JPH07273048A - 化合物半導体単結晶の製造方法、該化合物半導体の単結晶および単結晶基板の製造方法 - Google Patents
化合物半導体単結晶の製造方法、該化合物半導体の単結晶および単結晶基板の製造方法Info
- Publication number
- JPH07273048A JPH07273048A JP6323894A JP6323894A JPH07273048A JP H07273048 A JPH07273048 A JP H07273048A JP 6323894 A JP6323894 A JP 6323894A JP 6323894 A JP6323894 A JP 6323894A JP H07273048 A JPH07273048 A JP H07273048A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- compound semiconductor
- crystal
- nitrogen
- iii
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 III−V族の窒素系化合物単結晶であって、
厚み方向に分割して使用しえるほど肉厚のものを製造し
える化合物半導体単結晶の製造方法、500μm以上の
厚みを有する化合物半導体の単結晶および該単結晶を使
用する単結晶基板の製造方法を提供すること。 【構成】 基板上にバッファ層を形成し該バッファ層上
に気相エピタキシャル成長法によって III族典型元素と
窒素との化合物半導体の単結晶を成長させる該化合物半
導体単結晶の製造方法であって、原料ガスを該 III族典
型元素の塩化物とNH3 とし、結晶成長温度を1000
℃〜1200℃とし、結晶成長時間を5時間以上とする
ことによる化合物半導体単結晶の製造方法。上記方法に
て得ることのできる結晶成長方向に500μm以上の厚
みを有する III族典型元素と窒素との化合物半導体の単
結晶。該 III族典型元素と窒素との化合物半導体の単結
晶を結晶成長方向に対向して分割することによる単結晶
基板の製造方法。
厚み方向に分割して使用しえるほど肉厚のものを製造し
える化合物半導体単結晶の製造方法、500μm以上の
厚みを有する化合物半導体の単結晶および該単結晶を使
用する単結晶基板の製造方法を提供すること。 【構成】 基板上にバッファ層を形成し該バッファ層上
に気相エピタキシャル成長法によって III族典型元素と
窒素との化合物半導体の単結晶を成長させる該化合物半
導体単結晶の製造方法であって、原料ガスを該 III族典
型元素の塩化物とNH3 とし、結晶成長温度を1000
℃〜1200℃とし、結晶成長時間を5時間以上とする
ことによる化合物半導体単結晶の製造方法。上記方法に
て得ることのできる結晶成長方向に500μm以上の厚
みを有する III族典型元素と窒素との化合物半導体の単
結晶。該 III族典型元素と窒素との化合物半導体の単結
晶を結晶成長方向に対向して分割することによる単結晶
基板の製造方法。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光素子の材料等に有
用な化合物半導体単結晶の製造方法およびその製造方法
によって得られる該化合物半導体単結晶、さらには該化
合物半導体単結晶からの単結晶基板の製造方法に関し、
詳しくは、該化合物半導体単結晶が III族典型元素と窒
素との化合物半導体であるものに関する。
用な化合物半導体単結晶の製造方法およびその製造方法
によって得られる該化合物半導体単結晶、さらには該化
合物半導体単結晶からの単結晶基板の製造方法に関し、
詳しくは、該化合物半導体単結晶が III族典型元素と窒
素との化合物半導体であるものに関する。
【0002】
【従来の技術】III族の典型元素と窒素とからなる化合
物半導体は、例えばAlNやGaN等の2元のものか
ら、これらの任意の混晶であるInAlBN、InGa
BN、InGaAlN、InGaAlBN等の多元のも
のまで、発光素子等に有用な半導体材料として知られて
いる。(以下、これらの化合物半導体、即ち、 III族典
型元素と窒素との2元の化合物半導体および、これらの
うちから1以上のものが選択されてなる多元混晶の化合
物半導体単結晶を「 III−V族の窒素系化合物単結晶」
という。) 例えば、上記 III−V族の窒素系化合物単結晶の代表的
なものであるGaN単結晶は、直接遷移型バンド構造を
有するため、高効率の発光が可能であり、かつ、室温で
のバンドギャップが約3.4eVと大きいため青色〜紫
外発光を生じ、半導体デバイスの要求に好適な材料であ
る。しかし、このGaN系単結晶は、結晶成長温度が高
く、また、結晶成長温度付近での窒素の平衡解離圧が高
いため、融液からバルク単結晶を成長させることは極め
て困難である。
物半導体は、例えばAlNやGaN等の2元のものか
ら、これらの任意の混晶であるInAlBN、InGa
BN、InGaAlN、InGaAlBN等の多元のも
のまで、発光素子等に有用な半導体材料として知られて
いる。(以下、これらの化合物半導体、即ち、 III族典
型元素と窒素との2元の化合物半導体および、これらの
うちから1以上のものが選択されてなる多元混晶の化合
物半導体単結晶を「 III−V族の窒素系化合物単結晶」
という。) 例えば、上記 III−V族の窒素系化合物単結晶の代表的
なものであるGaN単結晶は、直接遷移型バンド構造を
有するため、高効率の発光が可能であり、かつ、室温で
のバンドギャップが約3.4eVと大きいため青色〜紫
外発光を生じ、半導体デバイスの要求に好適な材料であ
る。しかし、このGaN系単結晶は、結晶成長温度が高
く、また、結晶成長温度付近での窒素の平衡解離圧が高
いため、融液からバルク単結晶を成長させることは極め
て困難である。
【0003】これに対して、近年、GaNの単結晶を成
長させる方法として、サファイア基板上にZnOをバッ
ファ層として成膜し、その上にGaN単結晶を成長させ
る方法が提案され、この方法の採用によってGaN単結
晶薄膜の品質は向上した。
長させる方法として、サファイア基板上にZnOをバッ
ファ層として成膜し、その上にGaN単結晶を成長させ
る方法が提案され、この方法の採用によってGaN単結
晶薄膜の品質は向上した。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記方法に
よっても、GaNとZnOとの格子不整合は未だ存在す
る。このため得られるGaN単結晶は構造上の欠陥を有
し、また、成長方向の厚みが十分でないため機械的強度
が弱く、しかも、基板側との熱膨張係数の差が大きいた
