JP2008273768A - Group III nitride crystal growth method and group III nitride crystal substrate - Google Patents
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Abstract
【課題】転位密度の低減が可能なIII族窒化物結晶の成長方法およびIII族窒化物結晶基板を提供する。
【解決手段】本III族窒化物結晶の成長方法は、液相法により、下地基板10の主面10m上にIII族窒化物結晶20を成長させる方法であって、下地基板10は少なくとも主面側にIII族窒化物結晶層10aを含み、主面10mの法線10mvはIII族窒化物結晶層10aの<0001>方向10cvに対して0.5°以上10°以下の傾き角を有し、III族窒化物結晶20の成長の際に、III族窒化物結晶20に残留する転位の少なくとも一部を{0001}面20cに対して実質的に平行な方向に伝搬させてIII族窒化物結晶の外周部に排出させる。
【選択図】図1A method for growing a group III nitride crystal and a group III nitride crystal substrate capable of reducing the dislocation density are provided.
The Group III nitride crystal growth method is a method of growing a Group III nitride crystal 20 on a main surface 10m of a base substrate 10 by a liquid phase method, and the base substrate 10 is at least a main surface. Including a group III nitride crystal layer 10a on the side, and a normal line 10mv of the principal surface 10m has an inclination angle of 0.5 ° to 10 ° with respect to the <0001> direction 10cv of the group III nitride crystal layer 10a. When the group III nitride crystal 20 is grown, at least a part of the dislocations remaining in the group III nitride crystal 20 is propagated in a direction substantially parallel to the {0001} plane 20c, thereby causing the group III nitride. Drain to the outer periphery of the crystal.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、発光素子、電子素子、半導体センサなどの各種半導体デバイスの基板として好ましく用いられる転位密度が低いIII族窒化物結晶の成長方法およびIII族窒化物結晶基板に関する。 The present invention relates to a method for growing a group III nitride crystal having a low dislocation density and a group III nitride crystal substrate, which are preferably used as substrates for various semiconductor devices such as light-emitting elements, electronic elements, and semiconductor sensors.
AlxGayIn1-x-yN結晶(0≦x、0≦y、x+y≦1、以下同じ)などのIII族窒化物結晶は、発光素子、電子素子、半導体センサなどの各種半導体デバイスの基板を形成するための材料として非常に有用なものである。ここで、各種半導体デバイスの特性を向上させるために、転位密度が低く結晶性のよいIII族窒化物結晶基板が必要とされている。 Group III nitride crystals such as Al x Ga y In 1-xy N crystal (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1, and so on) are substrates for various semiconductor devices such as light emitting elements, electronic elements, and semiconductor sensors. It is very useful as a material for forming. Here, in order to improve the characteristics of various semiconductor devices, a group III nitride crystal substrate having a low dislocation density and good crystallinity is required.
ここで、超高温超高圧溶液法、フラックス法などの液相法は、HVPE(ハイドライド気相成長)法、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法などの気相法に比べて、転位密度の低いIII族窒化物結晶の成長が可能であると期待されている。 Here, the liquid phase methods such as the ultra-high temperature ultra-high pressure solution method and the flux method have a dislocation density higher than the vapor phase methods such as the HVPE (hydride vapor phase epitaxy) method and the MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method. It is expected that low group III nitride crystal growth is possible.
たとえば、特開2004−244307号公報(以下、特許文献1という)は、基板と、その基板上に形成された半導体層と、その半導体層の上方に形成されたIII族窒化物結晶とを備えるIII族窒化物基板であって、上記半導体層が、組成式AluGavIn1-u-vN(0≦u≦1、0≦v≦1)で表される半導体からなり、その半導体層の表面が(0001)面のステップが階段状に配置された一方向に傾斜した面であり、その傾斜した面と上記(0001)面とのなす角が、0.05°以上であり、さらに、上記半導体層上に形成されたIII族窒化物結晶のキャリア濃度の面内ばらつきが、キャリア濃度の平均値の1/5以上5倍以下であるIII族窒化物基板を開示する。 For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-244307 (hereinafter referred to as Patent Document 1) includes a substrate, a semiconductor layer formed on the substrate, and a group III nitride crystal formed above the semiconductor layer. A group III nitride substrate, wherein the semiconductor layer is made of a semiconductor represented by a composition formula Al u Ga v In 1-uv N (0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1), The surface is a (0001) plane step inclined in one direction arranged stepwise, the angle between the inclined plane and the (0001) plane is 0.05 ° or more, and A group III nitride substrate is disclosed in which the in-plane variation of the carrier concentration of the group III nitride crystal formed on the semiconductor layer is 1/5 or more and 5 times or less of the average value of the carrier concentration.
