JP5515341B2 - Iii族窒化物結晶の成長方法 - Google Patents
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図1および4を参照して、本実施形態のIII族窒化物結晶の成長方法は、主平面12mと複数の側平面12s、12tとを有するIII族窒化物チップ基板12であって、主平面12mの任意の位置における法線がその位置における<0001>方向に対して1.0°以下の傾斜角θを有し、各側平面12s、12tが{10−10}面以外の{hk−(h+k)0}面(ここで、hおよびkは整数)である、III族窒化物チップ基板12を複数準備する工程を備える。
図2を参照して、本実施形態のIII族窒化物結晶の成長方法は、複数のIII族窒化物チップ基板12を、各III族窒化物チップ基板12の主平面12mの法線方向が互いに平行でかつ各III族窒化物チップ基板12の<10−10>方向以外の<hk−(h+k)0>方向(ここで、hおよびkは整数)が互いに平行になるように、各側平面12s、12tを互いに隣接させて配置する工程を備える。
図2を参照して、本実施形態のIII族窒化物結晶の成長方法は、配置された複数のIII族窒化物チップ基板12の主平面12m上に、III族窒化物結晶20を成長させる工程と、を備える。
1.III族窒化物チップ基板を複数準備する工程
(1)III族窒化物母結晶の作製
図4を参照して、III族窒化物母結晶10であるGaN母結晶を以下のようにして作製した。まず、異種下地基板(図示せず)として(111)A面の主平面を有する直径2インチ(50.8mm)で厚さ0.8mmのGaAs基板の主平面上に、スパッタ法によりマスク層として厚さ100nmのSiO2層を形成した。次いで、フォトリソグラフィ法およびエッチングにより、SiO2層(マスク層)に直径が2μmの開口部が4μmのピッチで平面的に六方稠密に配置されたパターンを形成した。ここで、各開口部にはGaAs基板の主平面が露出していた。
図1および4を参照して、GaN母結晶(III族窒化物母結晶10)から、GaNチップ基板の全ての側平面12s,12tが{10−10}面を含まないように、複数のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)を切り出した。切り出された各GaNチップ基板は、5mm×10mm×厚さ800μmであった。具体的には、各GaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)において、5mm×10mmの主表面12mが(0001)面に近い面、5mm×800μmの側平面12sがほぼ(2−310)面、10mm×800μmの側平面12tがほぼ(−2−130)面であった。
図2を参照して、上記のように選別した56枚のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)を、各GaNチップ基板の主平面12mの法線方向が互いに平行で、各GaNチップ基板の<2−310>方向が互いに平行で、かつ、各GaNチップ基板の<−2130>方向が互いに平行になるように、各側平面12s,12を互いに隣接させて配置し、周辺部を除去して、直径2インチの円形基板とした。
図2を参照して、56枚のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)が配置されて形成された上記の円形基板の主平面12m上に、HVPE法により、10体積%の塩化ガリウムガス、20体積%のアンモニアガスおよび70体積%の水素ガスのガス雰囲気下、1135℃の雰囲気温度で約3時間GaN結晶(III族窒化物結晶20)を成長させた。
1.III族窒化物チップ基板を複数準備する工程
図1および2を参照して、各側平面12s,12tの平均粗さRaを2.5nmとしたこと以外は、実施例1と同様にして、複数のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)を準備した。
図2を参照して、実施例1と同様にして、56枚のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)を配置して、周辺部を除去して、直径2インチの円形基板とした。
図2を参照して、実施例1と同様にして、56枚のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)が配置されて形成された上記の円形基板の主平面12m上に、GaN結晶(III族窒化物結晶20)を成長させた。
1.III族窒化物チップ基板を複数準備する工程
図1および2を参照して、各GaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)の主平面12mの中央における法線と<0001>方向とのなす中央傾斜角θ0が0.5°以下のチップ基板を56枚選別したこと以外は実施例1と同様にして、複数のGaNチップ基板を準備した。かかるGaNチップ基板は、実施例1のGaNチップ基板と同様に、中央傾斜角θ0に対して、5mmの辺に対して平行な方向に0.15°以下、10mmの辺に対して平行な方向に0.3°以下の差分傾斜角θ1を有する。すなわち、選別された各GaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)について、主平面12mの任意の位置における法線とその位置における<0001>方向とのなす傾斜角θは、θ=|θ0+θ1|を用いて、0.8°以下と算出された。
図2を参照して、実施例1と同様にして、56枚のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)を配置して、周辺部を除去して、直径2インチの円形基板とした。
図2を参照して、実施例1と同様にして、56枚のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)が配置されて形成された上記の円形基板の主平面12m上に、GaN結晶(III族窒化物結晶20)を成長させた。
1.III族窒化物チップ基板を複数準備する工程
図1および2を参照して、各GaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)の中央傾斜角θ0が1.2°以下となるように、チップ基板を選別したこと以外は実施例1と同様にして、複数のGaNチップ基板を準備した。かかるGaNチップ基板は、実施例1のGaNチップ基板と同様に、中央傾斜角θ0に対して、5mmの辺に対して平行な方向に0.15°以下、10mmの辺に対して平行な方向に0.3°以下の差分傾斜角θ1を有する。すなわち、選別された各GaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)について、主平面12mの任意の位置における法線とその位置における<0001>方向とのなす傾斜角θは、θ=|θ0+θ1|を用いて、1.5°以下と算出された。
