[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP4860665B2 - Single crystal thin film structure of boron nitride and manufacturing method thereof - Google Patents

Single crystal thin film structure of boron nitride and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP4860665B2
JP4860665B2 JP2008153465A JP2008153465A JP4860665B2 JP 4860665 B2 JP4860665 B2 JP 4860665B2 JP 2008153465 A JP2008153465 A JP 2008153465A JP 2008153465 A JP2008153465 A JP 2008153465A JP 4860665 B2 JP4860665 B2 JP 4860665B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
substrate
boron nitride
wurtzite
thin film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2008153465A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009298628A (en
Inventor
哲也 赤坂
康之 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2008153465A priority Critical patent/JP4860665B2/en
Publication of JP2009298628A publication Critical patent/JP2009298628A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4860665B2 publication Critical patent/JP4860665B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

本発明は、窒化ホウ素の単結晶薄膜構造および製造方法に関し、より詳細には、準安定なウルツ鉱型の結晶構造を有する窒化ホウ素の単結晶薄膜構造およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a single crystal thin film structure and manufacturing method of boron nitride, and more particularly to a single crystal thin film structure of boron nitride having a metastable wurtzite crystal structure and a manufacturing method thereof.

窒化ホウ素は、6エレクトロンボルト前後以上の広いバンドギャップを有し、また、n型ドーピング及びp型ドーピングも可能であることから、深紫外域の発光ダイオードやレーザーダイオードの材料として有望である。図1に窒化ホウ素の相図を示す。常圧を含む低圧においては、六方晶型窒化ホウ素が安定相であり、高圧においては閃亜鉛鉱型窒化ホウ素が安定相である。また、準安定相であるウルツ鉱型窒化ホウ素が非平衡かつ高圧(数GPa)下で作製されることがある。ウルツ鉱型窒化ホウ素については、その物性的特長として六方晶型および閃亜鉛鉱型窒化ホウ素よりもさらに広いバンドギャップや優れた機械的強度が期待されている。また、窒化物半導体GaN、AlN、InN及びこれらの混晶はウルツ鉱型が安定相であることから、これら窒化物半導体とウルツ鉱型窒化ホウ素とのヘテロ構造の作製や、新機能デバイスへの応用といった可能性も広がる。   Boron nitride has a wide band gap of about 6 electron volts or more, and n-type doping and p-type doping are possible, so it is promising as a material for light-emitting diodes and laser diodes in the deep ultraviolet region. FIG. 1 shows a phase diagram of boron nitride. At low pressure including normal pressure, hexagonal boron nitride is a stable phase, and at high pressure zinc blende type boron nitride is a stable phase. In addition, wurtzite boron nitride that is a metastable phase may be produced under non-equilibrium and high pressure (several GPa). Wurtzite-type boron nitride is expected to have a wider band gap and superior mechanical strength than hexagonal and zinc-blende boron nitride as physical properties. Since nitride semiconductors GaN, AlN, InN and mixed crystals of these are wurtzite types are stable phases, fabrication of heterostructures of these nitride semiconductors and wurtzite type boron nitrides, and new functional devices The possibilities of application will also expand.

図2は、ウルツ鉱型および六方晶型窒化ホウ素の結晶構造の模式図を示している。ウルツ鉱型では、窒素原子とホウ素原子がsp3混成軌道で三次元的に結合し、c軸方向も窒素原子とホウ素原子は強固な共有結合で結びついている。一方、六方晶型では、窒素原子とホウ素原子がsp2混成軌道で二次元的に結合し、シート状の六角形網目構造を形成する。c軸方向(シート間)では、上下の窒素原子とホウ素原子が弱い分子間力で結びついている。 FIG. 2 shows a schematic diagram of the crystal structure of wurtzite and hexagonal boron nitride. In the wurtzite type, nitrogen atoms and boron atoms are three-dimensionally bonded by sp 3 hybrid orbitals, and nitrogen atoms and boron atoms are also bonded by a strong covalent bond in the c-axis direction. On the other hand, in the hexagonal crystal type, a nitrogen atom and a boron atom are two-dimensionally bonded by sp 2 hybrid orbital to form a sheet-like hexagonal network structure. In the c-axis direction (between sheets), the upper and lower nitrogen atoms and boron atoms are connected by a weak intermolecular force.

