JP2005343705A - METHOD FOR PRODUCING AlxGayIn1-x-yN CRYSTAL - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、AlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法、その製造方法を用いて得られるAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶基板および半導体デバイスに関する。 The present invention relates to a method for producing an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal, and Al x Ga y In 1− obtained using the production method. The present invention relates to a crystal substrate and a semiconductor device, where xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1).
AlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の中でもAlN結晶(窒化アルミニウム結晶)は、6.2eVのエネルギバンドギャップ、約3.3WK-1cm-1の熱伝導率および高い電気抵抗を有しているため、光デバイスや電子デバイスなどの半導体デバイス用の基板材料として注目されている。 Among Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystals, an AlN crystal (aluminum nitride crystal) has an energy band gap of 6.2 eV and about 3.3 WK. Since it has a thermal conductivity of −1 cm −1 and a high electric resistance, it has been attracting attention as a substrate material for semiconductor devices such as optical devices and electronic devices.
このAlN結晶の従来の製造方法としては、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法を用いる方法がある。図2に、HVPE法を用いた従来のAlN結晶の製造方法に用いられる製造装置の一例の模式的な構成を示す。この製造装置は、石英反応管1と、石英反応管1の内部にガスを導入するためのガス導入管2、3と、石英反応管1の外部に設置されているヒータ4、5と、石英反応管1に連結されている排ガス処理装置7とを含む。
As a conventional method for producing the AlN crystal, there is a method using a HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method. FIG. 2 shows a schematic configuration of an example of a manufacturing apparatus used in a conventional method for manufacturing an AlN crystal using the HVPE method. This manufacturing apparatus includes a
そして、この石英反応管1の内部に下地基板6を設置し、キャリアガス(N2、ArまたはH2など)、塩化アルミニウムガス(AlClまたはAlCl3)およびアンモニアガス(NH3)をガス導入管2、3を通して石英反応管1の内部に導入して、ヒータ4、5によって約1000℃に下地基板6を加熱する。これにより、塩化アルミニウムガスとアンモニアガスとが反応し、下地基板6の表面上にAlN結晶11が成長する。AlN結晶11の成長後は、ヒータ4、5による加熱を中止し、AlN結晶11および下地基板6の温度を室温程度まで降下させる。その後、AlN結晶11および下地基板6を石英反応管1から取り出し、下地基板6を研削により除去することでAlN結晶11が製造される。
上記における従来のHVPE法を用いたAlN結晶の製造方法においては、ヒータ4、5による加熱温度を1100℃よりも高い温度にした場合には、石英反応管1が溶融してしまう。しかしながら、ヒータ4、5による加熱温度を1100℃以下とした温度条件でAlN結晶を成長させようとすると結晶成長速度を30μm/h程度までにしか上昇させることができず、これ以上の結晶成長速度で成長させた場合には多結晶のAlN結晶が成長するという問題があった。非特許文献1においては、HVPE法によってサファイア基板上にAlN結晶を成長させているが、その結晶成長速度は最高でも15μm/hである(非特許文献1のTable I参照)。
In the AlN crystal manufacturing method using the conventional HVPE method described above, when the heating temperature by the
本発明の目的は、結晶成長速度を向上させたAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法、その製造方法を用いて得られるAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶基板および半導体デバイスを提供することにある。 An object of the present invention is to use a manufacturing method of Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal with improved crystal growth rate, and the manufacturing method thereof The object is to provide an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal substrate and semiconductor device obtained.
本発明は、石英反応管の内部におけるハロゲン化アルミニウムガスとアンモニアガスとを含む原料ガスの反応によって下地基板の表面上にAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶を成長させるAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法であって、AlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の成長時に石英反応管の外部からの加熱に加えて下地基板を局所的に加熱するAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法である。ここで、AlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶は、アルミニウム(Al)を含む窒化物結晶のことであり、アルミニウムおよび窒素に加えて、ガリウム(Ga)および/またはインジウム(In)を含んでいてもよい。 In the present invention, Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y) is formed on the surface of the base substrate by the reaction of the source gas containing aluminum halide gas and ammonia gas inside the quartz reaction tube. ≦ 1, x + y ≦ 1) A method for producing Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal for growing an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) Al x Ga y In 1 for locally heating the base substrate in addition to heating from the outside of the quartz reaction tube during crystal growth This is a method for producing a -xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal. Here, the Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal is a nitride crystal containing aluminum (Al). In addition, gallium (Ga) and / or indium (In) may be included.