め、単結晶成長後の冷却時においてGaN単結晶側にク
ラックが発生する等、破損し易いという問題があった。
そのため、従来の成長において、数cm角のサファイア基
板上におよそ300μm厚さのウエハー状のGaN単結
晶を成長させても、室温まで冷却する間にクラックが生
じ、大きくても5×5mm角程度の小面積のGaN単結晶
しか得られなかった。それ故に、上記問題はGaN単結
晶を大面積化するにしたがい顕著なものとなり、非常に
深刻な問題である。
よっても、GaNとZnOとの格子不整合は未だ存在す
る。このため得られるGaN単結晶は構造上の欠陥を有
し、また、成長方向の厚みが十分でないため機械的強度
が弱く、しかも、基板側との熱膨張係数の差が大きいた
め、単結晶成長後の冷却時においてGaN単結晶側にク
ラックが発生する等、破損し易いという問題があった。
そのため、従来の成長において、数cm角のサファイア基
板上におよそ300μm厚さのウエハー状のGaN単結
晶を成長させても、室温まで冷却する間にクラックが生
じ、大きくても5×5mm角程度の小面積のGaN単結晶
しか得られなかった。それ故に、上記問題はGaN単結
晶を大面積化するにしたがい顕著なものとなり、非常に
深刻な問題である。
【0005】本発明の目的は、GaN単結晶だけでな
く、 III−V族の窒素系化合物単結晶に対しても、成長
後の破損を回避でき、得られる単結晶が単独の基板とし
て用い得ることはもとより、厚み方向に分割し複数枚の
単独の基板が得られるほど厚いものであるような該単結
晶の製造方法を提供することである。本発明の他の目的
は、結晶成長方向に500μm以上の厚みを有する III
−V族の窒素系化合物単結晶、特に、結晶成長方向に5
00μm以上の厚みを有するGaN単結晶を提供するこ
とである。
く、 III−V族の窒素系化合物単結晶に対しても、成長
後の破損を回避でき、得られる単結晶が単独の基板とし
て用い得ることはもとより、厚み方向に分割し複数枚の
単独の基板が得られるほど厚いものであるような該単結
晶の製造方法を提供することである。本発明の他の目的
は、結晶成長方向に500μm以上の厚みを有する III
−V族の窒素系化合物単結晶、特に、結晶成長方向に5
00μm以上の厚みを有するGaN単結晶を提供するこ
とである。
【0006】
【課題を解決するための手段】ところで、従来の技術水
準下においては、 III−V族の窒素系化合物単結晶、特
にGaN単結晶を、結晶成長方向へ大型に成長させる格
別の必要性がなく、さらに上記の通り結晶成長時の破損
等の種々の問題を有することが相まって、 III−V族の
窒素系化合物単結晶の結晶成長方向への大型化を試みよ
うとする格別の動機はなかったのが実情である。従っ
て、 III−V族の窒素系化合物単結晶であって、結晶成
長方向の厚みが500μmを越える良質のものは従来存
在せず、また、従来の厚みでは冷却時の熱膨張係数差に
起因する応力によりGaN単結晶は破損し、非常に小面
積なものしか得ることができなかった。かかる状況下に
おいて、本発明者らは、初めて当該肉厚の III−V族の
良質な窒素系化合物単結晶を創製し、且つその製造方法
を確立し、さらにかかる肉厚のIII−V族の窒素系化合
物単結晶を分割することによって、結晶基板を歩留りよ
く製造でき、尚且つ、これまで製造できなかった程度の
大面積の結晶基板が製造できることを見出した。即ち、
本発明者らは種々の結晶成長方法の中から、気相エピタ
キシャル成長法を特定し、原料ガスを該 III族典型元素
の塩化物とNH3との組み合わせとし、結晶成長温度お
よび結晶成長時間を特定することによって、該 III−V
族の窒素系化合物単結晶を大型に成長させることに成功
した。
準下においては、 III−V族の窒素系化合物単結晶、特
にGaN単結晶を、結晶成長方向へ大型に成長させる格
別の必要性がなく、さらに上記の通り結晶成長時の破損
等の種々の問題を有することが相まって、 III−V族の
窒素系化合物単結晶の結晶成長方向への大型化を試みよ
うとする格別の動機はなかったのが実情である。従っ
て、 III−V族の窒素系化合物単結晶であって、結晶成
長方向の厚みが500μmを越える良質のものは従来存
在せず、また、従来の厚みでは冷却時の熱膨張係数差に
起因する応力によりGaN単結晶は破損し、非常に小面
積なものしか得ることができなかった。かかる状況下に
おいて、本発明者らは、初めて当該肉厚の III−V族の
良質な窒素系化合物単結晶を創製し、且つその製造方法
を確立し、さらにかかる肉厚のIII−V族の窒素系化合
物単結晶を分割することによって、結晶基板を歩留りよ
く製造でき、尚且つ、これまで製造できなかった程度の
大面積の結晶基板が製造できることを見出した。即ち、
本発明者らは種々の結晶成長方法の中から、気相エピタ
キシャル成長法を特定し、原料ガスを該 III族典型元素
の塩化物とNH3との組み合わせとし、結晶成長温度お
よび結晶成長時間を特定することによって、該 III−V
族の窒素系化合物単結晶を大型に成長させることに成功
した。
【0007】本発明は以下の特徴を有するものである。 (1)基板上にバッファ層を形成し該バッファ層上に気
相エピタキシャル成長法によって III族典型元素と窒素
との化合物半導体の単結晶を成長させる該化合物半導体
単結晶の製造方法であって、原料ガスを該 III族典型元
素の塩化物とNH 3 とし、結晶成長温度を1000℃〜
1200℃とし、結晶成長時間を5時間以上とすること
を特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。 (2) III族典型元素と窒素との化合物半導体がGaN
であり、該 III族典型元素の塩化物がGaClである
(1)記載の化合物半導体単結晶の製造方法。 (3)基板が、サファイア結晶基板である(1)記載の
化合物半導体単結晶の製造方法。 (4)気相エピタキシャル成長法が、HVPE法、MO
VPE法、又はMBE法である(1)記載の化合物半導
体単結晶の製造方法。 また、本発明の製造方法によって得られる化合物半導体
単結晶は以下の特徴を有するものである。 (5)結晶成長方向に500μm以上の厚みを有する I
II族典型元素と窒素との化合物半導体の単結晶。 (6)結晶成長方向に500μm以上の厚みを有するG
aN単結晶。 (7)上記(5)記載の単結晶を、結晶成長方向に対向
して分割することによる単結晶基板の製造方法。
相エピタキシャル成長法によって III族典型元素と窒素
との化合物半導体の単結晶を成長させる該化合物半導体
単結晶の製造方法であって、原料ガスを該 III族典型元
素の塩化物とNH 3 とし、結晶成長温度を1000℃〜