A. Sawaoka, T. Soma, and S. Saito, “Structure determination of boron nitride transformed by shock compression,” Japan Journal of Applied Physics, vol.13, No.5, pp. 891, 1974.A. Sawaoka, T. Soma, and S. Saito, “Structure determination of boron nitride transformed by shock compression,” Japan Journal of Applied Physics, vol.13, No.5, pp. 891, 1974. F. R. Corrigan and F. P. Bundy, “Direct transitions among the allotropic forms of boron nitride at high pressures and temperatures,” The Journal of Chemical Physics, vol.63, No.9, pp. 3812, 1975.F. R. Corrigan and F. P. Bundy, “Direct transitions among the allotropic forms of boron nitride at high pressures and temperatures,” The Journal of Chemical Physics, vol. 63, No. 9, pp. 3812, 1975. edited by James H. Edgar, “Properties of Group III nitrides,” (London), INSPEC, 1994, p. 11.edited by James H. Edgar, “Properties of Group III nitrides,” (London), INSPEC, 1994, p. 11.

六方晶型および閃亜鉛鉱型窒化ホウ素では、それぞれバルク結晶や薄膜構造が得られているが、ウルツ鉱型窒化ホウ素は、準安定相であるため作製が極めて難しい。熱衝撃法(非特許文献1参照)や高温高圧アニール法(非特許文献2参照)による粉末状のウルツ鉱型窒化ホウ素の形成が報告されているものの、単結晶薄膜や大きなバルク結晶などは現在まで得られていない。特に、ウルツ鉱型窒化ホウ素を発光ダイオードやレーザーダイオードの材料として用いるために必須となる単結晶薄膜の作製が困難である。半導体等の単結晶薄膜は多くの場合、大気圧以下の圧力の下で行われる気相成長法によりエピタキシャル成長することによって得られるが、ウルツ鉱型窒化ホウ素は数GPaの高圧下における準安定相であるためである。   Hexagonal and zinc blende boron nitrides have a bulk crystal and thin film structure, respectively. However, wurtzite boron nitride is a metastable phase and is extremely difficult to produce. Although formation of powdered wurtzite boron nitride by thermal shock method (see Non-Patent Document 1) or high-temperature and high-pressure annealing method (see Non-Patent Document 2) has been reported, single crystal thin films and large bulk crystals are currently available It is not obtained until. In particular, it is difficult to produce a single crystal thin film that is essential for using wurtzite boron nitride as a material for a light emitting diode or a laser diode. Single crystal thin films such as semiconductors are often obtained by epitaxial growth by vapor phase epitaxy performed under a pressure below atmospheric pressure, but wurtzite boron nitride is a metastable phase under a high pressure of several GPa. Because there is.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a single crystal thin film structure of wurtzite boron nitride and a method for manufacturing the same.

このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、c軸の格子定数が6.66オングストローム未満であるウルツ鉱型の結晶構造を有する基板であって、主方位面が(0001)面から±10度以内のオフ角であり、前記基板の前記主方位面上に複数の穴を有する基板と、前記基板の前記主方位面の前記複数の穴を除く部分を覆うアモルファス構造のマスクと、前記マスク上のウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜であって、前記基板の前記複数の穴を充填する単結晶薄膜とを備えることを特徴とするウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造である。   In order to achieve such an object, the invention described in claim 1 is a substrate having a wurtzite type crystal structure having a c-axis lattice constant of less than 6.66 angstroms, wherein the principal orientation plane is ( An amorphous structure having an off angle within ± 10 degrees from the (0001) plane and having a plurality of holes on the main azimuth plane of the substrate and a portion excluding the plurality of holes on the main azimuth plane of the substrate And a single crystal thin film of wurtzite boron nitride on the mask, the single crystal thin film filling the plurality of holes of the substrate. It is a thin film structure.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記基板がAlxGal-xN(0≦x≦1)、ZnO、または、BeOのいずれかであることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the substrate is any one of Al x Gal x N (0 ≦ x ≦ 1), ZnO, or BeO.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2において、前記複数の穴が、直径が10ミクロン以下で深さが前記直径の10分の1以上であることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is characterized in that, in claim 1 or 2, the plurality of holes have a diameter of 10 microns or less and a depth of 1/10 or more of the diameter.

また、請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれかにおいて、前記マスクが酸化ケイ素、酸化アルミニウム、または、窒化ケイ素のいずれかであることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the mask is any one of silicon oxide, aluminum oxide, and silicon nitride.