また、本発明のAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法においては、下地基板の裏面側にヒータを設置することによって、下地基板を局所的に加熱することが好ましい。 In the method for producing an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal of the present invention, a heater is provided on the back side of the base substrate. It is preferable to locally heat the base substrate.
また、本発明のAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法においては、下地基板が、シリコン、サファイア、炭化シリコン、窒化ガリウムまたは窒化アルミニウムのいずれかからなることが好ましい。 Further, in the Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal manufacturing method of the present invention, the base substrate is made of silicon, sapphire, silicon carbide, or nitride. It is preferably made of either gallium or aluminum nitride.
また、本発明のAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法においては、ハロゲン化アルミニウムガスが、AlClおよびAlCl3の少なくとも一方であることが好ましい。 In the method for producing an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal of the present invention, the aluminum halide gas contains at least AlCl and AlCl 3 . On the other hand, it is preferable.
また、本発明のAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法においては、不純物濃度が1×1018cm-3以下であるAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶を成長させることができる。 In the method for producing an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal of the present invention, the impurity concentration is 1 × 10 18 cm −3 or less. A certain Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal can be grown.
また、本発明のAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法においては、n型不純物がドーピングされたAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶を成長させることができる。 In the Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) production method of the crystal of the present invention, Al n-type impurity is doped x Ga y an In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystals can be grown.
また、本発明のAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法においては、n型不純物が、酸素およびシリコンの少なくとも一方であることが好ましい。 In the method for producing an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal of the present invention, the n-type impurity is at least one of oxygen and silicon. Preferably there is.
また、本発明のAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法においては、200μm以上の厚さのAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶を成長させることができる。 In the Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) production method of the crystal of the present invention, the above 200μm thick Al x Ga y In 1 -xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystals can be grown.
また、本発明は、上記のいずれかに記載の製造方法により得られたAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶からなる、AlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶基板である。 Further, the present invention provides an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal obtained by any one of the production methods described above, x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal substrate.
さらに、本発明は、上記のAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶基板を含有する半導体デバイスである。 Furthermore, the present invention is a semiconductor device containing the Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal substrate.
本発明によれば、結晶成長速度を向上させたAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法、その製造方法を用いて得られるAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶基板および半導体デバイスを提供することができる。 According to the present invention, a method for producing an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal with an improved crystal growth rate is used. The obtained Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal substrate and semiconductor device can be provided.
以下、本発明の一例としてGaN結晶基板の表面上にAlN結晶を製造する場合について説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。 Hereinafter, a case where an AlN crystal is manufactured on the surface of a GaN crystal substrate will be described as an example of the present invention. In the drawings of the present application, the same reference numerals denote the same or corresponding parts.