1200℃とし、結晶成長時間を5時間以上とすること
を特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。 (2) III族典型元素と窒素との化合物半導体がGaN
であり、該 III族典型元素の塩化物がGaClである
(1)記載の化合物半導体単結晶の製造方法。 (3)基板が、サファイア結晶基板である(1)記載の
化合物半導体単結晶の製造方法。 (4)気相エピタキシャル成長法が、HVPE法、MO
VPE法、又はMBE法である(1)記載の化合物半導
体単結晶の製造方法。 また、本発明の製造方法によって得られる化合物半導体
単結晶は以下の特徴を有するものである。 (5)結晶成長方向に500μm以上の厚みを有する I
II族典型元素と窒素との化合物半導体の単結晶。 (6)結晶成長方向に500μm以上の厚みを有するG
aN単結晶。 (7)上記(5)記載の単結晶を、結晶成長方向に対向
して分割することによる単結晶基板の製造方法。
【0008】以下、図面に基づき本発明をより詳細に説
明する。図1は、本発明の III−V族の窒素系化合物単
結晶の製造方法を示す模式図である。本発明の III−V
族の窒素系化合物単結晶の製造方法は、同図(a)基板
1上に、 III−V族の窒素系化合物単結晶との格子整合
性の良好な物質からなるバッファ層2を成長させた後、
同図(b)該バッファ層2上に、気相エピタキシャル成
長法によって目的の III−V族の窒素系化合物単結晶3
を成長させる工程を有する製造方法であって、そのエピ
タキシャル成長時の原料ガスを III族典型元素の塩化物
とNH3 とし、さらに結晶成長温度と結晶成長時間の最
適値を特定することによって、従来では得られなかった
程充分に厚い III−V族の窒素系化合物単結晶3を得る
ことを可能とするものである。またさらに、同図(c)
に示すように、必要に応じて得られた該単結晶3を基板
側から分離し単独の単結晶基板としてもよい。
明する。図1は、本発明の III−V族の窒素系化合物単
結晶の製造方法を示す模式図である。本発明の III−V
族の窒素系化合物単結晶の製造方法は、同図(a)基板
1上に、 III−V族の窒素系化合物単結晶との格子整合
性の良好な物質からなるバッファ層2を成長させた後、
同図(b)該バッファ層2上に、気相エピタキシャル成
長法によって目的の III−V族の窒素系化合物単結晶3
を成長させる工程を有する製造方法であって、そのエピ
タキシャル成長時の原料ガスを III族典型元素の塩化物
とNH3 とし、さらに結晶成長温度と結晶成長時間の最
適値を特定することによって、従来では得られなかった
程充分に厚い III−V族の窒素系化合物単結晶3を得る
ことを可能とするものである。またさらに、同図(c)
に示すように、必要に応じて得られた該単結晶3を基板
側から分離し単独の単結晶基板としてもよい。
【0009】上記基板1の材料としては、製造目的の I
II−V族の窒素系化合物単結晶3に対する格子整合性が
良好で、しかも、本発明において特定される成長温度に
対する耐熱性が良好なものであればよい。III−V族の
窒素系化合物単結晶に対する格子整合性の良好な物質と
しては、結晶格子におけるa軸の格子定数が、 III−V
族の窒素系化合物単結晶のそれに対して、通常±20%
以内、就中±5%以内であるウルツァイト型の結晶構造
も持つものが好ましい。この様な材料としては、サファ
イア結晶基板、ZnO基板、SiC基板等が例示され、
さらにはこれらの基板上に、従来の結晶成長法によって
製造目的の III−V族の窒素系化合物と同じものを直接
またはバッファ層を介して薄膜成長させてなる基板等が
例示される。これらの基板のなかでも、サファイア結晶
基板、ZnO基板は、GaNの結晶構造を持ち、格子定
数も近いため、本発明の製造方法にとって特に好まし
い。
II−V族の窒素系化合物単結晶3に対する格子整合性が
良好で、しかも、本発明において特定される成長温度に
対する耐熱性が良好なものであればよい。III−V族の
窒素系化合物単結晶に対する格子整合性の良好な物質と
しては、結晶格子におけるa軸の格子定数が、 III−V
族の窒素系化合物単結晶のそれに対して、通常±20%
以内、就中±5%以内であるウルツァイト型の結晶構造
も持つものが好ましい。この様な材料としては、サファ
イア結晶基板、ZnO基板、SiC基板等が例示され、
さらにはこれらの基板上に、従来の結晶成長法によって
製造目的の III−V族の窒素系化合物と同じものを直接
またはバッファ層を介して薄膜成長させてなる基板等が
例示される。これらの基板のなかでも、サファイア結晶
基板、ZnO基板は、GaNの結晶構造を持ち、格子定
数も近いため、本発明の製造方法にとって特に好まし
い。
【0010】基板の表面形状は、そのまま、製造目的で
ある III−V族の窒素系化合物単結晶の表面形状となる
場合が多いが、本発明によって大面積の基板を用いて
も、破損なく充分に厚い III−V族の窒素系化合物単結
晶が成長可能であるため、基板の表面形状も、5cm×
5cmの方形、またはそれ以上のものを用いることが可
能である。
ある III−V族の窒素系化合物単結晶の表面形状となる
場合が多いが、本発明によって大面積の基板を用いて
も、破損なく充分に厚い III−V族の窒素系化合物単結
晶が成長可能であるため、基板の表面形状も、5cm×
5cmの方形、またはそれ以上のものを用いることが可
能である。
【0011】上記バッファ層に用いられる材料は、製造
目的の III−V族の窒素系化合物単結晶3に対する格子
整合性が良好なものであればよく、ZnO、BeO、H
gO、またはこれらの化合物等が挙げられ、これらの中
から、目的の III−V族の窒素系化合物単結晶の格子定
数に最も整合するものを選択し、または組成比を決定し
て用いればよい。上記材料のなかでも、ZnOは、酸に
よるエッチング除去性が良好であり、製造目的の III−
V族の窒素系化合物単結晶を単独に分離する点からも、
バッファ層に用いる物質として好適である。バッファ層
2の厚みは限定されるものではないが、通常、0.01
μm〜2μm、好ましくは0.02〜2μm、最も好ま
しくは0.02〜1.5μm程度とすることによって、
バッファ層上に成長する目的の単結晶の結晶性は良質な
ものとなる。
目的の III−V族の窒素系化合物単結晶3に対する格子
整合性が良好なものであればよく、ZnO、BeO、H
gO、またはこれらの化合物等が挙げられ、これらの中
から、目的の III−V族の窒素系化合物単結晶の格子定
数に最も整合するものを選択し、または組成比を決定し
