JP4552516B2 - Method for producing AlN single crystal - Google Patents
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Description
本発明は化合物半導体単結晶の製造方法に関し、特に六方晶系のAlN単結晶の製造方法の改善に関する。 The present invention relates to a method for producing a compound semiconductor single crystal, and more particularly to an improvement in a method for producing a hexagonal AlN single crystal.
近年では、化合物半導体単結晶を利用して種々の電子デバイスが作製されている。化合物半導体単結晶の中でも、六方晶系のAlxGayIn1-(x+y)N(0<x≦1,0≦y<1,x+y≦1)単結晶は、種々の電子デバイスを作製するために好ましく用いられ得る。なお、本願明細書において、AlxGayIn1-(x+y)N(0<x≦1,0≦y<1,x+y≦1)半導体をAlGaInN系半導体と略称することもある。 In recent years, various electronic devices have been manufactured using compound semiconductor single crystals. Among compound semiconductor single crystals, hexagonal Al x Ga y In 1- (x + y) N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, x + y ≦ 1) single crystals are used for various electronic devices. It can be preferably used for making. In the present specification, an Al x Ga y In 1- (x + y) N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, x + y ≦ 1) semiconductor may be abbreviated as an AlGaInN-based semiconductor.
ところで、シリコンの単結晶に比べて、AlGaInN系半導体の単結晶は育成が容易ではない。AlGaInN系半導体の単結晶のなかでも、特にAlN単結晶の育成は容易ではない。より具体的には、大口径ウエハを得ることができる大きなAlN単結晶を育成することが容易ではない。また、AlN単結晶を高い成長速度で効率よく育成することが容易ではない。さらに、転位密度が小さくて不純物濃度の小さな高品質のAlN単結晶を育成することが容易ではない。 Incidentally, it is not easy to grow an AlGaInN-based semiconductor single crystal as compared to a silicon single crystal. Among the AlGaInN semiconductor single crystals, it is not easy to grow an AlN single crystal. More specifically, it is not easy to grow a large AlN single crystal capable of obtaining a large-diameter wafer. Further, it is not easy to efficiently grow an AlN single crystal at a high growth rate. Furthermore, it is not easy to grow a high-quality AlN single crystal having a low dislocation density and a low impurity concentration.
このように育成が容易ではないAlN単結晶の製造方法に関連して、特許文献1の米国特許第5858086号においては、昇華法を用いて比較的高い成長速度(0.5mm/hr)でAlN結晶を育成する方法が報告されている。また、特許文献2の米国特許6296956号では、1インチ径以上で不純物量が450ppm以下のAlN結晶を育成する方法が報告されている。さらに、特許文献3の米国特許第6001748号では、10mm×10mm×0.3mm以上の比較的大きな寸法のAlN結晶を育成する方法が報告されている。
特許文献1から3において述べられているように、AlN単結晶の育成に関して、比較的速い成長速度で育成する方法、比較的低不純物濃度の単結晶を育成する方法、比較的大きな口径の単結晶を育成する方法などが試みられている。 As described in Patent Documents 1 to 3, regarding the growth of AlN single crystals, a method of growing at a relatively high growth rate, a method of growing a single crystal having a relatively low impurity concentration, and a single crystal having a relatively large diameter There have been attempts to cultivate food.
しかしながら、一般に、大型で高品質のAlN単結晶を速い成長速度で効率的に育成することは現状においても容易ではなく、その育成方法の改善が望まれている。特に、六方晶のAlN結晶においては、結晶成長の容易な方向や転位の伝播し易い方向に関して結晶学的方位に依存した異方性がある。したがって、六方晶のAlN結晶に関しては、小さな種結晶から大口径のバルク単結晶への育成や、良好な品質の単結晶を育成することが容易ではない。また、種結晶として利用できる六方晶のAlN結晶は、通常は数mm角程度の大きさに制限されている。 However, in general, it is not easy to grow a large, high-quality AlN single crystal efficiently at a high growth rate, and improvement of the growing method is desired. In particular, hexagonal AlN crystals have anisotropy depending on crystallographic orientation with respect to the direction in which crystal growth is easy and the direction in which dislocations are easy to propagate. Therefore, it is not easy to grow a hexagonal AlN crystal from a small seed crystal to a large-diameter bulk single crystal or to grow a single crystal of good quality. Moreover, the hexagonal AlN crystal that can be used as a seed crystal is usually limited to a size of several millimeters square.