図1に、本発明のAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の製造方法に用いられる製造装置の好ましい一例の模式的な構成を示す。図1に示す製造装置は、反応容器としての石英反応管1と、石英反応管1の内部にガスを導入するためのガス導入管2、3と、石英反応管1の外部に設置されているヒータ4、5と、石英反応管1に連結されている排ガス処理装置7とを含む。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a preferable example of a manufacturing apparatus used in a method for manufacturing an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal according to the present invention. Indicates. The manufacturing apparatus shown in FIG. 1 is installed outside a
このような構成の製造装置の石英反応管1の内部に下地基板6を設置し、下地基板6の裏面側に局所加熱ヒータ10を設置する。ここで、局所加熱ヒータ10は、たとえばPtからなる配線9を介して電源8に接続される。
The
そして、ガス導入管2、3を通して石英反応管1の内部にキャリアガスを導入しながら、石英反応管1の外部に設置されているヒータ4、5の加熱温度を400℃以上1100℃以下、より好ましくは700℃以上1100℃以下、さらに好ましくは800℃以上1100℃以下に上昇させるとともに、下地基板6の裏面側に設置されている局所加熱ヒータ10の加熱温度を1100℃以上1400℃以下、より好ましくは1200℃以上1400℃以下、さらに好ましくは1300℃以上1400℃以下に上昇させる。これにより、ヒータ4、5による石英反応管1の外部からの加熱によって石英反応管1が溶融するのを防止しつつ、局所加熱ヒータ10による下地基板6の局所的な加熱によって下地基板6の表面温度をヒータ4、5の加熱温度および石英反応管1の溶融温度よりもさらに高い温度に上昇させることができる。
Then, while introducing the carrier gas into the
次いで、ガス導入管3を通してたとえばハロゲン化アルミニウムガスとしてのAlClおよびAlCl3の少なくとも一方のガスを、ガス導入管2を通してアンモニアガスをそれぞれキャリアガスとともに石英反応管1の内部に導入する。そして、ハロゲン化アルミニウムガスとアンモニアガスとを含む原料ガスが上記のように加熱された下地基板6の表面に到達し、原料ガスの反応(たとえば、3AlCl+NH3→3AlN+3HCl、AlCl3+NH3→AlN+3HCl)によって下地基板6の表面上にAlN結晶11が成長する。ここで、ハロゲン化アルミニウムガスの流量とアンモニアガスの流量との比(ハロゲン化アルミニウムガスの流量/アンモニアガスの流量)が1/10〜1/1000に設定されている場合には、AlN結晶11の成長速度を速くできる傾向にある点で好ましい。また、キャリアガスとしては、たとえばN2、ArおよびH2からなる群のうち少なくとも1種類のガスを用いることができる。
Next, for example, at least one of AlCl and AlCl 3 as an aluminum halide gas is introduced into the
ここで、本発明においては、局所加熱ヒータ10の加熱により下地基板6の表面温度をヒータ4、5による石英反応管1の外部の加熱温度(石英反応管1の溶融温度よりも低い温度)よりも高い温度にすることができることから、ハロゲン化アルミニウムガスとアンモニアガスとを含む原料ガスの反応が促進されるため、AlN結晶11の結晶成長速度を向上することができるのである。
Here, in the present invention, the surface temperature of the
そして、AlN結晶11の成長後は、AlN結晶11の温度を室温付近まで降下させ、下地基板6の表面上に成長したAlN結晶11が石英反応管1から取り出される。次いで、下地基板6を研削などによって除去することでAlN結晶11が製造される。このようにして得られたAlN結晶11について鏡面研磨した後、研磨によるダメージ層の除去を行なうことによってAlN結晶基板を製造することができる。また、AlN結晶11を所定の厚みに切断した後に鏡面研磨し、さらに研磨によるダメージ層の除去を行なうことによってもAlN結晶基板を製造することができる。ここで、AlN結晶11の切断方向は特に限定されず、除去前の下地基板6の表面に対して平行な方向または任意に傾いた方向とすることができる。
After the growth of the
なお、上記においてはAlN結晶を製造する場合について説明したが、本発明においてはハロゲン化アルミニウムガスおよびアンモニアガスに加えて、ハロゲン化ガリウムガスおよび/またはハロゲン化インジウムガスを含む原料ガスを導入することによって、AlN結晶以外のAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶を製造することもできる。 In the above description, the case of producing an AlN crystal has been described. However, in the present invention, a source gas containing a gallium halide gas and / or an indium halide gas is introduced in addition to an aluminum halide gas and an ammonia gas. Thus, an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal other than the AlN crystal can be produced.
また、本発明に用いられる下地基板としては、シリコン、サファイア、炭化シリコン、窒化ガリウムまたは窒化アルミニウムのいずれかからなる基板が用いられることが好ましい。特に、下地基板が窒化ガリウムまたは窒化アルミニウムのいずれかからなる場合には、AlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶との格子整合性が良好であるため、より結晶性の高いAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶を製造することができる。 In addition, as the base substrate used in the present invention, a substrate made of any of silicon, sapphire, silicon carbide, gallium nitride, or aluminum nitride is preferably used. In particular, when the base substrate is made of either gallium nitride or aluminum nitride, lattice matching with an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal. Therefore, Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal having higher crystallinity can be produced.
また、本発明におけるAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の不純物濃度は、純度を高くする観点からは1×1018cm-3以下であることが好ましい。 Further, the impurity concentration of the Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal in the present invention is 1 × 10 18 cm − from the viewpoint of increasing the purity. It is preferably 3 or less.
また、AlN結晶の場合と同様にして、AlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶からAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶基板を製造することができることは言うまでもない。 Similarly to the case of the AlN crystal, the Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal is changed from the Al x Ga y In 1-xy N (0 <X ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) Needless to say, a crystal substrate can be manufactured.