て用いればよい。上記材料のなかでも、ZnOは、酸に
よるエッチング除去性が良好であり、製造目的の III−
V族の窒素系化合物単結晶を単独に分離する点からも、
バッファ層に用いる物質として好適である。バッファ層
2の厚みは限定されるものではないが、通常、0.01
μm〜2μm、好ましくは0.02〜2μm、最も好ま
しくは0.02〜1.5μm程度とすることによって、
バッファ層上に成長する目的の単結晶の結晶性は良質な
ものとなる。
【0012】バッファ層2の形成方法は、MOVPE法
(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy :有機金属気相
エピタキシャル成長法)、HVPE法(Hydride VPE :
ハイドライド気相エピタキシャル成長法)、LPE法
(液相エピタキシャル成長法)、MBE法(Molecular
Beam Epitaxy:分子線エピタキシャル成長法)、GS−
MBE法(ガスソースMBE法)、CBE法(ケミカル
ビームエピタキシャル成長法)等のエピタキシャル成長
法の他、スパッタ法、CVD法等の成膜法が有効な方法
として挙げられる。特に、MOVPE法は非平衡状態
で、且つある程度の厚みを有する膜を形成可能であるた
め、バッファ層2の形成には好適である。また、バッフ
ァ層2の形成と目的の III−V族の窒素系化合物単結晶
3の形成とを、同じエピタキシャル成長方法を用いて行
なえば、材料の供給を変えるだけでバッファ層2から I
II−V族の窒素系化合物単結晶へと、その場での連続的
な成長が可能となる。
(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy :有機金属気相
エピタキシャル成長法)、HVPE法(Hydride VPE :
ハイドライド気相エピタキシャル成長法)、LPE法
(液相エピタキシャル成長法)、MBE法(Molecular
Beam Epitaxy:分子線エピタキシャル成長法)、GS−
MBE法(ガスソースMBE法)、CBE法(ケミカル
ビームエピタキシャル成長法)等のエピタキシャル成長
法の他、スパッタ法、CVD法等の成膜法が有効な方法
として挙げられる。特に、MOVPE法は非平衡状態
で、且つある程度の厚みを有する膜を形成可能であるた
め、バッファ層2の形成には好適である。また、バッフ
ァ層2の形成と目的の III−V族の窒素系化合物単結晶
3の形成とを、同じエピタキシャル成長方法を用いて行
なえば、材料の供給を変えるだけでバッファ層2から I
II−V族の窒素系化合物単結晶へと、その場での連続的
な成長が可能となる。
【0013】製造目的である III−V族の窒素系化合物
単結晶3は、前記したように、 III族の典型元素と窒素
とからなる2元の化合物半導体(BN、AlN、Ga
N、InN等)、およびこれら2元の化合物半導体のう
ちの1以上のものからなる多元混晶の化合物半導体(A
lBN、GaBN、GaAlN、InBN、InAl
N、InGaN、GaAlBN、InAlBN、InG
aBN、InGaAlN、InGaAlBN等)であ
る。これら III−V族の窒素系化合物単結晶の中でも、
本発明において最も有用なものはGaN単結晶である。
単結晶3は、前記したように、 III族の典型元素と窒素
とからなる2元の化合物半導体(BN、AlN、Ga
N、InN等)、およびこれら2元の化合物半導体のう
ちの1以上のものからなる多元混晶の化合物半導体(A
lBN、GaBN、GaAlN、InBN、InAl
N、InGaN、GaAlBN、InAlBN、InG
aBN、InGaAlN、InGaAlBN等)であ
る。これら III−V族の窒素系化合物単結晶の中でも、
本発明において最も有用なものはGaN単結晶である。
【0014】本発明は、目的とする III−V族の窒素系
化合物単結晶3を気相エピタキシャル成長法によって成
長させる際の成長条件に重要な特徴を有する。III−V
族の窒素系化合物単結晶3を成長させる気相エピタキシ
ャル成長法としては、HVPE法、MBE法、MOVP
E法、LPE法、GS−MBE法、CBE法が例示され
るが、好ましくはHVPE法、MBE法、MOVPE法
であり、なかでも結晶性の良好な III−V族の窒素系化
合物単結晶3を高速で成長できる点から特にHVPE法
が好ましい方法である。
化合物単結晶3を気相エピタキシャル成長法によって成
長させる際の成長条件に重要な特徴を有する。III−V
族の窒素系化合物単結晶3を成長させる気相エピタキシ
ャル成長法としては、HVPE法、MBE法、MOVP
E法、LPE法、GS−MBE法、CBE法が例示され
るが、好ましくはHVPE法、MBE法、MOVPE法
であり、なかでも結晶性の良好な III−V族の窒素系化
合物単結晶3を高速で成長できる点から特にHVPE法
が好ましい方法である。
【0015】原料ガスとしては、 III−V族の窒素系化
合物の組成に対応する III族典型元素の塩化物(BC
l、GaCl、InCl等)とNH3 を組み合わせたも
のを使用する。例えば、GaN単結晶の成長にはGaC
lとNH3 との組み合わせを、InN系単結晶の成長に
はInClとNH3 との組み合わせよりなるガスを用い
る。
合物の組成に対応する III族典型元素の塩化物(BC
l、GaCl、InCl等)とNH3 を組み合わせたも
のを使用する。例えば、GaN単結晶の成長にはGaC
lとNH3 との組み合わせを、InN系単結晶の成長に
はInClとNH3 との組み合わせよりなるガスを用い
る。
【0016】結晶成長温度を、1000℃〜1200
℃、好ましくは1050℃〜1150℃とすることによ
って、目的の単結晶を充分厚く成長させることが可能と
なる。1000℃未満では、単結晶化されずに多結晶化
される問題が生じ、1200℃よりも高いと、単結晶化
されにくい傾向がある。
℃、好ましくは1050℃〜1150℃とすることによ
って、目的の単結晶を充分厚く成長させることが可能と
なる。1000℃未満では、単結晶化されずに多結晶化
される問題が生じ、1200℃よりも高いと、単結晶化
されにくい傾向がある。
【0017】結晶成長時間は、5時間以上であれば、結
晶成長方向の厚みを、従来では全く得られなかった50
0μm以上とすることができ、さらに成長を継続するこ
とで、所謂バルク結晶として5cmあるいはそれ以上の
所望の厚みを得ることができる。5時間未満では、バル
ク結晶としての十分な厚さがない故、単結晶成長後の冷
却時において、GaN単結晶側にクラックが発生するこ
とがある。
晶成長方向の厚みを、従来では全く得られなかった50
0μm以上とすることができ、さらに成長を継続するこ
