫食い状の穴または溝 1 2のパターン が形成されることにより、 I I I 一 V族化合物結晶 4と金属膜 2の間の応力が緩 和され、 I I I—V族化合物結晶 4にクラックは発生しなくなる。 また、 I I I —V族化合物結晶は、 高コストである MO C V D法ではなく、 上記 H V P E法な どの V P E (Vapor Phase Epitaxy：気相ェピタキシャル成長） 法により製造 できるため、 製造コストも低減できる。
本発明にかかる I I I 一 V族化合物結晶の製造方法においては、 図 1および図 3を参照して、 金属膜をパ夕一ニングする化合物の存在雰囲気下で熱処理するこ ' とにより金属膜に形成される穴または溝の平均幅 Wが 2 η π！〜 5 0 0 0 n mであ り、 基板全面積に対する穴または溝の頜域面積の百分率である開口率が 5 %〜 8 0 %とすることが好ましい。 穴または溝の平均幅 Wが 2 n m未満であると基板ま で達する穴または溝とならず基板の情報を読み取ることが困難となり、 5 0 0 0 n mを越えると I I I—V族化合物結晶と基板の応力を緩和することが困難とな る。 かかる観点から、 穴または溝の平均幅 Wは、 5 nm〜l 000 nmであるこ とがより好ましい。 また、 開口率が 5%未満であると I I I一 V族化合物結晶が 基板と接蝕する面積が小さく基板の情報を読み取ることが難しくなり、 80 %を 越えると金属膜のない部分が大きくなりすぎ I I I一 V族化合物結晶と基板の応 力を緩和することが難しくなる。 かかる観点から、 開口率は、 10%〜50%で あることがより好ましい。 ここで、 開口率とは、 上記のように基板全面積に対す る穴または溝の領域面積の百分率として、 次式 （1) によって定義される。 開口率 (%) - (穴または溝の領域面積） / (基板全面積） xl 00 (1) ここで、 基板は、 本発明の目的に反さない限り、 成長させる I I I— V族化合 物結晶と同種、 異種とを問わず広く用いることができる。 たとえば、 シリコン、 サファイア、 S i C、 Z r B2または I I I—V族化合物が好ましい。 前記列挙 した化合物の結晶の格子定数は、 I I I - V族化合物結晶の格子定数に近く、 良 質な結晶を得やすい。 なお、 基板とする I I I一 V化合物とその上に成長させる I I I一 V族化合物結晶とは、 同一の化合物でなくともよい。
また、 金属膜は、 特に制限はないが、 パタ一ニングを行ないやすいという観点 から、 チタン （T i) またはバナジウム （V) を含有するものが好ましい。 好ま しいものとして T i、 T i—A l、 Vまたは V— A 1などの金属または合金が挙 げられる。
金属膜の厚さは、 特に制限はないが、 10 nm〜 1000 nmとすることが好 ましい。 10 nm未満であるとパ夕一ニングの際に金属膜を残すことが難しくな り、 1000 nmを越えるとパ夕一ニングの際に基板を露出させることが難しく なる。 かかる観点から、 金属膜の厚さは、 30 nm〜 500 nmであることがよ り好ましい。
金属膜をパターニングする化合物とは、 この化合物の存在雰囲気下に金属膜を 熱処理すると、 金属膜に虫食い状の穴または溝を不定形にパターニングする化合 物をいい、 アンモニア (ΝΗ3) 、 窒素 （N2) などが好ましいものとして挙げら れる。
金属膜をパターニングする化合物の存在雰囲気下で熱処理する際の熱処理条件 は、 800 〜 1200 °Cで 0. 5分間〜 20分間行なうことが好ましい。 熱処 理温度が 8 0 0。C未満または熱処理時間が 0 . 5分間未満であると金属膜のパ夕 ニーングが不十分となり、 熱処理温度が 1 2 0 0 °Cを越える場合または熱処理時 間が 2 0分間を越える場合には金属膜のパターニングが過剰となる。 上記観点か ら、 熱処理温度は 9 0 0 t〜 1 1 0 0 °Cであることがより好ましく、 熱処理時間 は 0 . 5分間〜 1 0分間であることがより好ましい。
上記の簡便でコストの低い製造方法により、 良質な I I I 一 V族化合物結晶が 得られる。 また、 上記において I I I—V族化合物結晶が G a xA l y I ri .yN ( 0≤x≤ 1 , 0≤y≤ 1 ) である場合には、 これらの結晶については、 現在の ところ他に特に有用な製造方法がないことから、 極めて有用な製造方法と.なる。 (実施形態 2 )