また、AlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶基板を製造する観点からは、本発明におけるAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶の厚さは200μm以上であることが好ましい。 Further, from the viewpoint of manufacturing an Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal substrate, the Al x Ga y In 1-xy N ( 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) The thickness of the crystal is preferably 200 μm or more.
また、上記においては下地基板の表面上にAlN結晶を成長させているが、本発明においては下地基板の表面上に何らかの中間層を形成した後にAlN結晶を成長させることもできる。 In the above description, the AlN crystal is grown on the surface of the base substrate. However, in the present invention, the AlN crystal can be grown after an intermediate layer is formed on the surface of the base substrate.
また、本発明においては、上記の原料ガスにn型不純物を含むガスを加えて導入することによって、n型不純物がドーピングされたAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶を成長させることもできる。ここで、n型不純物は特に限定されないが、酸素およびシリコンの少なくとも一方であることが好ましい。 Further, in the present invention, by introducing a gas containing an n-type impurity in addition to the source gas described above, Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) Crystals can also be grown. Here, the n-type impurity is not particularly limited, but is preferably at least one of oxygen and silicon.
本発明におけるAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶からなるAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶基板は、光デバイス(発光ダイオード、レーザダイオードなど)、電子デバイス(整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、HEMTなど)、半導体センサ(温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器など)またはSAWデバイスなどの半導体デバイス用の基板として用いることが可能である。すなわち、本発明におけるAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶基板の表面上に半導体層や金属層などを積層することなどによって、たとえば上記のような半導体デバイスを製造することができる。 Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) Al x Ga y In 1-xy N (0 consisting of crystal in the present invention <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) Crystal substrates are optical devices (light emitting diodes, laser diodes, etc.), electronic devices (rectifiers, bipolar transistors, field effect transistors, HEMTs, etc.), semiconductor sensors (temperature sensors, pressure sensors, radiation sensors) , Visible-ultraviolet light detector, etc.) or a substrate for a semiconductor device such as a SAW device. That is, by laminating a semiconductor layer, a metal layer, etc. on the surface of the Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal substrate in the present invention, etc. For example, the semiconductor device as described above can be manufactured.
(実施例1)
図1に示す石英反応管1の内部に、鏡面研磨後に研磨によるダメージ層が除去された六方晶のサファイアからなる下地基板6を設置した。この下地基板6の口径は2インチで厚さは400μmであった。また、下地基板6の表面の面方位は(0001)面であった。
(Example 1)
Inside the
そして、ガス導入管2、3を通して石英反応管1の内部にキャリアガスとして高純度の窒素ガスを導入しながらヒータ4、5の加熱温度を1000℃に上昇させるとともに下地基板6の裏面側に設置された局所加熱ヒータ10の加熱温度を1300℃に上昇させた。続いて、ガス導入管3を通してAlCl3を、ガス導入管2を通してアンモニアガス(NH3)をそれぞれキャリアガスとともに導入した。ここで、AlCl3およびNH3の流量をAlN結晶11の結晶成長速度が変化するように調整したところ、多結晶が成長しない最速の結晶成長速度は200μm/hであることが確認された。
Then, while introducing high-purity nitrogen gas as a carrier gas into the
この結晶成長速度で400μmの厚さのAlN結晶11を成長させた後、AlN結晶11の温度を室温まで降下させた。その後、下地基板6の表面上に成長したAlN結晶11を石英反応管1から取り出した。そして、下地基板6を研削により除去して得られたAlN結晶11を鏡面研磨した後、研磨によるダメージ層を除去することによって、AlN結晶基板を製造した。
After growing an
このAlN結晶基板の表面粗さは、10μm角の範囲でのRMS測定値で50nm以下であり良好であった。また、このAlN結晶基板は無色透明であるため、不純物の混入が少なく高純度であることが確認された。また、このAlN結晶基板について、SIMS(二次イオン質量分析)による分析を行なったところ、最も多く含まれていた不純物である酸素の濃度は2×1017cm-3程度であって、AlN結晶基板に含まれる不純物の濃度をすべて合わせても1×1018cm-3以下であった。 The surface roughness of the AlN crystal substrate was 50 nm or less as measured by RMS in the range of 10 μm square, which was good. In addition, since this AlN crystal substrate is colorless and transparent, it was confirmed that the AlN crystal substrate has a high purity with few impurities. Further, when this AlN crystal substrate was analyzed by SIMS (secondary ion mass spectrometry), the concentration of oxygen which was the most abundant impurity was about 2 × 10 17 cm −3. The total concentration of impurities contained in the substrate was 1 × 10 18 cm −3 or less.