とで、所謂バルク結晶として5cmあるいはそれ以上の
所望の厚みを得ることができる。5時間未満では、バル
ク結晶としての十分な厚さがない故、単結晶成長後の冷
却時において、GaN単結晶側にクラックが発生するこ
とがある。
【0018】上記のように、本発明の製造方法によっ
て、 III−V族の窒素系化合物単結晶のバルク単結晶が
得られる。これを基板およびバッファ層から分離するこ
とによって、該単結晶の単独基板を得ることが可能とな
る。さらには、該分離させた単結晶の厚みによっては、
これをさらに厚み方向に分割し該単結晶の単独基板とす
ることができる。図1(c)に示すように、バッファ層
2をエッチング等によって除去するか、この部分で機械
的に切断し、上記 III−V族の窒素系化合物単結晶3を
分離し、さらには、該分離させた単結晶3の厚みが、例
えば10mmに達するほどの充分なものであれば、これ
をさらに厚み方向に分割し該単結晶の単独基板とするこ
とができる。当該分割は自体既知の方法によって行えば
よい。
て、 III−V族の窒素系化合物単結晶のバルク単結晶が
得られる。これを基板およびバッファ層から分離するこ
とによって、該単結晶の単独基板を得ることが可能とな
る。さらには、該分離させた単結晶の厚みによっては、
これをさらに厚み方向に分割し該単結晶の単独基板とす
ることができる。図1(c)に示すように、バッファ層
2をエッチング等によって除去するか、この部分で機械
的に切断し、上記 III−V族の窒素系化合物単結晶3を
分離し、さらには、該分離させた単結晶3の厚みが、例
えば10mmに達するほどの充分なものであれば、これ
をさらに厚み方向に分割し該単結晶の単独基板とするこ
とができる。当該分割は自体既知の方法によって行えば
よい。
【0019】
【作用】上記化合物半導体単結晶の製造方法によれば、
III−V族の窒素系化合物の単結晶成長後の冷却時に、
クラックの発生や破損を回避できるようになる。また、
本発明の III−V族の窒素系化合物のバルク単結晶は1
mm以上の厚みを有し、その厚みが、例えば10mmに
達するほどの充分なものであれば、これをさらに厚み方
向に分割し、該単結晶の単独基板を容易に量産すること
ができる。
III−V族の窒素系化合物の単結晶成長後の冷却時に、
クラックの発生や破損を回避できるようになる。また、
本発明の III−V族の窒素系化合物のバルク単結晶は1
mm以上の厚みを有し、その厚みが、例えば10mmに
達するほどの充分なものであれば、これをさらに厚み方
向に分割し、該単結晶の単独基板を容易に量産すること
ができる。
【0020】
【実施例】以下、実施例を示し本発明を具体的に説明す
る。 実施例1 本実施例では、GaNのバルク単結晶およびこれをさら
に分割して得られるGaN単結晶単独の基板の製造例を
示す。5cm×5cm、厚さ300μmのサファイア基
板上に、スパッタ法によってZnOよりなる100nm
のバッファ層を形成し、このバッファ層上に対して、H
VPE法によってGaN単結晶を成長させた。供給する
原料ガスをGaClとNH3 とし、成長温度を1100
±50℃に維持した状態でエピタキシャル成長させ、成
長時間を300時間としたところ成長方向に30mmの
GaN単結晶が成長した。ついでバッファ層のZnOを
エッチング除去し、基板側から上記GaN単結晶を分離
して、5cm×5cm、厚さ30mmという従来では得
ることのできない巨大なGaN単結晶単独の結晶塊を得
た。上記で得られたGaN単結晶をダイヤモンド・スク
ライバーを用いて厚み方向に切断分割し、5cm×5c
m、厚さ300μmのGaN単結晶単独の基板が多数枚
得られた。
る。 実施例1 本実施例では、GaNのバルク単結晶およびこれをさら
に分割して得られるGaN単結晶単独の基板の製造例を
示す。5cm×5cm、厚さ300μmのサファイア基
板上に、スパッタ法によってZnOよりなる100nm
のバッファ層を形成し、このバッファ層上に対して、H
VPE法によってGaN単結晶を成長させた。供給する
原料ガスをGaClとNH3 とし、成長温度を1100
±50℃に維持した状態でエピタキシャル成長させ、成
長時間を300時間としたところ成長方向に30mmの
GaN単結晶が成長した。ついでバッファ層のZnOを
エッチング除去し、基板側から上記GaN単結晶を分離
して、5cm×5cm、厚さ30mmという従来では得
ることのできない巨大なGaN単結晶単独の結晶塊を得
た。上記で得られたGaN単結晶をダイヤモンド・スク
ライバーを用いて厚み方向に切断分割し、5cm×5c
m、厚さ300μmのGaN単結晶単独の基板が多数枚
得られた。
【0021】実施例2 実施例1において、成長時間を、それぞれ10時間(実
施例2)、50時間(実施例3)、100時間(実施例
4)としたところ、各々成長方向に1mm(実施例
2)、5mm(実施例3)、10mm(実施例4)のG
aN単結晶が成長した。ついでバッファ層のZnOをエ
ッチング除去し、基板側から上記GaN単結晶を分離し
て、巨大なGaN単結晶単独の結晶塊を得た。
施例2)、50時間(実施例3)、100時間(実施例
4)としたところ、各々成長方向に1mm(実施例
2)、5mm(実施例3)、10mm(実施例4)のG
aN単結晶が成長した。ついでバッファ層のZnOをエ
ッチング除去し、基板側から上記GaN単結晶を分離し
て、巨大なGaN単結晶単独の結晶塊を得た。
【0022】実施例5 実施例1において、バッファ層を形成する材料をZnO
とし、原料ガスをInClとNH3 とした以外は全て同
様にしてInNバルク単結晶を作製した。かくして成長
方向に1mmのInN単結晶が成長した。ついでバッフ
ァ層のZnOをエッチング除去し、基板側から上記In
N単結晶を分離して、3cm×3cm、厚さ1mmのI
nN単結晶単独の結晶塊を得た。
とし、原料ガスをInClとNH3 とした以外は全て同
様にしてInNバルク単結晶を作製した。かくして成長
方向に1mmのInN単結晶が成長した。ついでバッフ
ァ層のZnOをエッチング除去し、基板側から上記In
N単結晶を分離して、3cm×3cm、厚さ1mmのI
nN単結晶単独の結晶塊を得た。
【0023】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の III−V
族の窒素系化合物単結晶の製造方法によって、該単結晶
のクラックの発生および破損が回避でき、結晶成長方向
に500μm以上の厚みを有する III−V族の窒素系化
合物単結晶が得られる。この単結晶を基板から分離する
ことによって、従来では得られなかった III−V族の窒
素系化合物、特にGaNのバルク単結晶が得られる。さ