より具体的には、たとえば昇華法を利用したAlN結晶の成長方法として、自然核生成による結晶成長と、SiC基板上のヘテロエピタキシャル結晶成長とが知られている。しかし、これらのいずれの場合でも、大型で高品質のAlN結晶を安定して得ることは、それぞれ下記の理由で困難である。 More specifically, for example, as a method for growing an AlN crystal using a sublimation method, crystal growth by natural nucleation and heteroepitaxial crystal growth on a SiC substrate are known. However, in any of these cases, it is difficult to stably obtain a large and high-quality AlN crystal for the following reasons.
たとえば、自然核生成では、良好な品質の単結晶が得られるが、その単結晶サイズに限界がある。すなわち、複数の箇所で結晶核が生成するので、その成長可能サイズに限界があり、また結晶収率が低い。さらに、結晶核の生成場所を特定できないので、成長速度の制御が困難でその再現性(安定性)も低い。 For example, in natural nucleation, a single crystal of good quality can be obtained, but the single crystal size is limited. That is, since crystal nuclei are generated at a plurality of locations, there is a limit to the size that can be grown, and the crystal yield is low. Furthermore, since the generation location of crystal nuclei cannot be specified, it is difficult to control the growth rate and the reproducibility (stability) is low.
他方、ヘテロ成長では、比較的大口径の結晶成長が可能だが、得られる結晶の品質が十分ではない。たとえば、SiC基板とその上に成長させられるAlN結晶との間における格子ミスマッチに起因して、AlN結晶の品質の低下が生じやすい。また、SiC基板とAlN結晶との間における熱膨張率差による反りの発生やクラックの発生が生じやすい。特に、AlN単結晶は、AlGaInN系単結晶の中でもクラックが生じやすい問題がある。さらに、基板からの不純物の拡散によって、AlN結晶の純度が低下しやすい。 On the other hand, in hetero-growth, relatively large-diameter crystals can be grown, but the quality of the crystals obtained is not sufficient. For example, the quality of the AlN crystal is likely to deteriorate due to lattice mismatch between the SiC substrate and the AlN crystal grown thereon. Further, warpage and cracks are likely to occur due to a difference in thermal expansion coefficient between the SiC substrate and the AlN crystal. In particular, the AlN single crystal has a problem that cracks are likely to occur among the AlGaInN single crystals. Furthermore, the purity of the AlN crystal tends to decrease due to the diffusion of impurities from the substrate.
そこで、大口径のAlN単結晶を得るために、大口径の異種基板(SiC基板、Al2O3基板など)と育成されるべきAlN単結晶との間にバッファ相として非晶質層を形成したり、転位を遮断するためのマスク層を形成することなどによって良好品質の結晶を育成しようとする方法が試みられてきたが、未だ十分な結晶品質が得られるに至っていない。 Therefore, in order to obtain a A l N single crystal having a large diameter, dissimilar substrate (SiC substrate, Al, etc. 2 O 3 substrate) of large-diameter amorphous layer as a buffer phase between the AlN single crystal to be grown and Attempts have been made to grow crystals of good quality by forming a mask layer or forming a mask layer for blocking dislocations, but sufficient crystal quality has not yet been obtained.
このような先行技術の状況に鑑み、本発明は、六方晶のAlN結晶の育成方法を改善し、比較的大口径で高品質のAlN単結晶を高い成長速度で効率よく提供することを目的としている。 In view of such a state of the prior art, the present invention aims to improve a method for growing a hexagonal AlN crystal and efficiently provide a high-quality AlN single crystal having a relatively large diameter and a high growth rate. Is doing.
本発明によるAlN単結晶の製造方法は、昇華法とHVPE(ハライド気相エピタキシ)法の少なくとも一方を利用して六方晶系のAlN単結晶を育成する過程において、単結晶が<0001>方向に優先成長する条件で結晶成長させる工程と、その後に単結晶が<0001>方向と交差する方向に優先成長する条件で結晶成長させる工程とを含むことを特徴としている。 The method for producing an AlN single crystal according to the present invention is a method of growing a hexagonal AlN single crystal using at least one of a sublimation method and an HVPE (halide vapor phase epitaxy) method in the <0001> direction. a step of crystal growth in the preferred growing conditions, then the single crystal is characterized in that it comprises a step of crystal growth under conditions that preferentially grown in a direction intersecting the <0001> direction.
