JP2002053398A - 結晶基板 - Google Patents
結晶基板Info
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- JP2002053398A JP2002053398A JP2000240383A JP2000240383A JP2002053398A JP 2002053398 A JP2002053398 A JP 2002053398A JP 2000240383 A JP2000240383 A JP 2000240383A JP 2000240383 A JP2000240383 A JP 2000240383A JP 2002053398 A JP2002053398 A JP 2002053398A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大口径で安価、かつ放熱特性のよい結晶基板
を提供する。 【解決手段】 表面が［１１１］軸方向に配向した多結
晶ＳｉＣ基板２を用い、その多結晶ＳｉＣ基板の上にII
I 族窒化物単結晶１を成長させることにより、大口径で
安価、かつ放熱特性のよい結晶基板が得られる。
を提供する。 【解決手段】 表面が［１１１］軸方向に配向した多結
晶ＳｉＣ基板２を用い、その多結晶ＳｉＣ基板の上にII
I 族窒化物単結晶１を成長させることにより、大口径で
安価、かつ放熱特性のよい結晶基板が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶基板に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】III 族窒化物系化合物半導体は、バンド
ギャップエネルギーが大きいので、青色から紫外域にか
けての発光が得られるという利点があり、発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）への応用が進
んでいる。また、高耐圧、耐熱素子としての応用も期待
されている。
ギャップエネルギーが大きいので、青色から紫外域にか
けての発光が得られるという利点があり、発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）への応用が進
んでいる。また、高耐圧、耐熱素子としての応用も期待
されている。
【０００３】III 族窒化物結晶は、いまだ実用的なバル
ク単結晶基板が得られておらず、サファイア単結晶基板
上にエピタキシャル成長させたものが利用されている
（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ：Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．Ａ．Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．３，Ｐ７０５（１
９９５））。
ク単結晶基板が得られておらず、サファイア単結晶基板
上にエピタキシャル成長させたものが利用されている
（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ：Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．Ａ．Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．３，Ｐ７０５（１
９９５））。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、III 族窒化
物半導体素子は、上述のように高耐圧、耐熱特性を有す
るが、基板として用いられるサファイアの熱伝導性が悪
い。熱伝導率はＧａＮが１．３Ｗ／ｃｍ・Ｋに対し、サ
ファイアが０．４６Ｗ／ｃｍ・Ｋしかない。このため、
素子での発熱を逃がすことが十分でなく、せっかくのII
I 族窒化物の特長を活かしきれていないのが実情であ
る。
物半導体素子は、上述のように高耐圧、耐熱特性を有す
るが、基板として用いられるサファイアの熱伝導性が悪
い。熱伝導率はＧａＮが１．３Ｗ／ｃｍ・Ｋに対し、サ
ファイアが０．４６Ｗ／ｃｍ・Ｋしかない。このため、
素子での発熱を逃がすことが十分でなく、せっかくのII
I 族窒化物の特長を活かしきれていないのが実情であ
る。
【０００５】III 族窒化物結晶成長用の基板として、サ
ファイア単結晶基板に換えて炭化珪素の単結晶基板を用
いることもある（Ａ．Ｋｕｒａｍａｔａ：Ｊｐｎ．Ｊ．
Ｐｈｙｓ．３６，Ｌ１１３０（１９９７））。
ファイア単結晶基板に換えて炭化珪素の単結晶基板を用
いることもある（Ａ．Ｋｕｒａｍａｔａ：Ｊｐｎ．Ｊ．
Ｐｈｙｓ．３６，Ｌ１１３０（１９９７））。
【０００６】炭化珪素は、熱伝導率が４．９Ｗ／ｃｍ・