らに該 III−V族の窒素系化合物のバルク単結晶は、5
0mm×50mm程の大面積でありながら、その結晶成
長方向の厚みを50mmにも達するほど大型のものとな
り得るため、これを結晶成長方向に所望の厚みをもって
分割し、単結晶単独の基板を得ることが可能となる。
族の窒素系化合物単結晶の製造方法によって、該単結晶
のクラックの発生および破損が回避でき、結晶成長方向
に500μm以上の厚みを有する III−V族の窒素系化
合物単結晶が得られる。この単結晶を基板から分離する
ことによって、従来では得られなかった III−V族の窒
素系化合物、特にGaNのバルク単結晶が得られる。さ
らに該 III−V族の窒素系化合物のバルク単結晶は、5
0mm×50mm程の大面積でありながら、その結晶成
長方向の厚みを50mmにも達するほど大型のものとな
り得るため、これを結晶成長方向に所望の厚みをもって
分割し、単結晶単独の基板を得ることが可能となる。
【図1】III族の窒素系化合物単結晶の製造方法の一例
を示す模式断面図である。
を示す模式断面図である。
1 基板 2 バッファ層 3 III族の窒素系化合物の単結晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平松 和政 三重県四日市市芝田1丁目4番22号
Claims (7)
- 【請求項1】 基板上にバッファ層を形成し該バッファ
層上に気相エピタキシャル成長法によって III族典型元
素と窒素との化合物半導体の単結晶を成長させる該化合
物半導体単結晶の製造方法であって、原料ガスを該 III
族典型元素の塩化物とNH3 とし、結晶成長温度を10
00℃〜1200℃とし、結晶成長時間を5時間以上と
することを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項2】 III族典型元素と窒素との化合物半導体
がGaNであり、該III族典型元素の塩化物がGaCl
である請求項1記載の化合物半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項3】 基板が、サファイア結晶基板である請求
項1記載の化合物半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項4】 気相エピタキシャル成長法が、HVPE
法、MOVPE法、又はMBE法である請求項1記載の
化合物半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項5】 結晶成長方向に500μm以上の厚みを
有する III族典型元素と窒素との化合物半導体の単結
晶。 - 【請求項6】 結晶成長方向に1mm以上の厚みを有す
るGaN単結晶。 - 【請求項7】 請求項5記載の単結晶を、結晶成長方向
に対向して分割することを特徴とする単結晶基板の製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6323894A JPH07273048A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 化合物半導体単結晶の製造方法、該化合物半導体の単結晶および単結晶基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6323894A JPH07273048A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 化合物半導体単結晶の製造方法、該化合物半導体の単結晶および単結晶基板の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07273048A true JPH07273048A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13223448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6323894A Pending JPH07273048A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 化合物半導体単結晶の製造方法、該化合物半導体の単結晶および単結晶基板の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07273048A (ja) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999023693A1 (en) * | 1997-10-30 | 1999-05-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | GaN SINGLE CRYSTALLINE SUBSTRATE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME |
US6096130A (en) * | 1996-03-22 | 2000-08-01 | Nec Corporation | Method of crystal growth of a GaN layer over a GaAs substrate |
JP2002542624A (ja) * | 1999-04-16 | 2002-12-10 | シービーエル テクノロジーズ インコーポレイテッド | 二段階プロセスによる半導体のヘテロ構造体及び製造方法 |
US7112243B2 (en) | 2001-07-23 | 2006-09-26 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing Group III nitride compound semiconductor |
JP2006273716A (ja) * | 1997-10-30 | 2006-10-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | GaN単結晶基板の製造方法 |
JP2007191390A (ja) * | 2007-02-01 | 2007-08-02 | Ricoh Co Ltd | Iii族窒化物結晶およびiii族窒化物結晶基板 |
JP2009023909A (ja) * | 2005-02-22 | 2009-02-05 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 窒化物単結晶基板の製造方法及びこれを利用した窒化物半導体発光素子の製造方法 |