(実施例2)
実施例1と同様の方法によって、図1に示すAlN結晶11を5mmの厚さに成長させた後に六方晶のサファイアからなる下地基板6を研削により完全に除去した。そして、AlN結晶11を除去前の下地基板6の表面に対して平行な方向にスライスして500μmの厚さのAlN結晶を4枚製造した。そして、これら4枚のAlN結晶をそれぞれ鏡面研磨した後に研磨によるダメージ層を除去し、4枚のAlN結晶基板を製造した。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, after growing the
これら4枚のAlN結晶基板の表面粗さは、それぞれ10μm角の範囲でのRMS測定値で50nm以下であり良好であった。また、これら4枚のAlN結晶基板は無色透明であり、それぞれ不純物の混入が少なく高純度であることが確認された。また、これら4枚のAlN結晶基板について、SIMSによる分析を行なったところ、それぞれのAlN結晶基板に最も多く含まれていた不純物は酸素であって、その濃度はそれぞれ2×1017cm-3程度であった。また、それぞれのAlN結晶基板について、含有されるすべての不純物の合計濃度を算出したところ、それぞれ1×1018cm-3以下であった。 The surface roughness of these four AlN crystal substrates was 50 nm or less as measured by RMS in the range of 10 μm square, respectively. Further, these four AlN crystal substrates were colorless and transparent, and it was confirmed that each of them had little impurities and had high purity. Further, when these four AlN crystal substrates were analyzed by SIMS, the impurity contained most in each AlN crystal substrate was oxygen, and the concentration thereof was about 2 × 10 17 cm −3, respectively. Met. Moreover, when the total concentration of all impurities contained in each AlN crystal substrate was calculated, it was 1 × 10 18 cm −3 or less, respectively.
(実施例3)
AlCl3およびNH3などの原料ガスに加えてシリコンを含むガスを導入したこと以外は実施例1と同様にして、図1に示す六方晶のサファイアからなる下地基板6の表面上にn型不純物としてシリコンを含むAlN結晶11を成長させた。そして、下地基板6を除去することによって、シリコンを含む厚さ400μmのAlN結晶11を製造した。
(Example 3)
An n-type impurity is formed on the surface of the
また、このAlN結晶11を鏡面研磨した後に、研磨によるダメージ層を除去することによってAlN結晶基板を製造した。
In addition, after the
このAlN結晶基板について、SIMSによる分析を行なったところ、不純物としてシリコンが最も多く含まれており、そのシリコンの濃度は1×1018cm-3程度であった。 When this AlN crystal substrate was analyzed by SIMS, silicon was the most contained as an impurity, and the silicon concentration was about 1 × 10 18 cm −3 .
(比較例1)
図2に示す製造装置を用いたこと以外は実施例1と同様にして結晶成長速度を200μm/hとしてAlN結晶を成長させたところ、多結晶のAlN結晶が成長した。この結果から、本発明においては、石英反応管を外部から加熱するとともに下地基板を局所的に加熱することによって、結晶成長速度を向上できることが確認された。
(Comparative Example 1)
When an AlN crystal was grown at a crystal growth rate of 200 μm / h in the same manner as in Example 1 except that the manufacturing apparatus shown in FIG. 2 was used, a polycrystalline AlN crystal was grown. From this result, in the present invention, it was confirmed that the crystal growth rate can be improved by heating the quartz reaction tube from the outside and locally heating the base substrate.
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は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でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、AlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶、AlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶基板およびAlxGayIn1-x-yN(0<x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)結晶基板を含有する半導体デバイスの製造に利用することができる。特に、本発明は、AlN結晶の製造、AlN結晶基板の製造およびAlN結晶基板を含有する半導体デバイスの製造に好適に利用することができる。 In the present invention, Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal, Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) crystal substrate and Al x Ga y In 1-xy N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) to be used for manufacturing a semiconductor device containing a crystal substrate Can do. In particular, the present invention can be suitably used for the manufacture of AlN crystals, the manufacture of AlN crystal substrates, and the manufacture of semiconductor devices containing AlN crystal substrates.
1 石英反応管、2,3 ガス導入管、4,5 ヒータ、6 下地基板、7 排ガス処理装置、8 電源、9 配線、10 局所加熱ヒータ、11 AlN結晶。
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