Ｋと高く、放熱特性のよい素子を得ることができる。
Ｋと高く、放熱特性のよい素子を得ることができる。
【０００７】しかしながら、炭化珪素は基板の大口径化
が難しく、価格が非常に高いという問題がある。現在一
般的に市販されている炭化珪素単結晶基板は、直径が５
０ｍｍまでであり、価格もサファイア基板の１０〜数十
倍であるという問題があった。
が難しく、価格が非常に高いという問題がある。現在一
般的に市販されている炭化珪素単結晶基板は、直径が５
０ｍｍまでであり、価格もサファイア基板の１０〜数十
倍であるという問題があった。
【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、大口径で安価、かつ放熱特性のよい結晶基板を提供
することにある。
し、大口径で安価、かつ放熱特性のよい結晶基板を提供
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の結晶基板は、一軸に配向した多結晶炭化珪素
基板の少なくとも一方の面に、炭化珪素以外の単結晶膜
を成長させたものである。
に本発明の結晶基板は、一軸に配向した多結晶炭化珪素
基板の少なくとも一方の面に、炭化珪素以外の単結晶膜
を成長させたものである。
【００１０】本発明の結晶基板は、一軸に配向した多結
晶炭化珪素基板上に、ストライプ状あるいは点状の窓が
形成されたマスクをかけ、そのマスクの上から炭化珪素
以外の単結晶膜を形成したものである。
晶炭化珪素基板上に、ストライプ状あるいは点状の窓が
形成されたマスクをかけ、そのマスクの上から炭化珪素
以外の単結晶膜を形成したものである。
【００１１】上記構成に加え本発明の結晶基板は、多結
晶炭化珪素基板の表面が［１１１］軸方向に配向してお
り、単結晶膜の表面が六方晶の（０００１）面あるいは
立方晶の（１１１）面であるのが好ましい。
晶炭化珪素基板の表面が［１１１］軸方向に配向してお
り、単結晶膜の表面が六方晶の（０００１）面あるいは
立方晶の（１１１）面であるのが好ましい。
【００１２】上記構成に加え本発明の結晶基板は、多結
晶炭化珪素基板の表面に成長した単結晶膜がIII-Ｖ族化
合物半導体単結晶であってもよい。
晶炭化珪素基板の表面に成長した単結晶膜がIII-Ｖ族化
合物半導体単結晶であってもよい。
【００１３】上記構成に加え本発明の結晶基板は、多結
晶炭化珪素基板の表面に成長した単結晶膜がIII 族元素
の窒化物結晶であってもよい。
晶炭化珪素基板の表面に成長した単結晶膜がIII 族元素
の窒化物結晶であってもよい。
【００１４】上記構成に加え本発明の結晶基板は、多結
晶炭化珪素基板の表面に成長した単結晶膜が気相成長法
で成長した膜であってもよい。
晶炭化珪素基板の表面に成長した単結晶膜が気相成長法
で成長した膜であってもよい。
【００１５】上記構成に加え本発明の結晶基板は、多結
晶炭化珪素基板の表面に成長した単結晶膜が液相成長法
で成長した膜であってもよい。
晶炭化珪素基板の表面に成長した単結晶膜が液相成長法
で成長した膜であってもよい。
【００１６】上記構成に加え本発明の結晶基板は、多結
晶炭化珪素基板の表面に成長した単結晶膜の膜厚が略１
００ｎｍ以上であるのが好ましい。
晶炭化珪素基板の表面に成長した単結晶膜の膜厚が略１
００ｎｍ以上であるのが好ましい。
【００１７】本発明によれば、表面が［１１１］軸方向
に配向した多結晶ＳｉＣ基板を用い、その多結晶ＳｉＣ
基板の上にIII 族窒化物単結晶を成長させることによ
り、大口径で安価、かつ放熱特性のよい結晶基板が得ら
れる。
に配向した多結晶ＳｉＣ基板を用い、その多結晶ＳｉＣ
基板の上にIII 族窒化物単結晶を成長させることによ
り、大口径で安価、かつ放熱特性のよい結晶基板が得ら
れる。
【００１８】ここで、［１１１］軸方向に配向した炭化
珪素多結晶基板は、ＣＶＤ法によって得られることが知
られており、この炭化珪素多結晶基板をダミーウェハと
して使用することが提案されている（特開平１１−８７
２０２号公報参照）。
珪素多結晶基板は、ＣＶＤ法によって得られることが知
られており、この炭化珪素多結晶基板をダミーウェハと
して使用することが提案されている（特開平１１−８７
２０２号公報参照）。
【００１９】本発明は、この配向性の高い炭化珪素多結
晶基板上に、炭化珪素以外の単結晶を積層成長させた結
晶基板を提供するものである。
晶基板上に、炭化珪素以外の単結晶を積層成長させた結
晶基板を提供するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００２１】図１は本発明の結晶基板の一実施の形態を
示す断面図である。
示す断面図である。
【００２２】この結晶基板は、一軸（［１１１］軸）に
配向した多結晶炭化珪素基板２の一方の面（図では上側
の面）に、炭化珪素以外の単結晶膜１を成長させたもの
である。