すなわち、AlNの結晶成長には昇華法が好ましく利用され得る。また、育成される単結晶の厚み方向と横方向の少なくとも一方向の結晶成長にHVPE(ハライド気相エピタキシ)法が利用されることが好ましく、特に昇華法と組み合わせて好ましく用いられ得る。That is, the sublimation method can be preferably used for crystal growth of AlN. The HVPE (halide vapor phase epitaxy) method is preferably used for crystal growth in at least one direction of the thickness direction and the lateral direction of the single crystal to be grown, and can be preferably used particularly in combination with the sublimation method.
なお、<0001>方向と交差する方向は、<10−10>方向であり得る。また、育成されるAlN単結晶は、同一のAlNの種結晶上にホモエピタキシャル成長させられることが好ましい。 Note that the direction intersecting the <0001> direction may be the <10-10> direction. The grown AlN single crystal is preferably homoepitaxially grown on the same AlN seed crystal .
本発明による上述のような製造方法によって得られた六方晶系のAlN単結晶は、種々の電子デバイスの作製に利用され得る。そのような電子デバイスは、発光ダイオード、レーザダイオード、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(高電子移動度トランジスタ)、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視・紫外光センサ、および弾性表面波デバイスなどであり得る。 AlN single crystal of a hexagonal system obtained by the manufacturing method as above mentioned Ru good in the present invention can be utilized in the fabrication of various electronic devices. Such electronic devices include light emitting diodes, laser diodes, rectifiers, bipolar transistors, field effect transistors, HEMTs (high electron mobility transistors), temperature sensors, pressure sensors, radiation sensors, visible / ultraviolet light sensors, and surface acoustic waves. It can be a device or the like .
本発明の結晶育成方法によれば、従来にない大口径で高品質のAlN単結晶を再現性よく安定して得ることができ、その単結晶は種々の電子デバイスの作製に利用することができる。 According to the crystal growth method of the present invention, an unprecedented large-diameter and high-quality AlN single crystal can be stably obtained with good reproducibility, and the single crystal can be used for manufacturing various electronic devices. .
たとえば、AlN単結晶の表面の50%以上の範囲(周縁部の結晶品質が低下しやすい)において転位密度を1x107cm-2以下に低減させることができ、好条件下では転位密度を1×105cm-2以下に低減させることも可能である。 For example, the dislocation density can be reduced to 1 × 10 7 cm −2 or less in a range of 50% or more of the surface of the AlN single crystal (peripheral crystal quality is liable to deteriorate). It is also possible to reduce it to 10 5 cm −2 or less.
本発明では、大口径のAlN単結晶を育成する過程において、その成長方位を少なくとも二段階に変化させる。このような単結晶育成方法によって、1インチ径以上で厚さ500μm以上のAlN単結晶を得ることができ、好条件下では2インチ径以上で厚さ500μm以上の単結晶を得ることもできる。特に、AlN種結晶上へAlN単結晶をホモエピタキシャル成長させることが好ましく、この手法では5mm角程度以下の比較的小型サイズの種結晶でも下地基板として用いることができる。 In the present invention, in the process of growing a large-diameter AlN single crystal, the growth orientation is changed in at least two stages. By such a single crystal growth method, an AlN single crystal having a diameter of 1 inch or more and a thickness of 500 μm or more can be obtained. Under favorable conditions, a single crystal having a diameter of 2 inches or more and a thickness of 500 μm or more can also be obtained. In particular, it is preferable to homoepitaxially grow an AlN single crystal on an AlN seed crystal. With this method, a relatively small-sized seed crystal of about 5 mm square or less can be used as a base substrate.
結晶成長方向は、少なくとも結晶の厚み方向と口径方向とに2段階に変更させられる。たとえば、{0001}面(C面と略称される)に垂直な方向に結晶の厚さが増大するように成長させられ、その後に、{0001}面に対して交差する{10−10}面(M面と略称される)、{11−20}面(A面と略称される)、{10−11}面(S面と略称される)、または{10−12}面(R面と略称される)に垂直な方向に結晶成長させることができる。 The crystal growth direction is changed in two stages at least in the thickness direction and the diameter direction of the crystal. For example, the {10} plane which is grown so that the thickness of the crystal increases in a direction perpendicular to the {0001} plane (abbreviated as C plane) and then intersects the {0001} plane (Abbreviated as M plane), {11-20} plane (abbreviated as A plane), {10-11} plane (abbreviated as S plane), or {10-12} plane (R plane) The crystal can be grown in a direction perpendicular to (abbreviated).