US7615804B2 (en) | 1997-01-09 | 2009-11-10 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Superlattice nitride semiconductor LD device |
JP2010258351A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Oki Data Corp | 立方晶炭化ケイ素単結晶薄膜の製造方法及び半導体装置 |
JP2010287673A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | GaN単結晶体およびその製造方法、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法 |
JP2011093803A (ja) * | 2011-02-02 | 2011-05-12 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | 窒化ガリウム系化合物半導体単結晶の製造方法 |
JP2012017259A (ja) * | 2000-03-13 | 2012-01-26 | Cree Inc | 単結晶、マイクロエレクトロニクス・デバイス構造、ウエハおよび製品 |
JP2012126641A (ja) * | 2012-03-19 | 2012-07-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | GaN単結晶体およびその製造方法 |
US8591647B2 (en) | 1999-06-09 | 2013-11-26 | Ricoh Company, Ltd. | Production of a GaN bulk crystal substrate and a semiconductor device formed thereon |
JP2015017038A (ja) * | 1999-06-09 | 2015-01-29 | 株式会社リコー | 結晶製造装置 |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP6323894A patent/JPH07273048A/ja active Pending
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6096130A (en) * | 1996-03-22 | 2000-08-01 | Nec Corporation | Method of crystal growth of a GaN layer over a GaAs substrate |
US7615804B2 (en) | 1997-01-09 | 2009-11-10 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Superlattice nitride semiconductor LD device |
US8541794B2 (en) | 1997-01-09 | 2013-09-24 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor light-emitting devices |
US7521339B2 (en) | 1997-10-30 | 2009-04-21 | Sumitomo Electric Industries Ltd. | GaN single crystal substrate and method of making the same |
JP2006273716A (ja) * | 1997-10-30 | 2006-10-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | GaN単結晶基板の製造方法 |
US7357837B2 (en) | 1997-10-30 | 2008-04-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | GaN single crystal substrate and method of making the same |
US7504323B2 (en) | 1997-10-30 | 2009-03-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | GaN single crystal substrate and method of making the same |
WO1999023693A1 (en) * | 1997-10-30 | 1999-05-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | GaN SINGLE CRYSTALLINE SUBSTRATE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME |
US6693021B1 (en) | 1997-10-30 | 2004-02-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | GaN single crystal substrate and method of making the same |
JP2011084469A (ja) * | 1997-10-30 | 2011-04-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | GaN単結晶基板の製造方法及びインゴット |
JP2002542624A (ja) * | 1999-04-16 | 2002-12-10 | シービーエル テクノロジーズ インコーポレイテッド | 二段階プロセスによる半導体のヘテロ構造体及び製造方法 |
US9869033B2 (en) | 1999-06-09 | 2018-01-16 | Ricoh Company, Ltd. | Production of a GaN bulk crystal substrate and a semiconductor device formed on a GaN bulk crystal substrate |
JP2015017038A (ja) * | 1999-06-09 | 2015-01-29 | 株式会社リコー | 結晶製造装置 |