配向した多結晶炭化珪素基板２の一方の面（図では上側
の面）に、炭化珪素以外の単結晶膜１を成長させたもの
である。
【００２３】このように構成したことで、大口径で安
価、かつ放熱特性のよい結晶基板が得られる。
価、かつ放熱特性のよい結晶基板が得られる。
【００２４】
【実施例】（実施例１）直径１００ｍｍの［１１１］方
向に配向した３Ｃ−炭化珪素基板をＭＯＣＶＤ炉に収納
し、原料としてアンモニアガスとトリメチルガリウムと
を用いてＧａＮの単結晶膜を成長させた。成長圧力は常
圧とした。キャリアガスとして水素と窒素との混合ガス
を用いた。まず、炭化珪素基板を水素雰囲気で１１００
℃に加熱し、表面の酸化物等をクリーニングした後、基
板温度を６５０℃に下げてＧａＮを２０ｎｍ成長させ、
さらに基板温度を１１００℃に上げて、ＧａＮを１μｍ
成長させた。その結果、図１に示すような構造の基板が
得られた。
向に配向した３Ｃ−炭化珪素基板をＭＯＣＶＤ炉に収納
し、原料としてアンモニアガスとトリメチルガリウムと
を用いてＧａＮの単結晶膜を成長させた。成長圧力は常
圧とした。キャリアガスとして水素と窒素との混合ガス
を用いた。まず、炭化珪素基板を水素雰囲気で１１００
℃に加熱し、表面の酸化物等をクリーニングした後、基
板温度を６５０℃に下げてＧａＮを２０ｎｍ成長させ、
さらに基板温度を１１００℃に上げて、ＧａＮを１μｍ
成長させた。その結果、図１に示すような構造の基板が
得られた。
【００２５】得られたＧａＮは、平坦な鏡面を呈してい
た。得られた基板の表面のＸ線回折測定を行ったとこ
ろ、成長したＧａＮ層は単結晶になっており、六方晶の
（０００１）面を呈していることが確認された。ロッキ
ングカーブの半値幅は２５０ｓｅｃと、良好な結晶性を
有することが確認された。
た。得られた基板の表面のＸ線回折測定を行ったとこ
ろ、成長したＧａＮ層は単結晶になっており、六方晶の
（０００１）面を呈していることが確認された。ロッキ
ングカーブの半値幅は２５０ｓｅｃと、良好な結晶性を
有することが確認された。
【００２６】（実施例２）直径１００ｍｍの［１１１］
方向に配向した３Ｃ−炭化珪素基板上に、ＳｉＯ2 膜を
プラズマＣＶＤ法で４００ｎｍ積層し、さらにフォトリ
ソグラフィにより、ＳｉＯ2 膜に直径１μｍの円形の窓
を５μｍ間隔で開けた。マスクをかけた基板をＭＯＣＶ
Ｄ炉に収納し、その基板の上に実施例１と同様の方法で
ＧａＮ層を２μｍ成長させた。得られたＧａＮは平坦な
鏡面を呈していた。
方向に配向した３Ｃ−炭化珪素基板上に、ＳｉＯ2 膜を
プラズマＣＶＤ法で４００ｎｍ積層し、さらにフォトリ
ソグラフィにより、ＳｉＯ2 膜に直径１μｍの円形の窓
を５μｍ間隔で開けた。マスクをかけた基板をＭＯＣＶ
Ｄ炉に収納し、その基板の上に実施例１と同様の方法で
ＧａＮ層を２μｍ成長させた。得られたＧａＮは平坦な
鏡面を呈していた。
【００２７】得られた基板の表面のＸ線回折測定を行っ
たところ、成長したＧａＮ層は単結晶になっており、六
方晶の（０００１）面を呈していることが確認された。
ロッキングカーブの半値幅は１８０ｓｅｃと、良好な結
晶性を有することが確認された。得られたＧａＮエピタ
キシャル層の表面を、原子間力顕微鏡で観察し、表面に
現れるピットの密度を計数したところ、１×１０6 個ｃ
ｍ-3であった。
たところ、成長したＧａＮ層は単結晶になっており、六
方晶の（０００１）面を呈していることが確認された。
ロッキングカーブの半値幅は１８０ｓｅｃと、良好な結
晶性を有することが確認された。得られたＧａＮエピタ
キシャル層の表面を、原子間力顕微鏡で観察し、表面に
現れるピットの密度を計数したところ、１×１０6 個ｃ
ｍ-3であった。
【００２８】（実施例３）一片５０ｍｍ角の［１１１］
方向に配向した３Ｃ−炭化珪素基板を液相成長用のスラ
イドボート炉に収納し、溶媒として金属ガリウムにビス
マスを加えたものと、溶質としてＩｎｊｅｃｔｉｏｎ法
で合成したＧａＮ粉末を用いてＬＰＥ法でＧａＮの単結
晶膜を成長させた。成長は窒素雰囲気、常圧で、溶液を
１２００℃まで加熱し、基板と接触させて室温まで冷却
することでＧａＮを０．６μｍ成長させた。
方向に配向した３Ｃ−炭化珪素基板を液相成長用のスラ
イドボート炉に収納し、溶媒として金属ガリウムにビス
マスを加えたものと、溶質としてＩｎｊｅｃｔｉｏｎ法
で合成したＧａＮ粉末を用いてＬＰＥ法でＧａＮの単結
晶膜を成長させた。成長は窒素雰囲気、常圧で、溶液を
１２００℃まで加熱し、基板と接触させて室温まで冷却
することでＧａＮを０．６μｍ成長させた。
【００２９】得られたＧａＮは、平坦な鏡面を呈してい
た。得られた基板の表面のＸ線回折測定を行ったとこ
ろ、成長したＧａＮ層は単結晶になっており、六方晶の
（０００１）面を呈していることが確認された。ロッキ
ングカーブの半値幅は２３０ｓｅｃと、良好な結晶性を
有することが確認された。