本発明にかかる I I I 一 V族化合物結晶の別の製造方法は、 図 2を参照して、 図 2 Aに示すように基板 1上に金属膜 2を堆積する工程と、 図 2 Bに示すように 前記金属膜 2をパターニングする化合物の存在雰囲気下で熱処理する工程と、 図 2 Cに示すように前記熱処理後の金属膜 2上に I I I 一 V族化合物バッファ膜 3 を成長させる工程と、 図 2 Dに示すように前記 I I I 一 V族化合物バッファ膜 3 上に I I I—V族化合物結晶 4を成長させる工程とを備えることを特徴とする。 すなわち、 図 2および図 3を参照して、 本発明にかかる I I I— V族化合物結 晶の別の製造方法は、 以下の工程により行なわれる。 まず、 図 2 Aに示すよう に、 基板 1上に、 蒸着法またはスパッ夕法などの方法を用いて金属膜 2を堆積す る。 次に、 金属膜 2をパ夕ニーングする化合物の存在雰囲気下で熱処理すること により、 図 2 Bに示すように金属膜 2が不定形にパターニングされて、 図 3 Aま たは図 3 Bに示すような虫食い状の穴または溝 1 2が形成され、 穴または溝 1 2 の底部には基板 1が露出する。
次いで、 図 2 Cに示すように、 前記熱処理後の虫食い状の穴または溝 1 2が形 成された金属膜 2上に、 たとえば H V P E法などを用いて I I I— V族化合物バ ッファ膜 3を成長させる。 ここで、 I I I—V族化合物バッファ膜 3とは、 結晶 を成長させる場合に比べて低温で成長させた I I I—V族化合物のアモルファス 膜をいう。 また、 バッファ膜を形成する I I I 一 V族化合物と、 結晶を形成する I I I— V族化合物とは、 必ずしも同一の化学組成でなくともよいが、 同一の化 学組成を有することが、 成長させる結晶の質を向上させる観点から好ましい。 次 いで、 図 2Dに示すように、 I I I—V族化合物バッファ膜 3上に、 たとえば H VPE法などを用いて I I I一 V族化合物結晶 4を成長させる。
上記実施形態 2においては、 虫食い状の穴または溝が形成された金属膜 2上に 形成されることによって、 後に I I I—V族化合物バッファ膜 3上に形成される I I I—V族化合物結晶 4と基板 1の間の応力をより緩和することができる。 ま た、 I I I—V族化合物結晶 4の成長の際には、 基板 1ではなく、 I I I—V族 化合物のアモルファス膜の情報を拾うため、 不要な結晶情報が入らずより良質な I I I一 V族化合物結晶が得られる。 実施例
さらに、 上記実施形態 1および実施形態 2について、 具体的な実施例に基づい て説明する。
(実施例 1 )
実施形態 1に基づいて、 図 1を参照して、 図 1 Aに示すように、 基板 1として サファイア基板を用い、 基板 1上に蒸着法により金属膜 2として金属 T i膜を 3 O nm堆積した。 次に、 図 I Bに示すように、 金属膜 2を NH3雰囲気中 1 0 0 0°〇で0. 5分間熱処理した。 降温後、 SEM (Scanning Electron Microscop e :走査型電子顕微鏡） で金属膜 2の表面を観察すると、 図 3 Aに示すような虫 食い状の穴または溝が見られ、 穴または溝の平均幅 Wは 8 nm、 開口率は 12 % であった。 さらに、 図 1 Cに示すように、 原料に G aおよび NH3を用いた HV PE法により、 1 000°Cで 5時間かけて I I I—V族化合物結晶 4を成長させ たところクラックのない結晶が得られた。 得られた結晶は、 XRD測定により G a N結晶であり、 X R Dにおける F WHM (Full Width Half Maximum；半値 幅） は 1 20 a r s e cの良好な結晶であることがわかった。 結果を表 1に示 す。
(実施例 2〜実施例 1 2 )
表 1に示す試験条件において、 実施例 1と同様の手順で I I I—V族化合物結 晶を成長させた。 結果を表 1にまとめた。
Figure imgf000009_0001
(実施例 13 )
実施形態 2に基づいて、 図 2を参照して、 図 2 Aに示すように、 基板 1として サファイア基板を用い、 基板 1上に蒸着法により金属膜 2として金属 T i膜を 2 O O nm堆積した。 次に、 図 2 Bに示すように、 金属膜 2を NH3雰囲気中 1 0 00°Cで 3分間熱処理した。 降温後、 SEM (Scanning Electron Microscop e :走査型電子顕微鏡） で金属膜 2の表面を観察すると、 図 3 Aに示すような虫 食い状の穴または溝が見られ、 穴または溝の平均幅 Wは 3 1 nm、 開口率は 2 2%であった。 次に、 図 2 Cに示すように、 原料に G aおよび NH3を用いた H VPE法により、 500°Cで 0. 5時間かけて I I I—V族化合物バッファ膜 3 を成長させた。 さらに、 図 2Dに示すように、 原料に G aおよび NH3を用いた HVPE法により、 1000°Cで 5時間かけて I I I一 V族化合物結晶 4を成長 させたところクラックのない結晶が得られた。 得られた結晶は、 XRD測定によ り G a N結晶であり、 X R Dにおける F WHM (Full Width Half Maximum； 半値幅） は 80 a r s e cの良好な結晶であることがわかった。 結果を表 2に示 す。