また、請求項5に記載の発明は、c軸の格子定数が6.66オングストローム未満であるウルツ鉱型の結晶構造を有する基板であって、主方位面が(0001)面から±10度以内のオフ角である基板を設けるステップと、前記基板の前記主方位面上にアモルファス構造のマスクを形成するステップと、前記マスク及び前記基板をエッチングして、前記基板の前記主方位面上に複数の穴を形成するステップと、前記複数の穴の内部に気相成長法によりウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶を成長するステップとを含み、前記ウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶を成長するステップは、前記ウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶が前記複数の穴を充填して前記マスク上に横方向成長し、隣接する穴から横方向成長したウルツ鉱型窒化ホウ素と合体して単結晶薄膜を形成するまで継続することを特徴とするウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造の製造方法である。   The invention according to claim 5 is a substrate having a wurtzite type crystal structure in which the c-axis lattice constant is less than 6.66 angstroms, and the main orientation plane is within ± 10 degrees from the (0001) plane. Providing an off-angle substrate, forming a mask having an amorphous structure on the main orientation surface of the substrate, etching the mask and the substrate, and forming a plurality of on the main orientation surface of the substrate. Forming a wurtzite-type boron nitride single crystal by vapor deposition in the plurality of holes, and growing the wurtzite-type boron nitride single crystal. The wurtzite boron nitride single crystal fills the plurality of holes, grows laterally on the mask, and combines with the wurtzite boron nitride grown laterally from adjacent holes to form a single crystal thin film A method for producing a single crystal thin film structure of wurtzite boron nitride, characterized in that continues until the formation.

また、請求項6に記載の発明は、請求項5において、前記基板がAlxGal-xN(0≦x≦1)、ZnO、または、BeOのいずれかであることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the substrate is any one of Al x Gal x N (0 ≦ x ≦ 1), ZnO, or BeO.

また、請求項7に記載の発明は、請求項5又は6において、前記複数の穴が、直径が10ミクロン以下で深さが前記直径の10分の1以上であることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is characterized in that, in claim 5 or 6, the plurality of holes have a diameter of 10 microns or less and a depth of 1/10 or more of the diameter.

また、請求項8に記載の発明は、請求項5から7のいずれかにおいて、前記マスクが酸化ケイ素、酸化アルミニウム、または、窒化ケイ素のいずれかであることを特徴とする。   The invention described in claim 8 is characterized in that, in any one of claims 5 to 7, the mask is any one of silicon oxide, aluminum oxide, and silicon nitride.

また、請求項9に記載の発明は、請求項5から8のいずれかにおいて、前記気相成長法が0.1〜1気圧、および、1100〜1600Kの条件の下で行われることを特徴とする。   The invention according to claim 9 is characterized in that, in any one of claims 5 to 8, the vapor phase growth method is performed under conditions of 0.1 to 1 atm and 1100 to 1600K. To do.

本発明は、c軸の格子定数が6.66オングストローム未満であるウルツ鉱型の結晶構造を有する基板であって、主方位面が(0001)面から±10度以内のオフ角であり、前記基板の前記主方位面上に複数の穴を有する基板上に窒化ホウ素の単結晶を成長させることにより、ウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造およびその製造方法を提供することができる。   The present invention is a substrate having a wurtzite type crystal structure having a c-axis lattice constant of less than 6.66 angstroms, wherein the main orientation plane is an off angle within ± 10 degrees from the (0001) plane, By growing a single crystal of boron nitride on a substrate having a plurality of holes on the main orientation plane of the substrate, a single crystal thin film structure of wurtzite boron nitride and a method for manufacturing the same can be provided.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図3は、本発明に係るウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造を示している。ウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造300は、c軸の格子定数が6.66オングストローム未満であるウルツ鉱型の結晶構造を有する基板301であって、主方位面301Aが(0001)面から±10度以内のオフ角であり、基板301の主方位面301A上に複数の穴301Bを有する基板301と、基板301の主方位面301Aの複数の穴301Bを除く部分を覆うアモルファス構造のマスク302と、マスク302上のウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜303であって、基板301の複数の穴301Bを充填する単結晶薄膜303とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 3 shows a single crystal thin film structure of wurtzite boron nitride according to the present invention. The wurtzite-type boron nitride single crystal thin film structure 300 is a substrate 301 having a wurtzite-type crystal structure with a c-axis lattice constant of less than 6.66 angstroms, and the main orientation plane 301A is from the (0001) plane. A mask having an off-angle within ± 10 degrees and having a plurality of holes 301B on the main orientation surface 301A of the substrate 301 and an amorphous structure covering a portion excluding the plurality of holes 301B on the main orientation surface 301A of the substrate 301 302 and a single crystal thin film 303 of wurtzite boron nitride on the mask 302, which fills the plurality of holes 301B of the substrate 301.