た。得られた基板の表面のＸ線回折測定を行ったとこ
ろ、成長したＧａＮ層は単結晶になっており、六方晶の
（０００１）面を呈していることが確認された。ロッキ
ングカーブの半値幅は２３０ｓｅｃと、良好な結晶性を
有することが確認された。
【００３０】ここで、多結晶炭化珪素の粒径は、数μｍ
〜数十μｍであることが望ましい。これは、多結晶炭化
珪素の上に成長する単結晶エピタキシャル層の成長初期
核発生密度を左右し、ひいては成長結晶の欠陥密度を左
右するためである。但し、エピタキシャル層の成長初期
核発生密度は、結晶成長条件にも大きく左右され、実施
例２で述べたようなマスクを用いた成長では、マスクの
窓の大きさや密度にも左右されるため、一概に最適な粒
径を規定することはできない。
〜数十μｍであることが望ましい。これは、多結晶炭化
珪素の上に成長する単結晶エピタキシャル層の成長初期
核発生密度を左右し、ひいては成長結晶の欠陥密度を左
右するためである。但し、エピタキシャル層の成長初期
核発生密度は、結晶成長条件にも大きく左右され、実施
例２で述べたようなマスクを用いた成長では、マスクの
窓の大きさや密度にも左右されるため、一概に最適な粒
径を規定することはできない。
【００３１】多結晶炭化珪素基板の直径が７５ｍｍ以上
であり、かつ多結晶炭化珪素基板上に成長する単結晶層
の厚さは、１００ｎｍ以上である必要がある。これは、
多結晶基板上に成長したエピタキシャル層の表面が、完
全に平坦化するために必要な厚さであり、この厚さより
エピタキシャル層の厚さが薄いと、結晶表面に凹凸があ
ったり、穴の開いたような領域ができてしまうためであ
る。
であり、かつ多結晶炭化珪素基板上に成長する単結晶層
の厚さは、１００ｎｍ以上である必要がある。これは、
多結晶基板上に成長したエピタキシャル層の表面が、完
全に平坦化するために必要な厚さであり、この厚さより
エピタキシャル層の厚さが薄いと、結晶表面に凹凸があ
ったり、穴の開いたような領域ができてしまうためであ
る。
【００３２】本実施例では、単結晶層の成長方法として
ＭＯＶＰＥ法とＬＰＥ法とを述べたが、ＨＶＰＥ法やＭ
ＯＣ法、ＭＢＥ法等を用いる方法も考えられる。
ＭＯＶＰＥ法とＬＰＥ法とを述べたが、ＨＶＰＥ法やＭ
ＯＣ法、ＭＢＥ法等を用いる方法も考えられる。
【００３３】実施例では、ＧａＮ単結晶エピタキシャル
層を成長させた場合について述べたが、ＧａＡｓやＧａ
Ｐ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅ等の化合物半導体結晶
全般に対しても応用が可能である。
層を成長させた場合について述べたが、ＧａＡｓやＧａ
Ｐ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅ等の化合物半導体結晶
全般に対しても応用が可能である。
【００３４】本発明の結晶基板は、表面に成長した単結
晶膜の特性を活かし、さらにその単結晶膜の上にデバイ
ス機能を付与することにより、光デバイス、電子デバイ
ス全般の製造に利用することができる。デバイス機能の
付与は、エピタキシャル法を用いてもイオンインプラン
テーションを用いてもよい。
晶膜の特性を活かし、さらにその単結晶膜の上にデバイ
ス機能を付与することにより、光デバイス、電子デバイ
ス全般の製造に利用することができる。デバイス機能の
付与は、エピタキシャル法を用いてもイオンインプラン
テーションを用いてもよい。
【００３５】以上において本発明によれば、大口径の単
結晶基板が容易に得られる。特に、従来バルク結晶基板
が得られていなかったIII 族窒化物結晶のエピタキシャ
ル成長用基板が得られ、従来問題であった放熱性を向上
させた結晶基板が安価に得られる。その結果、素子の発
熱による劣化が問題となるレーザダイオードや高出力素
子の製造が可能になる。
結晶基板が容易に得られる。特に、従来バルク結晶基板
が得られていなかったIII 族窒化物結晶のエピタキシャ
ル成長用基板が得られ、従来問題であった放熱性を向上
させた結晶基板が安価に得られる。その結果、素子の発
熱による劣化が問題となるレーザダイオードや高出力素
子の製造が可能になる。
【００３６】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００３７】大口径で安価、かつ放熱特性のよい結晶基
板の提供を実現することができる。
板の提供を実現することができる。
【図１】本発明の結晶基板の一実施の形態を示す断面図
である。
である。