US8591647B2 (en) | 1999-06-09 | 2013-11-26 | Ricoh Company, Ltd. | Production of a GaN bulk crystal substrate and a semiconductor device formed thereon |
JP2012017259A (ja) * | 2000-03-13 | 2012-01-26 | Cree Inc | 単結晶、マイクロエレクトロニクス・デバイス構造、ウエハおよび製品 |
US7112243B2 (en) | 2001-07-23 | 2006-09-26 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing Group III nitride compound semiconductor |
JP2009023909A (ja) * | 2005-02-22 | 2009-02-05 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 窒化物単結晶基板の製造方法及びこれを利用した窒化物半導体発光素子の製造方法 |
JP2007191390A (ja) * | 2007-02-01 | 2007-08-02 | Ricoh Co Ltd | Iii族窒化物結晶およびiii族窒化物結晶基板 |
JP2010258351A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Oki Data Corp | 立方晶炭化ケイ素単結晶薄膜の製造方法及び半導体装置 |
US8294245B2 (en) | 2009-06-10 | 2012-10-23 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | GaN single-crystal mass and method of its manufacture, and semiconductor device and method of its manufacture |
JP2010287673A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | GaN単結晶体およびその製造方法、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法 |
JP2011093803A (ja) * | 2011-02-02 | 2011-05-12 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | 窒化ガリウム系化合物半導体単結晶の製造方法 |
JP2012126641A (ja) * | 2012-03-19 | 2012-07-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | GaN単結晶体およびその製造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4581490B2 (ja) | Iii−v族窒化物系半導体自立基板の製造方法、及びiii−v族窒化物系半導体の製造方法 | |
US7811902B2 (en) | Method for manufacturing nitride based single crystal substrate and method for manufacturing nitride based light emitting diode using the same | |
KR100629558B1 (ko) | GaN단결정기판 및 그 제조방법 | |
JP4735949B2 (ja) | Iii−v族窒化物半導体結晶の製造方法およびiii−v族窒化物半導体基板の製造方法 | |
US20050208687A1 (en) | Method of Manufacturing Single-Crystal GaN Substrate, and Single-Crystal GaN Substrate | |
US6420283B1 (en) | methods for producing compound semiconductor substrates and light emitting elements | |
JPH10312971A (ja) | III−V族化合物半導体膜とその成長方法、GaN系半導体膜とその形成方法、GaN系半導体積層構造とその形成方法、GaN系半導体素子とその製造方法 | |
JP2006290676A (ja) | Iii−v族窒化物半導体基板およびその製造方法 | |
JP3184717B2 (ja) | GaN単結晶およびその製造方法 | |
JPH10321911A (ja) | 単結晶シリコン上に化合物半導体のエピタキシヤル層を製造する方法及びそれにより製造された発光ダイオード | |
JPH07273048A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法、該化合物半導体の単結晶および単結晶基板の製造方法 | |
JP2009505938A (ja) | 半導体基板並びにハイドライド気相成長法により自立半導体基板を製造するための方法及びそれに使用されるマスク層 | |
JPH07273367A (ja) | 半導体基板の製造方法および発光素子の製造方法 | |
JP2007070154A (ja) | Iii−v族窒化物系半導体基板及びその製造方法 | |
JP2010275171A (ja) | Iii族窒化物結晶及びその製造方法 | |
JP2006273716A (ja) | GaN単結晶基板の製造方法 | |
JP2002299253A (ja) | 半導体基板の製造方法及び半導体素子 | |
JPH11135889A (ja) | 結晶成長用基板及びそれを用いた発光装置 | |
JPH07267796A (ja) | GaN単結晶の製造方法 | |
JP2004059363A (ja) | 窒化物半導体結晶の製造方法 | |
JPH1179897A (ja) | 窒化ガリウム厚膜の結晶成長方法 | |
US7112243B2 (en) | Method for producing Group III nitride compound semiconductor | |
JP2002274997A (ja) | GaN系化合物半導体結晶の製造方法 | |
JP2006290697A (ja) | 窒化物半導体基板及びその製造方法 | |
JP2005179173A (ja) | アルミニウムを含有した窒化物半導体結晶の成長方法 |