ところで、AlN結晶を高速で成長させるためには表面が安定なC面に垂直な方向へ成長させることが好ましいが、成長初期に発生した転位が<0001>軸(c軸と略称される)方向へ伝播しやすい。そこで、結晶成長方向の一つとして、c軸に対して直交する方向(たとえばM面またはA面に垂直な方向)を選択することによって、転位の少ない結晶を得やすくなる。 By the way, in order to grow an AlN crystal at a high speed, it is preferable to grow the surface in a direction perpendicular to the stable C-plane. Easy to propagate to. Therefore, by selecting a direction perpendicular to the c-axis (for example, a direction perpendicular to the M-plane or A-plane) as one of the crystal growth directions, a crystal with few dislocations can be easily obtained.
結晶成長方向を変更する方法の具体例として、以下の昇華法またはHVPE法を利用することができる。 As a specific example of the method for changing the crystal growth direction, the following sublimation method or HVPE method can be used.
昇華法でAlN単結晶を育成する場合、およそ2000℃未満の種結晶温度ではC面に垂直な方向へ優先的に結晶成長し、およそ2200℃以上の種結晶温度ではM面(またはC面に交差する他の面)に垂直な方向へ優先的に結晶成長する。したがって、これらの異なる成長温度における結晶成長を時間的に前後して行うことによって、成長方向の異なる二段階の結晶成長が可能である。 When an AlN single crystal is grown by the sublimation method, the crystal grows preferentially in the direction perpendicular to the C plane at a seed crystal temperature of less than about 2000 ° C., and the M plane (or C plane at a seed crystal temperature of about 2200 ° C. or higher). The crystal grows preferentially in the direction perpendicular to the other plane intersecting. Accordingly, two-stage crystal growth in different growth directions is possible by performing crystal growth at these different growth temperatures before and after the time.
なお、昇華法においては、原料ガス供給量などが同一条件の下では、C面に垂直な方向に比べてM面に垂直な方向への結晶成長速度が小さい。ここで、M面に垂直な方向においてもC面に垂直な方向と同程度の成長速度を得ようとして原料ガス供給量などの条件を変更すれば、多結晶や欠陥が生成しやすくなる。この場合に、M面に対してほぼ平行に原料ガスを供給することによって、多結晶や欠陥の生成を抑制することができる。 In the sublimation method, the crystal growth rate in the direction perpendicular to the M plane is smaller than the direction perpendicular to the C plane under the same conditions such as the amount of source gas supply. Here, in the direction perpendicular to the M plane, if conditions such as the supply amount of the source gas are changed so as to obtain the same growth rate as that in the direction perpendicular to the C plane, polycrystals and defects are easily generated. In this case, the generation of polycrystals and defects can be suppressed by supplying the source gas substantially parallel to the M plane.
昇華法において成長温度を段階的に変化させて結晶成長を行う場合、その成長温度の変更に長時間を要すれば、結晶成長モードが変化する遷移領域が生じたり成長表面への不純物ガスの汚染などの恐れが高まり、良好な結晶が得られなくなる恐れがある。したがって、たとえば一方向への結晶成長が終了した後に種結晶への昇華種の輸送を遮断して、次の方向の結晶成長のための温度ゾーンへ瞬時に坩堝(種結晶と原料)を移動させることなどによって、成長温度の変更に伴う他の条件の変化を抑制することが望ましい。 When crystal growth is performed by gradually changing the growth temperature in the sublimation method, if it takes a long time to change the growth temperature, a transition region in which the crystal growth mode changes is generated, or impurity gas is contaminated on the growth surface. There is a risk that good crystals cannot be obtained. Therefore, for example, after the crystal growth in one direction is completed, the transport of sublimation seeds to the seed crystal is interrupted, and the crucible (seed crystal and raw material) is instantaneously moved to the temperature zone for crystal growth in the next direction. Therefore, it is desirable to suppress changes in other conditions accompanying changes in the growth temperature.