本発明に係るウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造の製造方法を説明する。まず、c軸の格子定数が6.66オングストローム未満であるウルツ鉱型の結晶構造を有する基板であって、主方位面が(0001)面から±10度以内のオフ角である基板を設ける。ついで、基板の主方位面上にアモルファス構造のマスクを形成する。ついで、マスク302の表面にリソグラフィー法により、複数の穴401が配列されたレジストパターン400を形成する(図4参照)。次に、レジストパターン400を用いてマスク302及び基板301をドライエッチング法等によりエッチングして、基板の主方位面上301Aに複数の穴301Bを形成する(図5参照)。その後、有機溶媒でレジストを除去する。そして、複数の穴301Bの内部に気相成長法によりウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶を成長する。気相成長法によるウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶を成長は、ウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶が複数の穴301Bを充填してマスク上に横方向成長し、隣接する穴から横方向成長したウルツ鉱型窒化ホウ素が合体して単結晶薄膜を形成するまで継続する。   A method for producing a single crystal thin film structure of wurtzite boron nitride according to the present invention will be described. First, a substrate having a wurtzite crystal structure with a c-axis lattice constant of less than 6.66 angstroms and having a main orientation plane with an off angle within ± 10 degrees from the (0001) plane is provided. Next, a mask having an amorphous structure is formed on the main orientation plane of the substrate. Next, a resist pattern 400 in which a plurality of holes 401 are arranged is formed on the surface of the mask 302 by lithography (see FIG. 4). Next, the mask 302 and the substrate 301 are etched by a dry etching method or the like using the resist pattern 400 to form a plurality of holes 301B on the main orientation surface 301A of the substrate (see FIG. 5). Thereafter, the resist is removed with an organic solvent. Then, a single crystal of wurtzite boron nitride is grown inside the plurality of holes 301B by vapor phase growth. A single crystal of wurtzite boron nitride is grown by vapor phase epitaxy. A single crystal of wurtzite boron nitride fills the plurality of holes 301B, grows laterally on the mask, and grows laterally from adjacent holes. Continue until the wurtzite boron nitride coalesces to form a single crystal thin film.

ここで、気相成長法により窒化ホウ素単結晶を成長すると、複数の穴301Bの内部にウルツ鉱型窒化ホウ素が形成されるメカニズムについて述べる。第1に、基板の結晶構造への「引き込み効果」が存在する。基板の結晶構造への「引き込み効果」とは、例えば窒化ガリウム薄膜をMBE法で作製する場合を考えると、閃亜鉛鉱型のGaAs基板の上には、安定相のウルツ鉱型窒化ガリウムではなく、基板の結晶構造を引き継いで準安定相の閃亜鉛鉱型窒化ガリウム単結晶薄膜が成長する現象のことを指す。本発明においては、c軸の格子定数が6.66オングストローム未満であるウルツ鉱型の結晶構造を有する基板301を用いることで、ウルツ鉱型の結晶構造への引き込み効果がある。第2に、c軸方向の圧縮応力の発生が挙げられる。図1の相図に示したように、0.1〜1気圧、および、1100〜1600K等の条件では六方晶型窒化ホウ素が安定相である。六方晶型窒化ホウ素の格子定数は、a0=2.50オングストローム、c0=6.66オングストロームであり、c軸の格子定数が6.66オングストローム未満であるウルツ鉱型の結晶構造を有する基板301を用いると、複数の微小な穴301Bの内部に核形成した六方晶型窒化ホウ素に対して、その底面および側面を取り囲んだ基板301の結晶構造に一致するようにc軸方向の圧縮応力が発生する(図6参照)。六方晶型窒化ホウ素のc軸方向に数GPaの大きな圧縮応力がかかると、上下の窒素原子とホウ素原子が共有結合を形成し、ウルツ鉱型に相転移を起こす(非特許文献2参照)。このことは、図1の相図と良く対応している。これらの2つのメカニズムにより、気相成長法により窒化ホウ素単結晶を成長すると、複数の穴301Bの内部にウルツ鉱型窒化ホウ素が形成される。 Here, the mechanism by which wurtzite boron nitride is formed inside the plurality of holes 301B when a boron nitride single crystal is grown by the vapor phase growth method will be described. First, there is a “pulling effect” on the crystal structure of the substrate. The “drawing effect” on the crystal structure of the substrate is not a stable phase wurtzite gallium nitride on a zinc blende GaAs substrate, for example, when a gallium nitride thin film is produced by the MBE method. This refers to a phenomenon in which a metastable phase zincblende gallium nitride single crystal thin film grows taking over the crystal structure of the substrate. In the present invention, by using the substrate 301 having a wurtzite crystal structure whose c-axis lattice constant is less than 6.66 angstroms, there is an effect of drawing into the wurtzite crystal structure. Secondly, generation of compressive stress in the c-axis direction can be mentioned. As shown in the phase diagram of FIG. 1, hexagonal boron nitride is a stable phase under conditions such as 0.1 to 1 atm and 1100 to 1600 K. Hexagonal boron nitride has a lattice constant of a 0 = 2.50 angstroms and c 0 = 6.66 angstroms, and a substrate having a wurtzite crystal structure with a c-axis lattice constant of less than 6.66 angstroms When 301 is used, a compressive stress in the c-axis direction is applied to hexagonal boron nitride nucleated inside a plurality of minute holes 301B so as to match the crystal structure of the substrate 301 surrounding the bottom and side surfaces. Occurs (see FIG. 6). When a large compressive stress of several GPa is applied in the c-axis direction of hexagonal boron nitride, upper and lower nitrogen atoms and boron atoms form a covalent bond, causing a phase transition in the wurtzite type (see Non-Patent Document 2). This corresponds well with the phase diagram of FIG. With these two mechanisms, when a boron nitride single crystal is grown by the vapor phase growth method, wurtzite boron nitride is formed inside the plurality of holes 301B.