１ 単結晶膜 ２ 多結晶炭化珪素基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 AB02 BE15 CG01 DB01 ED05 ED06 QA02 QA11 QA71 QA79 5F041 AA04 AA33 AA44 CA22 CA24 CA33 CA40 5F045 AA04 AA08 AB10 AB11 AB12 AB14 AB22 AB23 AB32 AC08 AC12 AC18 AD10 AD15 AE29 AF02 AF13 AF20 BB08 CA10 CA12 DA53 EB15 5F053 AA01 DD03 DD07 DD11 DD14 DD16 DD20 FF01 GG01 HH04 LL02 LL03 PP01 RR13
Claims (8)
- 【請求項１】 一軸に配向した多結晶炭化珪素基板の少
なくとも一方の面に、炭化珪素以外の単結晶膜を成長さ
せたことを特徴とする結晶基板。 - 【請求項２】 一軸に配向した多結晶炭化珪素基板上
に、ストライプ状あるいは点状の窓が形成されたマスク
をかけ、そのマスクの上から炭化珪素以外の単結晶膜を
形成したことを特徴とする結晶基板。 - 【請求項３】 多結晶炭化珪素基板の表面が［１１１］
軸方向に配向しており、単結晶膜の表面が六方晶の（０
００１）面あるいは立方晶の（１１１）面である請求項
１又は２に記載の結晶基板。 - 【請求項４】 上記多結晶炭化珪素基板の表面に成長し
た単結晶膜がIII-Ｖ族化合物半導体単結晶である請求項
１又は２に記載の結晶基板。 - 【請求項５】 上記多結晶炭化珪素基板の表面に成長し
た単結晶膜がIII 族元素の窒化物結晶である請求項１又
は２に記載の結晶基板。 - 【請求項６】 上記多結晶炭化珪素基板の表面に成長し
た単結晶膜が気相成長法で成長した膜である請求項１又
は２に記載の結晶基板。 - 【請求項７】 上記多結晶炭化珪素基板の表面に成長し
た単結晶膜が液相成長法で成長した膜である請求項１又
は２に記載の結晶基板。 - 【請求項８】 上記多結晶炭化珪素基板の表面に成長し
た単結晶膜の膜厚が略１００ｎｍ以上である請求項１又
は２に記載の結晶基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000240383A JP2002053398A (ja) | 2000-08-03 | 2000-08-03 | 結晶基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000240383A JP2002053398A (ja) | 2000-08-03 | 2000-08-03 | 結晶基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002053398A true JP2002053398A (ja) | 2002-02-19 |
Family
ID=18731753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000240383A Pending JP2002053398A (ja) | 2000-08-03 | 2000-08-03 | 結晶基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002053398A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004005216A1 (ja) * | 2002-07-09 | 2004-01-15 | Kenichiro Miyahara | 薄膜形成用基板、薄膜基板、光導波路、発光素子、及び発光素子搭載用基板 |
| WO2007122669A1 (ja) * | 2006-03-29 | 2007-11-01 | Fujitsu Limited | 多結晶ＳｉＣ基板を有する化合物半導体ウエハ、化合物半導体装置とそれらの製造方法 |
| JP2008255471A (ja) * | 2007-03-14 | 2008-10-23 | Sekisui Chem Co Ltd | 窒化ガリウム等のｉｉｉ族窒化物の成膜方法 |
| WO2010050410A1 (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | 昭和電工株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
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| JP2019096730A (ja) * | 2017-11-22 | 2019-06-20 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光素子 |
-
2000
- 2000-08-03 JP JP2000240383A patent/JP2002053398A/ja active Pending
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