HVPE法では、種結晶の結晶面にほぼ依存して結晶が成長する。したがって、たとえば種結晶のC面を原料ガスの輸送方向に対向させておけば、主にC面に垂直な方向へ結晶を成長させることができる。同様に、種結晶のM面を原料ガスの輸送方向に対向させれば、主にM面に垂直な方向への結晶を成長させることができる。なお、HVPE法は、昇華法に比べて、育成される単結晶の高純度化や各種ドーピングが比較的容易であるという特徴がある。 In the HVPE method, crystals grow almost depending on the crystal plane of the seed crystal. Therefore, for example, if the C plane of the seed crystal is opposed to the transport direction of the source gas, the crystal can be grown mainly in the direction perpendicular to the C plane. Similarly, if the M plane of the seed crystal is opposed to the transport direction of the source gas, it is possible to grow a crystal mainly in a direction perpendicular to the M plane. Note that the HVPE method has a feature that the single crystal to be grown is highly purified and various types of doping are relatively easy compared to the sublimation method.
本発明による上述のような昇華法およびHVPE法は、大口径の種結晶が得られにくくかつ結晶成長の異方性が強いAlN単結晶の育成に特に好ましく適用され得るものである。 The above-described sublimation method and HVPE method according to the present invention can be particularly preferably applied to the growth of AlN single crystals in which large-diameter seed crystals are difficult to obtain and the crystal growth anisotropy is strong.
(実施形態1)
図1のブロック図において、本発明の昇華法による化合物半導体単結晶の製造に好ましく用いられ得る単結晶育成装置の一例が模式的に図解されている。この単結晶育成装置は石英管1を備えており、その内部において支持台2に支持された断熱材容器3内に黒鉛坩堝4が収められている。石英管1の外周にはRF(高周波)電源5に接続されたコイル6が配置されている。なお、黒鉛坩堝4と高周波コイル6との間の相対的位置関係は、石英管1の外部から高さ調整が可能な支持台2の高さを変化させることによって、またはコイル6の位置を変化させることによって変えることができ、それによって黒鉛坩堝4の温度分布を変化させることができる。また、コイル6を上部と下部に分割し、それぞれの部分に印加される高周波電力をRF電源5で個別に制御することによって、黒鉛坩堝4の温度分布を変化させることも可能である。
(Embodiment 1)
In the block diagram of FIG. 1, an example of a single crystal growing apparatus that can be preferably used for manufacturing a compound semiconductor single crystal by the sublimation method of the present invention is schematically illustrated. This single crystal growing apparatus includes a quartz tube 1, and a
坩堝4内に種結晶と昇華用原料粉末がセットされれば、石英管1の内部はバルブ7を介してロータリーポンプ8によって排気される。石英管1の内部が排気されればバルブ7が閉じられ、窒素ガス(N2)ボンベ9から流量計10を介して石英管1内に窒素ガスが導入され、その後は石英管1内が常圧の窒素ガス雰囲気に維持される。
If the seed crystal and the sublimation raw material powder are set in the
石英管1内が常圧の窒素ガス雰囲気に維持された状態において、RF電源5からコイル6に高周波電力が印加され、黒鉛坩堝4が誘導加熱され得る。断熱材容器3は、その上部と下部に坩堝4の温度を測定するための穴(図1において図示せず)を有している。坩堝4の上部の温度は、上部ミラー11aを介して上部光学式温度計12aによって測定され得る。同様に、坩堝4の下部の温度は、下部ミラー11bを介して下部光学式温度計12bによって測定され得る。
In a state where the inside of the quartz tube 1 is maintained in a nitrogen gas atmosphere at normal pressure, high frequency power is applied from the
図2の模式的な断面図は、本発明の実施形態1において図1の結晶育成装置内にセットされる黒鉛坩堝4内を模式的に図解している。図1中の断熱材容器3は図2に示されているように、断熱材容器本体3aと断熱材蓋3bを含んでいる。断熱材蓋3bの中央部は、黒鉛坩堝4の上部の温度を上部光学式温度計12aで測定するための穴3cを含んでいる。同様に、断熱材容器本体3aの底部は、黒鉛坩堝4の下部の温度を下部光学式温度計12bで測定するための穴3dを含んでいる。
2 schematically illustrates the inside of the
そのような断熱材容器3に収納されている黒鉛坩堝4は、黒鉛容器4aと黒鉛蓋4bを含んでおり、昇華析出反応容器13aとその蓋13bを収容している。これらの反応容器13aとその蓋13bは、たとえばPG(熱分解黒鉛)コートされたカーボンまたはBN(窒化ホウ素)で形成されていることが好ましい。反応容器13a内には、AlN粉末が装填される。蓋13bは下部が拡大された穴13cを有し、AlN種結晶15aがその穴13cに対面するように蓋13b上に載置される。
The
本実施形態1では、主面としてC面を有する5mm径で500μm厚さのAlN種結晶15aが、図2に示されているように、反応容器13aの蓋13b上に載置される。この状態で、以下の2段階の結晶成長(A)および(B)が行われる。