例えば、基板301としてウルツ鉱型BeOを用いた場合、その格子定数はas=2.70オングストローム、cs=4.38オングストロームであるので、[1−100]方向(m軸)の歪をεxx、[11−20]方向(a軸)の歪をεyy、[0001]方向(c軸)の歪をεzzとすると、
εxx=(as−a0)/a0=(2.70−2.50)/2.50=0.08 (1)
εyy=(as−a0)/a0=(2.70−2.50)/2.50=0.08 (2)
εzz=(cs−c0)/c0=(4.38−6.66)/6.66=−0.34 (3)
である。ここで、歪のプラスとマイナスはそれぞれ、引っ張りと圧縮状態を示す。[0001]方向(c軸)の応力σzzは、次の関係式から求められる。
σzz=c13*εxx+c13*εyy+c33*εzz (4)
ここで、c13、c33は弾性定数で、六方晶型窒化ホウ素ではc13=6.2GPa、c33=35.6GPaである(非特許文献3参照)。したがって、式(1)〜(4)から
σzz=6.2*0.08+6.2*0.08+35.6*(−0.34)=−11.1GPa
となり、六方晶型窒化ホウ素にはc軸方向に大きな圧縮応力(11.1GPa)がかかる。同様に、ウルツ鉱型のAlxGal-xN(0≦x≦1)やZnOを用いた場合でも、窒化ホウ素の発生核のc軸方向に少なくとも4GPa以上の圧縮力がかかり、ウルツ鉱型窒化ホウ素薄膜が形成される。基板301はこれらに限定されるものではないことに留意されたい。また、基板301は、主方位面が(0001)面からほぼ±10度以内のオフ角であれば同等の効果が得られることに留意されたい。
For example, when wurtzite BeO is used as the substrate 301, the lattice constants are a s = 2.70 angstroms and c s = 4.38 angstroms, so the strain in the [1-100] direction (m-axis) is reduced. ε xx , where the strain in the [11-20] direction (a axis) is ε yy and the strain in the [0001] direction (c axis) is ε zz ,
ε xx = (a s -a 0 ) / a 0 = (2.70-2.50) /2.50=0.08 (1)
ε yy = (a s −a 0 ) / a 0 = (2.70−2.50) /2.50=0.08 (2)
ε zz = (c s −c 0 ) / c 0 = (4.38−6.66) /6.66=−0.34 (3)
It is. Here, plus and minus of strain indicate a tensile state and a compressed state, respectively. The stress σ zz in the [0001] direction (c-axis) is obtained from the following relational expression.
σ zz = c 13 * ε xx + c 13 * ε yy + c 33 * ε zz (4)
Here, c 13 and c 33 are elastic constants, and c 13 = 6.2 GPa and c 33 = 35.6 GPa in the case of hexagonal boron nitride (see Non-Patent Document 3). Therefore, from equations (1) to (4), σ zz = 6.2 * 0.08 + 6.2 * 0.08 + 35.6 * (− 0.34) = − 11.1 GPa
Thus, a large compressive stress (11.1 GPa) is applied to the hexagonal boron nitride in the c-axis direction. Similarly, even when wurtzite type Al x Gal x N (0 ≦ x ≦ 1) or ZnO is used, a compressive force of at least 4 GPa or more is applied in the c-axis direction of the boron nitride generation nucleus, and wurtzite type nitriding is performed. A boron thin film is formed. Note that the substrate 301 is not limited thereto. It should be noted that the substrate 301 can obtain the same effect if the main azimuth plane has an off angle within about ± 10 degrees from the (0001) plane.

