JP4915282B2 - Iii族窒化物半導体成長用の下地基板およびiii族窒化物半導体の成長方法 - Google Patents
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[2] 前記第1結晶成長面の全周縁に下向きの段差を介して前記第2結晶成長面が連接していることを特徴とする[1]に記載のIII族窒化物半導体成長用の下地基板。
[3] 前記第1結晶成長面が円形であることを特徴とする[1]または[2]に記載のIII族窒化物半導体成長用の下地基板。
[4] 前記第2結晶成長面が環状であり、円形の前記第1結晶成長面と同心であることを特徴とする[3]に記載のIII族窒化物半導体成長用の下地基板。
[5] 前記第2結晶成長面の幅が0.5mm以上であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体成長用の下地基板。
[6] 前記段差の高さが0.1〜5mmであることを特徴とする[1]〜[5]のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体成長用の下地基板。
[7] 前記第1結晶成長面と前記第2結晶成長面が連続している単一部材内に存在することを特徴とする[1]〜[6]のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体成長用の下地基板。
[8] 前記第1結晶成長面を構成する部材と前記第2結晶成長面を構成する部材が異なっていることを特徴とする[1]〜[6]のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体成長用の下地基板。
[9] 前記第1結晶成長面を構成する材料と前記第2結晶成長面を構成する材料がいずれもIII族窒化物半導体の単結晶からなることを特徴とする[1]〜[8]のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体成長用の下地基板。
[10] 前記第1結晶成長面と前記第2結晶成長面を構成する部材が基礎基板上に形成されていることを特徴とする[1]〜[9]のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体成長用の下地基板。
[11] 前記基礎基板がサファイア単結晶基板またはSiC単結晶基板であることを特徴とする[10]に記載のIII族窒化物半導体成長用の下地基板。
[13] 前記下地基板が、結晶成長させるIII族窒化物半導体と同種の単結晶からなることを特徴とする[12]に記載のIII族窒化物半導体の成長方法。
[14] 前記III族窒化物半導体を厚み5mm以上で結晶成長させることを特徴とする[12]または[13]に記載のIII族窒化物半導体の成長方法。
[15] 前記結晶成長をハイドライド気相成長法(HVPE法)により行うことを特徴とする[12]〜[14]のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体の成長方法。
[16] 前記下地基板から前記第2結晶成長面を分離する工程をさらに含むことを特徴とする[12]〜[15]のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体の成長方法。
本発明の下地基板は、第1結晶成長面と前記第1結晶成長面と同じ方向に面している第2結晶成長面を有する下地基板であって、前記第1結晶成長面の周縁の50%以上に下向きの段差を介して前記第2結晶成長面が連接していることを特徴とする。
本発明のIII族窒化物半導体の成長方法は、上記の本発明の下地基板上にIII族窒化物半導体形成用ガスを供給することにより、下地基板上にIII族窒化物半導体を結晶成長させる工程を含むことを特徴とする。結晶成長させるIII族窒化物半導体の種類は特に制限されない。例えばGaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、AlInGaNなどを挙げることができる。好ましいのはGaN、AlN、AlGaNであり、より好ましいのはGaNである。
結晶成長に用いる装置の詳細は特に制限されない。例えば、図1に示すようなHVPE装置を用いることができる。図1のHVPE装置は、リアクター100内に、下地基板112を載置するための基板ホルダー(サセプター)107と、成長させるIII族窒化物半導体の原料を入れるリザーバー105とを備えている。また、リアクター100内にガスを導入するための導入管101〜104と、排気するための排気管108が設置されている。さらに、リアクター100を側面から加熱するためのヒーター106が設置されている。
なお、以下の実施例および比較例では、図1に示すHVPE装置を用いて結晶成長を行った。
表面が(0001)面からなる厚さ430μm、直径76.2mm(3インチ)のサファイア基板上に、MOCVD装置により厚さ4μmのGaN層を成長させた。これを、直径80mm、厚さ20mmのSiCコーティングしたカーボン製の基板ホルダー上に置き、さらにGaN層の上に、表面が(0001)面からなる厚さ400μm、直径54mmのGaN自立基板を搭載し(図2)、HVPE装置のリアクター100内に図1に示すように配置した。
1050℃まで昇温した後、H2キャリアガスG1と、N キャリアガスG2と、GaとHClの反応生成物であるGaClガスG3と、NH3ガスG4とを、導入管101〜104からそれぞれ供給しながら、GaN層を26時間成長させた。このGaN層成長工程において、成長圧力を1.01×105Paとし、GaClガスG3の分圧を3.07×102Paとし、NH3ガスG4の分圧を1.27×104Paとした。GaN層成長工程終了後、室温まで降温し、厚さが約3.8mmのGaN単結晶厚膜を得た。
表面が(0001)面からなる厚さ430μm、直径60mmのサファイア基板上に、MOCVD装置により厚さ4μmのGaN層を成長させた。これを、直径75mm、厚さ20mmのSiCコーティングしたカーボン製の基板ホルダー上に置き、さらにGaN層の上に、表面が(0001)面からなる厚さ400μm、直径54mmのGaN自立基板を搭載し(図2)、HVPE装置のリアクター100内に図1に示すように配置した。