In the first embodiment, an AlN seed crystal 15a having a C-plane as a main surface and a diameter of 5 mm and a thickness of 500 μm is placed on the
まず、結晶成長(A)では、RF加熱コイル6によって、窒素雰囲気中の坩堝4の上部を1900℃に加熱しかつその下部を2000℃に加熱して、AlN粉末14からAlNを昇華させて種結晶15aの主面であるC面上に析出させる。このような加熱を約10時間継続することによって、約5mm径で4mm厚さのAlN単結晶を形成することができる。すなわち、結晶成長(A)の場合、結晶は主に厚さ方向のみに成長しており、C面に垂直な方向への優先成長であることがわかる。
First, in crystal growth (A), the upper part of the
その後、結晶成長(B)では、さらに坩堝4の上部を2300℃に加熱しかつその下部を2400℃に加熱することによって、さらにAlNを昇華析出させる。このような加熱を約20時間継続することによって、約1インチ径で5mm厚さのAlN結晶を形成することができる。すなわち、結晶成長(B)の場合、結晶が主に横方向のみに成長しており、M面に垂直な方向への優先成長であることがわかる。
Thereafter, in the crystal growth (B), the upper portion of the
(実施形態2)
実施形態2においては、実施形態1における結晶成長(A)と(B)が逆順序でおこなわれる。このような実施形態2においても、実施形態1の場合と同様に、約1インチ径で5mm厚さのAlN単結晶を得ることができる。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, crystal growth (A) and (B) in the first embodiment are performed in reverse order. In
(実施形態3)
図3の模式的な断面図において、本発明のHVPE法による化合物半導体単結晶の製造に好ましく用いられ得る単結晶育成装置の一例が模式的に図解されている。この単結晶育成装置は石英管21を備えており、その内部において支持台22上に種結晶15bが支持される。支持台22は石英管21の横から挿入された支持棒22aに結合されており、その支持棒22aを回転させることによって種結晶15bの向きを変えることができる。石英管21の周囲には、図示されていないヒータが配置されている。石英管21内には第1および第2のガス導入管23、24からHVPE用の原料ガスが導入され、HVPEに寄与しなかった残余のガスは排出ポート25から排出される。
(Embodiment 3)
In the schematic cross-sectional view of FIG. 3, an example of a single crystal growing apparatus that can be preferably used for manufacturing a compound semiconductor single crystal by the HVPE method of the present invention is schematically illustrated. This single crystal growing apparatus includes a
本実施形態3においては、実施形態1または2によって得られるAlNウエハが種結晶15bとして利用され得る。たとえば、そのAlN種結晶15bはC面の主面を有し、約1インチ径で1.5mm厚さを有し得る。このようなAlNウエハ15b上に、HVPE法を用いてC面に垂直な方向に結晶成長させられる。 すなわち、石英管21内へ、第1ガス導入管23からAlCl3が導入され、同時に第2ガス導入管24からNH3が導入される。これらのガスは、1000℃に保持された種結晶15bの主面であるC面に吹き付けられる。その結果、HVPEによって、約1インチ径で3.5mm厚さのAlN単結晶が得られる。この場合、原料ガスが吹き付けられる種結晶15bのC面に垂直な方向へ優先成長することがわかる。
In the third embodiment, the AlN wafer obtained by the first or second embodiment can be used as the
(実施形態4)
実施形態4においても、実施形態3の場合と同様に図3の装置によるHVPE法が利用され、たとえば約5mm径で300μm厚さのAlNウエハが種結晶15bとして用いられる。しかし、実施形態4における種結晶15bは、その主面としてM面を有している。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, the HVPE method using the apparatus shown in FIG. 3 is used as in the third embodiment. For example, an AlN wafer having a diameter of about 5 mm and a thickness of 300 μm is used as the
まず、実施形態4の種結晶15bの主面であるM面が原料ガス流に対面させられ、そのM面に垂直な方向に25mm程度に結晶が成長させられる。その後、支持棒22aをその軸の周りに回転させ、結晶のC面が原料ガス流に対面させられる。そして、そのC面に垂直な方向へさらに25mm程度に結晶が成長させられる。このようにして得られたAlN単結晶から、約25mm×25mm×500μmのAlNウエハが切り出され得る。
First, the M surface, which is the main surface of the
なお、上述の種々の実施形態においてAlN単結晶の育成が説明されたが、HVPE法でAlN単結晶を育成する条件に加えて別系統のガス導入管からGaClおよび/またはInClを供給することによって、AlxGayIn1-(x+y)N(0<x≦1,0≦y<1,x+y≦1)の結晶を同様に形成することも可能である。 Note that growth of AlN single crystals in various embodiments described above it has been describes, supplying GaCl and / or InCl from the gas inlet pipe of another system in addition to the conditions for growing the AlN single crystal by HVPE Thus, a crystal of Al x Ga y In 1- (x + y) N (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, x + y ≦ 1) can be formed in the same manner.