なお、マスク302はアモルファス構造であるので、ウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶が複数の穴301Bを充填してマスク上に横方向成長する際にウルツ鉱型窒化ホウ素の成長になんら影響を与えない。マスク302の材料は、耐熱性のあるアモルファス物質であることが望ましく、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、または、窒化ケイ素等が適している。また、マスク302の厚さは、10ナノメータから2ミクロン程度にすることができる。さらに、マスク302を形成する方法としては、気相成長法、真空蒸着法、または、スパッタ法等がある。   Since the mask 302 has an amorphous structure, it does not affect the growth of the wurtzite boron nitride when the wurtzite boron nitride single crystal fills the plurality of holes 301B and grows laterally on the mask. . The material of the mask 302 is desirably an amorphous substance having heat resistance, and for example, silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride, or the like is suitable. The thickness of the mask 302 can be about 10 nanometers to about 2 microns. Further, as a method for forming the mask 302, there are a vapor deposition method, a vacuum deposition method, a sputtering method, and the like.

また、基板301の複数の穴301Bは、直径が10ミクロン以下で深さが直径の10分の1以上であることが好ましい。直径が小さいほど高い効果が得られると考えられるので、現在技術的に可能な範囲で小さい直径、たとえば0.1ミクロン〜0.5ミクロンの範囲であることがより好ましい。穴の形状は、真円や正六角形などとするとよい。正六角形の直径とは、中心を通る対角線の長さと定義する。ウルツ鉱型は6回対称であるので、正六角形の穴がより好ましい。微小な穴の中心の間隔は、穴の直径の50倍以下で設定することができる。50倍を超えるとマスク上に窒化ホウ素が堆積して選択性が低下するからである。   The plurality of holes 301B in the substrate 301 preferably have a diameter of 10 microns or less and a depth of 1/10 or more of the diameter. It is considered that the smaller the diameter, the higher the effect can be obtained. Therefore, it is more preferable that the diameter is as small as possible in the present technical range, for example, the range of 0.1 to 0.5 microns. The shape of the hole may be a perfect circle or a regular hexagon. The regular hexagonal diameter is defined as the length of a diagonal line passing through the center. Since the wurtzite type is six-fold symmetric, a regular hexagonal hole is more preferable. The space | interval of the center of a micro hole can be set to 50 times or less of the diameter of a hole. This is because if it exceeds 50 times, boron nitride is deposited on the mask and the selectivity is lowered.

気相成長法としては、化学気相成長法(CVD)、有機金属化学気相成長法(MOCVD)、プラズマ援用化学気相成長法(PECVD)、または、分子線エピタキシー法(MBE)等を用いることが可能であるが、特にMOCVDでX線回折の回折強度および半値幅が良くなり良好な結晶性が得られる。MOCVDでの成長手順を具体的に説明すると、基板301をMOCVD装置の反応炉に導入し、キャリアガスの水素を流しながら加熱する。反応炉の圧力は0.1〜1気圧程度が望ましい。基板301の温度が1100〜1600Kに達したら、原料ガスのアンモニアとトリエチルボロンを導入する。この時、マスク302の表面では窒化ホウ素の濡れ性が悪いため成長が起こらず、基板301の微小な穴の中にのみ窒化ホウ素が成長する。   Chemical vapor deposition (CVD), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), plasma-assisted chemical vapor deposition (PECVD), molecular beam epitaxy (MBE), or the like is used as the vapor deposition method. However, the diffraction intensity and full width at half maximum of X-ray diffraction are improved particularly by MOCVD, and good crystallinity is obtained. The growth procedure in MOCVD will be specifically described. A substrate 301 is introduced into a reactor of a MOCVD apparatus and heated while flowing hydrogen as a carrier gas. The pressure in the reactor is preferably about 0.1 to 1 atmosphere. When the temperature of the substrate 301 reaches 1100 to 1600 K, ammonia and triethyl boron as source gases are introduced. At this time, growth does not occur on the surface of the mask 302 due to poor wettability of boron nitride, and boron nitride grows only in minute holes in the substrate 301.