(実施例 14〜実施例 20)
表 2に示す試験条件において、 実施例 13と同様の手順で I I I一 V族化合物 結晶を成長させた。 結果を表 2にまとめた。
表 2
Figure imgf000011_0001
表 1および表 2から明らかなように、 いずれの実施例においてもクラックの発 生のない良質の I I I一 V族化合物結晶が得られた。 また、 たとえば、 実施例 4 と実施例 13または実施例 1 1と実施例 19を対比すると、 結晶の XRD回折に おける FWHMが、 それぞれ 1 l O a r s e cから 80 a r s e c、 1 15 a r s e cから 9 0 a r s e cと減少し、 I I I—V族化合物結晶の結晶成長の前に パッファ膜成長を行なうことにより、 結晶の質がさらに向上していることがわか る。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的な ものではないと考えられるべきである。 本発明の範囲は、 上記した説明でなくて 特許請求の範囲によって示され、 特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のす ベての変更が含まれることが意図される。 産業上の利用可能性
上記のように、 本発明によれば、 基板上に金属膜を堆積する工程と、 前記金属 膜をパターニングする化合物の存在雰囲気下で熱処理する工程と、 前記熱処理後 の金属膜上に I I I 一 V族化合物結晶を成長させる工程とを備えることにより、 簡便でコストの低い製造法方法で、 クラックを発生させることなく良質の I I I —V族化合物結晶を得ることができる。

Claims

請求の範囲
1. 基板上に金属膜を堆積する工程と、 前記金属膜をパターニングする化合物 の存在雰囲気下で熱処理する工程と、 前記熱処理後の金属膜上に I I I一 V族化 合物結晶を成長させる工程とを備えることを特徴とする I I I一 V族化合物結晶 の製造方法。
2. 基板上に金属膜を堆積する工程と、 前記金属膜をパターニングする化合物 の存在雰囲気下で熱処理する工程と、 前記熱処理後の金属膜上に I I I一 V族化 合物バッファ膜を成長させる工程と、 前記 I I I _V族化合物バッファ膜上に I I I一 V族化合物結晶を成長させる工程とを備えることを特徴とする I I I—V 族化合物結晶の製造方法。
3. 金属膜をパタ一ニングする化合物の存在雰囲気下で熱処理することにより 金属膜に形成される穴または溝の平均幅が 2 nm〜 5000 nmであり、 基板全 面積に対する穴または溝の領域面積の百分率である開口率が 5%〜 80 %である 請求項 1または請求項 2に記載の I I I - V族化合物結晶の製造方法。
4. 基板が、 シリコン、 サファイア、 S i C、 Z r B2または I I I—V族化 合物である請求項 1〜請求項 3のいずれかに記載の I I I— V族化合物結晶の製 造方法。
5. 金属膜が、 チタンまたはバナジウムを含有する請求項 1〜請求項 4のいず れかに記載の I I I—V族化合物結晶の製造方法。
6. 金属膜の厚さを 1 0 nm〜l 000 nmとする請求項 1〜請求項 5のいず れかに記載の I I I一 V族化合物結晶の製造方法。
7. 熱処理は、 800 〜1 200でで0. 5分間〜 20分間行なうことを特 徴とする請求項 1〜請求項 6のいずれかに記載の I I I—V族化合物結晶の製造 方法。
8. 請求項 1〜請求項 7のいずれかに記載の I I I一 V族化合物結晶の製造方 法により製造された I I I—V族化合物結晶。
9. I I I— V族化合物結晶が、 GaxA lyI
Figure imgf000013_0001
(0≤x≤ l , 0≤y≤ 1) である請求項 8に記載の I I I一 V族化合物結晶。
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