本発明によって上述のようにして得られるAlN単結晶から、C面、A面、R面、M面、S面またはそれらの面から任意の方向に傾けてスライスしたウエハを得ることができる。また、それらのウエハの主面上の10ミクロン角の範囲で2乗平均粗さが500Å以下になるように表面を加工すれば、その領域を利用して種々の電子デバイスを形成することができる。そのような電子デバイスには、発光ダイオード、レーザダイオード、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、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視・紫外光センサ、弾性表面波デバイスなどが含まれる。 From the AlN single crystal obtained as described above according to the present invention, it is possible to obtain a wafer sliced by tilting in any direction from the C plane, A plane, R plane, M plane, S plane or those planes. Also, if the surface is processed so that the root mean square roughness is 500 mm or less in the range of 10 microns square on the main surface of those wafers, various electronic devices can be formed using that region. . Such electronic devices include light emitting diodes, laser diodes, rectifiers, bipolar transistors, field effect transistors, HEMTs, temperature sensors, pressure sensors, radiation sensors, visible / ultraviolet light sensors, surface acoustic wave devices, and the like.
以上のように、本発明によれば、大口径で高品質の六方晶のAlN単結晶を高い成長速度で効率よく提供することができ、そのようなAlN単結晶は種々の電子デバイスの作製に利用することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently provide high quality hexagonal AlN single crystal at a high growth rate in large diameter, such AlN single crystal for the production of various electronic devices Can be used .
1 石英管、2 支持台、3 断熱容器、3a 断熱材容器本体、3b 断熱材蓋、3c,3d 温度測定用穴、4 黒鉛坩堝、4a 黒鉛容器、4b 黒鉛蓋、5 RF(高周波)電源、6 コイル、7 バルブ、8 ロータリーポンプ、9 窒素ガスボンベ、10 流量計、11a 上部ミラー、11b 下部ミラー、12a 上部光学式温度計、12b 下部光学式温度計、13a 反応容器、13b 反応容器の蓋、14 AlN粉末、15a,15b AlN種結晶、21 石英管、22 支持台、22a 支持棒、23,24 ガス導入管、25 ガス排出ポート。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Quartz tube, 2 support stand, 3 heat insulation container, 3a heat insulation material container main body, 3b heat insulation material cover, 3c, 3d temperature measurement hole, 4 graphite crucible, 4a graphite container, 4b graphite cover, 5 RF (high frequency) power supply, 6 coil, 7 valve, 8 rotary pump, 9 nitrogen gas cylinder, 10 flow meter, 11a upper mirror, 11b lower mirror, 12a upper optical thermometer, 12b lower optical thermometer, 13a reaction vessel, 13b reaction vessel lid, 14 AlN powder, 15a, 15b AlN seed crystal, 21 quartz tube, 22 support base, 22a support rod, 23, 24 gas introduction tube, 25 gas exhaust port.
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---|---|---|---|---|
JP2001181096A (en) * | 1999-12-24 | 2001-07-03 | Toyoda Gosei Co Ltd | Method for producing iii group nitride compound semiconductor and iii group nitride compound semiconductor element |
JP2003527296A (en) * | 2000-03-13 | 2003-09-16 | アドバンスド.テクノロジー.マテリアルス.インコーポレイテッド | III-V nitride substrate bowl and method of making and using III-V nitride substrate bowl |
JP2002203793A (en) * | 2000-12-28 | 2002-07-19 | Sanyo Electric Co Ltd | Nitride-based semiconductor device and its formation method |
JP2003142414A (en) * | 2001-11-02 | 2003-05-16 | Nichia Chem Ind Ltd | Method for growing nitride semiconductor |
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