窒化ホウ素の相図を示す図である。It is a figure which shows the phase diagram of boron nitride. ウルツ鉱型および六方晶型窒化ホウ素の結晶構造の模式図を示す図である。It is a figure which shows the schematic diagram of the crystal structure of a wurtzite type and a hexagonal type boron nitride. 本発明に係るウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造を示す図である。It is a figure which shows the single crystal thin film structure of wurtzite type boron nitride concerning the present invention. 本発明に係るウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the single crystal thin film structure of wurtzite type boron nitride based on this invention. 本発明に係るウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the single crystal thin film structure of wurtzite type boron nitride based on this invention. c軸方向の圧縮応力の発生を説明するための図である。It is a figure for demonstrating generation | occurrence | production of the compressive stress of a c-axis direction.

符号の説明Explanation of symbols

300 ウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造
301 基板
301A 主方位面
301B 穴
302 マスク
303 ウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜
400 レジストパターン
401 レジストパターンの穴
300 Wurtzite Boron Nitride Single Crystal Thin Film Structure 301 Substrate 301A Main Orientation Surface 301B Hole 302 Mask 303 Wurtzite Boron Nitride Single Crystal Thin Film 400 Resist Pattern 401 Resist Pattern Hole

Claims (9)

c軸の格子定数が6.66オングストローム未満であるウルツ鉱型の結晶構造を有する基板であって、主方位面が(0001)面から±10度以内のオフ角であり、前記基板の前記主方位面上に複数の穴を有する基板と、
前記基板の前記主方位面の前記複数の穴を除く部分を覆うアモルファス構造のマスクと、
前記マスク上のウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜であって、前記基板の前記複数の穴を充填する単結晶薄膜と
を備えることを特徴とするウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造。
a substrate having a wurtzite crystal structure with a c-axis lattice constant of less than 6.66 angstroms, wherein a main orientation plane is an off angle within ± 10 degrees from a (0001) plane, A substrate having a plurality of holes on an orientation plane;
A mask having an amorphous structure covering a portion of the main orientation surface of the substrate excluding the plurality of holes;
A wurtzite boron nitride single crystal thin film on the mask, the single crystal thin film filling the plurality of holes of the substrate.
前記基板は、AlxGal-xN(0≦x≦1)、ZnO、または、BeOのいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の単結晶薄膜構造。 2. The single crystal thin film structure according to claim 1, wherein the substrate is made of any one of Al x Gal x N (0 ≦ x ≦ 1), ZnO, or BeO. 前記複数の穴は、直径が10ミクロン以下で深さが前記直径の10分の1以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の単結晶薄膜構造。   The single crystal thin film structure according to claim 1 or 2, wherein the plurality of holes have a diameter of 10 microns or less and a depth of 1/10 or more of the diameter. 前記マスクは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、または、窒化ケイ素のいずれかであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の単結晶薄膜構造。   4. The single crystal thin film structure according to claim 1, wherein the mask is any one of silicon oxide, aluminum oxide, and silicon nitride. c軸の格子定数が6.66オングストローム未満であるウルツ鉱型の結晶構造を有する基板であって、主方位面が(0001)面から±10度以内のオフ角である基板を設けるステップと、
前記基板の前記主方位面上にアモルファス構造のマスクを形成するステップと、
前記マスク及び前記基板をエッチングして、前記基板の前記主方位面上に複数の穴を形成するステップと、
前記複数の穴の内部に気相成長法によりウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶を成長するステップと
を含み、
前記ウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶を成長するステップは、前記ウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶が前記複数の穴を充填して前記マスク上に横方向成長し、隣接する穴から横方向成長したウルツ鉱型窒化ホウ素と合体して単結晶薄膜を形成するまで継続することを特徴とするウルツ鉱型窒化ホウ素の単結晶薄膜構造の製造方法。
providing a substrate having a wurtzite crystal structure with a c-axis lattice constant of less than 6.66 angstroms, the main orientation plane having an off angle within ± 10 degrees from the (0001) plane;
Forming an amorphous structure mask on the principal orientation surface of the substrate;
Etching the mask and the substrate to form a plurality of holes on the principal orientation surface of the substrate;
Growing a wurtzite-type boron nitride single crystal inside the plurality of holes by vapor deposition,
The step of growing the single crystal of the wurtzite boron nitride includes the single crystal of the wurtzite boron nitride filling the plurality of holes and laterally growing on the mask and laterally growing from adjacent holes. A process for producing a single crystal thin film structure of wurtzite boron nitride, which is continued until it is united with wurtzite boron nitride to form a single crystal thin film.
前記基板は、AlxGal-xN(0≦x≦1)、ZnO、または、BeOのいずれかであることを特徴とする請求項5に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 5, wherein the substrate is any one of Al x Gal x N (0 ≦ x ≦ 1), ZnO, or BeO. 前記複数の穴は、直径が10ミクロン以下で深さが前記直径の10分の1以上であることを特徴とする請求項5又は6に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 5 or 6, wherein the plurality of holes have a diameter of 10 microns or less and a depth of 1/10 or more of the diameter. 前記マスクは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、または、窒化ケイ素のいずれかであることを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 5, wherein the mask is any one of silicon oxide, aluminum oxide, and silicon nitride. 前記気相成長法は、0.1〜1気圧、および、1100〜1600Kの条件の下で行うことを特徴とする請求項5から8のいずれかに記載の製造方法。   9. The manufacturing method according to claim 5, wherein the vapor phase growth method is performed under conditions of 0.1 to 1 atm and 1100 to 1600K.
JP2008153465A 2008-06-11 2008-06-11 Single crystal thin film structure of boron nitride and manufacturing method thereof Active JP4860665B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008153465A JP4860665B2 (en) 2008-06-11 2008-06-11 Single crystal thin film structure of boron nitride and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008153465A JP4860665B2 (en) 2008-06-11 2008-06-11 Single crystal thin film structure of boron nitride and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009298628A JP2009298628A (en) 2009-12-24
JP4860665B2 true JP4860665B2 (en) 2012-01-25