GaN層成長工程の温度、ガス分圧、成長時間は実施例1と同一とした。GaN層成長工程終了後、室温まで降温し、厚さが約4.0mmのGaN単結晶厚膜を得た。
表面が(0001)面からなる厚さ600μm、直径60mmのGaN自立基板の外周部全周にわたって幅約3mm、高さ400μmの段差をつける加工を施した(図3)。これを、直径75mm、厚さ20mmのSiCコーティングしたカーボン製の基板ホルダー上に置き(図4)、HVPE装置のリアクター100内に図1に示すように配置した。
GaN層成長工程の温度、ガス分圧、成長時間は実施例1と同一とした。GaN層成長工程終了後、室温まで降温し、厚さが約4.0mmのGaN単結晶厚膜を得た。
表面が(0001)面からなる厚さ400μm、直径50.8mm(2インチ)のGaN自立基板を、直径75mmのSiCコーティングしたカーボン製の基板ホルダー上に置き(図5)、HVPE装置のリアクター100内に図1に示すように配置した。
GaN層成長工程の温度、ガス分圧、成長時間は実施例1と同一とした。GaN層成長工程終了後、室温まで降温しGaN単結晶厚膜を得た。
表面が(0001)面からなる厚さ400μm、直径50.8mm(2インチ)のGaN自立基板を、直径30mmのSiCコーティングしたカーボン製の基板ホルダー上に置き(図6)、HVPE装置のリアクター100内に図1に示すように配置した。
GaN層成長工程の温度、ガス分圧、成長時間は実施例1と同一とした。GaN層成長工程終了後、室温まで降温し、GaN単結晶厚膜を得た。
実施例1〜3、比較例1および2で得られたGaN結晶の表面状態を目視および光学顕微鏡により観察した。また、結晶断面形状をスライサーで切断後、目視により確認した。さらに、結晶中心部の厚みをマイクロメーターにより測定した。結果を以下の表に示す。
実施例3では、最外周に結晶の異常成長が観察されたが、異常成長した結晶の高さは低く、中心部の直径約54mmの範囲では異常成長や表面荒れがない良質のGaN単結晶厚膜が得られた。
比較例1では、基板端部での異常成長が観察され、表面荒れが激しかった。また中心部の膜厚は約2.5mmであり、同一ガス流量、成長時間で成長した実施例1〜3の結晶よりも約1.3〜1.5mm程度薄かった。
また、比較例2でも、基板端部での異常成長が観察され、表面荒れが激しかった。また中心部の膜厚は約2.2mmであり、同一ガス流量、成長時間で成長した実施例1〜3の結晶よりも1.6〜1.8mm程度薄かった。
101〜104 導入管
105 リザーバー
106 ヒーター
107 基板ホルダー
108 排気管
109 第2結晶成長面を備えた結晶
110 第1結晶成長面を備えた結晶
111 外周に段差加工を施した種結晶基板
112 下地基板
G1 H2キャリアガス
G2 N2キャリアガス
G3 III族原料ガス
G4 V族原料ガス
Claims (10)
- 第1結晶成長面と前記第1結晶成長面と同じ方向に面している第2結晶成長面を有する下地基板であって、
前記第1結晶成長面の全周縁に下向きの段差を介して前記第2結晶成長面が連接しており、
前記第1結晶成長面が円形であり、
前記第2結晶成長面が環状であり、円形の前記第1結晶成長面と同心であり、
前記第2結晶成長面の幅が0.5mm以上であり、
前記段差の高さが0.1〜5mmであり、
前記第1結晶成長面を構成する部材と前記第2結晶成長面を構成する部材が異なっている
ことを特徴とするIII族窒化物半導体成長用の下地基板。 - 第1結晶成長面と前記第1結晶成長面と同じ方向に面している第2結晶成長面を有する下地基板であって、
前記第1結晶成長面の全周縁に下向きの段差を介して前記第2結晶成長面が連接しており、
前記第1結晶成長面が円形であり、
前記第2結晶成長面が環状であり、円形の前記第1結晶成長面と同心であり、
前記第2結晶成長面の幅が0.5mm以上であり、
前記段差の高さが0.1〜5mmであり、
前記第1結晶成長面を構成する材料と前記第2結晶成長面を構成する材料がいずれもIII族窒化物半導体の単結晶からなる
ことを特徴とするIII族窒化物半導体成長用の下地基板。 - 第1結晶成長面と前記第1結晶成長面と同じ方向に面している第2結晶成長面を有する下地基板であって、
前記第1結晶成長面の全周縁に下向きの段差を介して前記第2結晶成長面が連接しており、
前記第1結晶成長面が円形であり、
前記第2結晶成長面が環状であり、円形の前記第1結晶成長面と同心であり、
前記第2結晶成長面の幅が0.5mm以上であり、
前記段差の高さが0.1〜5mmであり、
前記第1結晶成長面と前記第2結晶成長面を構成する部材が基礎基板上に形成されている
ことを特徴とするIII族窒化物半導体成長用の下地基板。 - 前記基礎基板がサファイア単結晶基板またはSiC単結晶基板であることを特徴とする請求項3に記載のIII族窒化物半導体成長用の下地基板。
- 前記第1結晶成長面と前記第2結晶成長面が連続している単一部材内に存在することを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体成長用の下地基板。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の下地基板上にIII族窒化物半導体形成用ガスを供給することにより前記下地基板上にIII族窒化物半導体を結晶成長させる工程を含むことを特徴とするIII族窒化物半導体の成長方法。
- 前記下地基板が、結晶成長させるIII族窒化物半導体と同種の単結晶からなることを特徴とする請求項6に記載のIII族窒化物半導体の成長方法。
- 前記III族窒化物半導体を厚み5mm以上で結晶成長させることを特徴とする請求項6または7に記載のIII族窒化物半導体の成長方法。
- 前記結晶成長をハイドライド気相成長法により行うことを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体の成長方法。
- 前記下地基板から前記第2結晶成長面を分離する工程をさらに含むことを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体の成長方法。
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