JP5426178B2 - Iii族金属窒化物単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
ミクロンに対し、その周期が5
〜20ミクロンである。実施例5では、凸部5 ミクロン、周期約300 ミクロンである。
基板本体に成膜面と側壁面とが設けられた突起および加工凹部を形成する基板加工工程、
基板本体に対して、成膜面、側壁面および加工凹部を被覆するようにIII 族金属窒化物の下地膜を成膜し、下地膜が、成膜面上の単結晶である種結晶膜と、側壁面および加工凹部の底面を被覆する多結晶膜とを有する種結晶形成工程、および
下地膜上にフラックス法または気相法によってIII 族金属窒化物単結晶を育成し、この際隣接する前記突起から成長するIII 族金属窒化物単結晶のa面同士を互いに会合させる単結晶育成工程
を有する。
図1(a)は、本発明で使用できる基板本体1を示す。この基板本体1の成膜面1aは、平滑に加工されており、成膜面1a上に、よく配向された種結晶膜を形成可能である。
-2 0 )を示す。サファイア、窒化ガリウムともに、六方晶系なので、a1、a2、a3は等価であり、(2 -1 -1 0 )、(1 1 -2 0 )、(-1 2 -1 0 )、(-2 1 1 0 )、(-1 -1 2 0 )、(1 -2 1 0 )の6つは等価である。
この6つのうち、a 軸は慣例で(1 1
-2 0 )を用いることが多く、本願でいうa 軸はこのすべての等価な面のことを意味し、(1 1 -2 0 )と表記する場合でも、前記等価な軸をすべて含む。
図4(a)、(b)の例では、基板本体の材料が、六方晶のIII 族金属窒化物単結晶である。そして、突起2の側壁面2aの長手方向Aと基板本体のa軸とが平行である。
図5(a)、(b)の例では、突起2の側壁面2aの長手方向Aと基板本体のa軸とが交差している。そして、この交差角度θが25°以下であり、更に好ましくは20°以下であり、いっそう好ましくは10°以下である。
ガリウム原料物質としては、ガリウム単体金属、ガリウム合金、ガリウム化合物を適用できるが、ガリウム単体金属が取扱いの上からも好適である。
図1、図2を参照しつつ説明した方法に従い、窒化ガリウム単結晶を育成した。
具体的には、直径2インチのc面サファイア基板本体1の表面1aに、深さ25ミクロン、幅0.5mmの溝8を周期0.7mmで多数形成した。このとき、溝方向はサファイアのa 軸(1 1 -2 0)方向に平行とした。この凹部は、ダイサー(ダイヤモンドブレードの番手#400 )により形成した。次いで、基板本体1上に、窒化ガリウム単結晶からなる下地膜10をエピタキシャル成長させ、テンプレート基板9を得た。つまり、成膜面2aは、GaN種結晶のa 面、つまり(1 1 -2 0)面となるように配向させた。
実施例1と同様にして窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、溝8の幅bを0.7mm(周期0.9mm)とした。これ以外は実施例1と同様にして単結晶を育成したところ、単結晶が自然剥離した面積は約9割であった。従って単結晶の剥離しやすさが更に高いことがわかった。
実施例1と同様にして窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、溝8の幅bを0.9mm(周期1.1mm)とした。これ以外は実施例1と同様にして単結晶を育成したところ、単結晶が自然剥離した面積は約10割であった。従って単結晶の剥離しやすさが更に高いことがわかった。
実施例2と同様にしてテンプレート基板を作製した。次いで、ハイドライド気相成長(HVPE)装置のサセプターにテンプレート基板を配置した。常圧で、1100℃まで加熱した後、塩化ガリウム(GaCl)、アンモニア(NH3 )を原料ガスとして種基板上に流し、GaN厚膜を15時間成膜した。その後5 時間かけて室温まで徐冷し、結晶を回収した。2インチの種基板全面に約1.5 mmのGaN結晶が成長していた。面内の厚さバラツキは小さく、10%未満であった。HVPE装置から取り出した時点で、サファイア基板から自然剥離しており、サファイアから分離することが出来た。目視にてクラックは確認されなかった。
GaN
テンプレートを特許文献1の実施例1と同じように作製した。次いで、このテンプレート基板を使用し、上記の実施例1と同様にしてフラックス法で窒化ガリウム単結晶の育成を行った。この結果、MOCVD 法による種結晶膜が完全にメルトバックして、サファイアのみになっており、結晶成長ができなかった。
実施例1と同様にして窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、実施例1とは異なり、成膜面2aは、GaN種結晶のm面、つまり(10−10)面となるように配向させた。
この結果、窒化ガリウム単結晶6を育成でき、また単結晶6をテンプレート基板から自然剥離させることができた。ただし、溝8の上部は多結晶化しており、全体が一様な単結晶ではなかった。
Claims (5)
- 基板本体に成膜面と側壁面とが設けられた突起および加工凹部を形成する基板加工工程、
前記基板本体に対して、前記成膜面、前記側壁面および前記加工凹部を被覆するようにIII 族金属窒化物の下地膜を成膜し、前記下地膜が、前記成膜面上の単結晶である種結晶膜と、前記側壁面および前記加工凹部の底面を被覆する多結晶膜とを有する種結晶形成工程、および
前記下地膜上にフラックス法または気相法によってIII 族金属窒化物単結晶を育成し、この際隣接する前記突起から成長するIII 族金属窒化物単結晶のa面同士を互いに会合させる単結晶育成工程
を有し、育成される前記III 族金属窒化物単結晶が、窒化ガリウム単結晶または窒化アルミニウム単結晶であり、前記下地膜を構成する前記III 族金属窒化物が、窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは窒化アルミニウム−窒化ガリウム固溶体結晶であり、前記育成されたIII 族金属窒化物単結晶を前記下地膜から自然剥離させることを特徴とする、III 族金属窒化物単結晶の育成方法。 - 前記側壁面および前記底面に加工歪みがあることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記突起の前記側壁面の長手方向と前記基板本体のa軸とがなす角度が25°以下であることを特徴とする、請求項1または2記載の方法。
- 前記突起の前記側壁面の長手方向と、前記種結晶膜のa軸とがなす角度が5°以上、30°以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記下地膜上にフラックス法によって前記III 族金属窒化物単結晶を育成することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の方法。
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