Family

ID=41545933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008153465A Active JP4860665B2 (en) 2008-06-11 2008-06-11 Single crystal thin film structure of boron nitride and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4860665B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230261138A1 (en) 2020-07-13 2023-08-17 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Light-Emitting Element and Method for Manufacturing the Same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61275197A (en) * 1985-05-30 1986-12-05 Mitsubishi Metal Corp Formation of boron nitride coated film by deposition
US5443032A (en) * 1992-06-08 1995-08-22 Air Products And Chemicals, Inc. Method for the manufacture of large single crystals
JP4556300B2 (en) * 2000-07-18 2010-10-06 ソニー株式会社 Crystal growth method
JP4519693B2 (en) * 2005-03-28 2010-08-04 日本電信電話株式会社 Nitride semiconductor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009298628A (en) 2009-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5526129B2 (en) Method for growing flat semipolar {11-22} plane III-nitride by hydride vapor phase epitaxy (HVPE)
Tomioka et al. Selective-area growth of vertically aligned GaAs and GaAs/AlGaAs core–shell nanowires on Si (111) substrate
JP5638198B2 (en) Laser diode orientation on miscut substrates
CN107275187B (en) Self-supporting gallium nitride layer and preparation method and annealing method thereof
JP5244487B2 (en) Gallium nitride growth substrate and method for manufacturing gallium nitride substrate
JP2008266064A (en) Substrate for semiconductor element and its manufacturing method
JP4672753B2 (en) GaN-based nitride semiconductor free-standing substrate manufacturing method
CN106960781A (en) A kind of gallium nitride film and preparation method thereof and graphene film and preparation method thereof
JP2009524251A (en) Method for promoting the growth of semipolar (Al, In, Ga, B) N via metalorganic chemical vapor deposition
KR101250924B1 (en) Method of synthesizing graphene
US9758902B2 (en) Method for producing 3C-SiC epitaxial layer, 3C-SiC epitaxial substrate, and semiconductor device
Matsuoka et al. GaN Growth on Novel Lattice‐Matching Substrate: Tilted M‐Plane Sapphire
US8168517B2 (en) Method for epitaxial growth and epitaxial layer structure using the method
CN107210195B (en) Semiconductor wafer comprising a monocrystalline group IIIA nitride layer
KR100450781B1 (en) Method for manufacturing GaN single crystal
KR20100104997A (en) Nitride semiconductor substrate having dislocation blocking layer and manufacturing method thereof
JP4860665B2 (en) Single crystal thin film structure of boron nitride and manufacturing method thereof
JP3757339B2 (en) Method for manufacturing compound semiconductor device
EP2230334A1 (en) MULTILAYER SUBSTRATE INCLUDING GaN LAYER, METHOD FOR MANUFACTURING THE MULTILAYER SUBSTRATE INCLUDING GAN LAYER, AND DEVICE
JP2023096845A (en) Template for producing nitride semiconductor film and method for manufacturing the same
US9231053B2 (en) Light emitting diodes having zinc oxide fibers over silicon substrates
KR20130124766A (en) Manufacturing method of semiconductor substrate having defect-free nitride semiconductor for high quality semiconductor device
JP4535935B2 (en) Nitride semiconductor thin film and manufacturing method thereof
US6966948B2 (en) Method to manufacture Indium Nitride quantum dots
KR102723643B1 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20100525

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20100525

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100716

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20100913

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111020

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111028

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111102

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4860665

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141111

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350