図2を参照して、実施例1と同様にして、56枚のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)を配置して、周辺部を除去して、直径2インチの円形基板とした。
図2を参照して、実施例1と同様にして、56枚のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)が配置されて形成された上記の円形基板の主平面12m上に、GaN結晶(III族窒化物結晶20)を成長させた。
1.III族窒化物チップ基板を複数準備する工程
図1および3を参照して、各GaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)の5mm×800μmの側平面12sが(10−10)面、10mm×800μmの側平面12tが(11−20)面となるように、GaNチップ基板を切り出したこと以外は実施例1と同様にして、複数のGaNチップ基板を準備した。かかるGaNチップ基板は、実施例1のGaNチップ基板と同様に、中央傾斜角θ0は0.2°以下であり、また、中央傾斜角θ0に対して、5mmの辺に対して平行な方向に0.15°以下、10mmの辺に対して平行な方向に0.3°以下の差分傾斜角θ1を有する。すなわち、選別された各GaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)について、主平面12mの任意の位置における法線とその位置における<0001>方向とのなす傾斜角θは、θ=|θ0+θ1|を用いて、0.5°以下と算出された。
図3を参照して、実施例1と同様にして、56枚のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)を配置して、周辺部を除去して、直径2インチの円形基板とした。
図3を参照して、実施例1と同様にして、56枚のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)が配置されて形成された上記の円形基板の主平面12m上に、GaN結晶(III族窒化物結晶20)を成長させた。
1.III族窒化物チップ基板を複数準備する工程
図1および2を参照して、実施例1と同様にして複数のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)を準備した。かかるGaNチップ基板は、実施例1のGaNチップ基板と同様に、主平面12mの任意の位置における法線とその位置における<0001>方向とのなす傾斜角θは0.5°以下(ここで、θ=|θ0+θ1|であり、中央傾斜角θ0は0.2°以下、差分傾斜角θ1は0.3°以下)であった。
図2を参照して、実施例1と同様にして、56枚のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)を配置して、周辺部を除去して、直径2インチの円形基板とした。
図2を参照して、56枚のGaNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)が配置されて形成された上記の円形基板の主平面12m上に、III族元素の融液に窒素を溶解させた溶液を用いる溶液法により、GaN結晶(III族窒化物結晶20)を成長させた。
1.III族窒化物チップ基板を複数準備する工程
(1)III族窒化物母結晶の作製
図4を参照して、III族窒化物母結晶10であるAlN母結晶を以下のようにして作製した。まず、異種下地基板(図示せず)として(0001)面の主平面を有する直径2インチ(50.8mm)で厚さ0.5mmのSiC基板の主平面上に、昇華法により、AlN母結晶(III族窒化物母結晶10)を成長させた。
AlN母結晶(III族窒化物母結晶10)から、AlNチップ基板の全ての側平面12s,12tが{10−10}面を含まないように、複数のAlNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)を切り出した。切り出された各AlNチップ基板は、5mm×10mm×厚さ800μmであった。各AlNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)において、5mm×10mmの主表面12mがほぼ(0001)面、5mm×800μmの側平面12sがほぼ(2−310)面、10mm×800μmの側平面12tがほぼ(−2−130)面であった。
図2を参照して、上記のように選別した56枚のAlNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)を、各AlNチップ基板の主平面12mの法線方向が互いに平行で、各GaNチップ基板の<2−310>方向が互いに平行で、かつ、各AlNチップ基板の<−2130>方向が互いに平行になるように、各側平面12s,12tを互いに隣接させて配置し、周辺部を除去して、直径2インチの円形基板とした。
図2を参照して、56枚のAlNチップ基板(III族窒化物チップ基板12)が配置されて形成された上記の円形基板の主平面12m上に、昇華法により、45KPaの雰囲気圧力および2100℃の雰囲気温度で30時間AlN結晶(III族窒化物結晶20)を成長させた。こうして、上記円形基板上に、厚さが約3mmで直径が2インチ(50.8mm)の一体化した結晶成長表面20gが平坦なAlN結晶が得られた。
Claims (3)
- 主平面と複数の側平面とを有するIII族窒化物チップ基板であって、
前記主平面の任意の位置における法線が前記位置における<0001>方向に対して1.0°以下の傾斜角θを有し、各前記側平面が{10−10}面以外の{hk−(h+k)0}面(ここで、hおよびkは整数)である、前記III族窒化物チップ基板を複数準備する工程と、
複数の前記III族窒化物チップ基板を、各前記III族窒化物チップ基板の前記主平面の法線方向が互いに平行でかつ各前記III族窒化物チップ基板の<10−10>方向以外の<hk−(h+k)0>方向(ここで、hおよびkは整数)が互いに平行になるように、各前記側平面を互いに隣接させて配置する工程と、
配置された複数の前記III族窒化物チップ基板の前記主平面上に、III族窒化物結晶を成長させる工程と、を備えるIII族窒化物結晶の成長方法。 - 各前記側平面の平均粗さRaが5nm以下である請求項1に記載のIII族窒化物結晶の成長方法。
- 前記主平面が長方形である請求項1または請求項2に記載のIII族窒化物結晶の成長方法。
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