また、上記特許文献1は、かかるIII族窒化物結晶基板の製造方法として、基板上に、組成式AluGavIn1-u-vN(0≦u≦1、0≦v≦1)で表される半導体であって、その表面に(0001)面が存在する半導体層を形成する工程と、その半導体層の(0001)面に対して傾斜した面となるように半導体層の表面を処理する工程と、窒素を含む雰囲気下において、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムから選ばれる少なくとも1つのIII族元素と溶剤とを含む融液に、その半導体層の表面を接触させることによって、少なくとも1つのIII族元素と窒素とを反応させて上記半導体層上にIII族窒化物結晶を成長させる工程とを含む。 Further, Patent Document 1 discloses a method for producing such a group III nitride crystal substrate, which is represented by a composition formula Al u Ga v In 1 -uv N (0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1) on the substrate. Forming a semiconductor layer having a (0001) plane on the surface thereof, and treating the surface of the semiconductor layer so as to be inclined with respect to the (0001) plane of the semiconductor layer At least one group III element by bringing the surface of the semiconductor layer into contact with a melt containing at least one group III element selected from gallium, aluminum and indium and a solvent in an atmosphere containing nitrogen And a step of reacting nitrogen with nitrogen to grow a group III nitride crystal on the semiconductor layer.
上記特許文献1の方法においては、半導体層の表面が、(0001)面が露出した階段状に加工されている。そのため、結晶育成時の異常成長を防止できる。また通常の種結晶基板を用いた場合と比較して、表面平坦性が高い結晶を得ることができる。特に、液相成長において、傾斜した基板を用いることにより、傾斜した基板を用いない場合に比べて、成長速度の向上と結晶中に取り込まれる不純物濃度の均一性が向上することが可能となる。 In the method of Patent Document 1, the surface of the semiconductor layer is processed into a stepped shape with the (0001) plane exposed. Therefore, abnormal growth during crystal growth can be prevented. In addition, a crystal having high surface flatness can be obtained as compared with the case where a normal seed crystal substrate is used. In particular, by using a tilted substrate in the liquid phase growth, it is possible to improve the growth rate and the uniformity of the concentration of impurities incorporated into the crystal as compared with the case where the tilted substrate is not used.
ここで、液相法により主面が(0001)面であるIII族窒化物基板上にIII族窒化物結晶を成長させた場合、III族窒化物基板の転位がIII族窒化物結晶の成長方向である<0001>方向に伝搬しIII族窒化物結晶の成長表面に到達する。III族窒化物結晶を厚く成長させると、バーガーズベクトルの方向が異なる転位同士が引力により合体して消滅することにより、III族窒化物結晶の転位密度が低減する。 Here, when a group III nitride crystal is grown on a group III nitride substrate whose principal surface is the (0001) plane by the liquid phase method, the dislocation of the group III nitride substrate is the growth direction of the group III nitride crystal. In the <0001> direction, and reaches the growth surface of the group III nitride crystal. When a group III nitride crystal is grown thickly, dislocations having different Burgers vector directions are combined by attraction and disappear, thereby reducing the dislocation density of the group III nitride crystal.
しかし、結晶の転位密度が1×107cm-2未満になると、転位間の間隔が大きくなるため上記のような転位の合体が生じる可能性が極めて低くなる。すなわち、液相法により転位密度が1×107cm-2未満のIII族窒化物結晶基板にIII族窒化物結晶を成長させる場合、下地基板であるIII族窒化物結晶基板に比べて転位密度が低いIII族窒化物結晶を成長させることは困難であった。
本発明は、転位密度の低減が可能なIII族窒化物結晶の成長方法およびIII族窒化物結晶基板を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a group III nitride crystal growth method and a group III nitride crystal substrate capable of reducing the dislocation density.
本発明は、液相法により下地基板の主面上にIII族窒化物結晶を成長させる方法であって、III族窒化物結晶の成長の際に、III族窒化物結晶に残留する転位の少なくとも一部を{0001}面に対して実質的に平行な方向に伝搬させてIII族窒化物結晶の外周部に排出させることを特徴とするIII族窒化物結晶の成長方法である。 The present invention is a method of growing a group III nitride crystal on a main surface of a base substrate by a liquid phase method, and at least of the dislocations remaining in the group III nitride crystal during the growth of the group III nitride crystal. A method for growing a group III nitride crystal, characterized in that a part thereof is propagated in a direction substantially parallel to the {0001} plane and discharged to the outer periphery of the group III nitride crystal.
本発明にかかるIII族窒化物結晶の成長方法において、下地基板は少なくとも主面側にIII族窒化物結晶層を含み、主面の法線はIII族窒化物結晶層の<0001>方向に対して0.5°以上10°以下の傾き角を有することができる。 In the group III nitride crystal growth method according to the present invention, the base substrate includes at least a group III nitride crystal layer on the main surface side, and a normal line of the main surface is in a <0001> direction of the group III nitride crystal layer. And an inclination angle of 0.5 ° to 10 °.
また、本発明にかかるIII族窒化物結晶の成長方法において、下地基板の主面における転位密度が1×107cm-2未満であって、III族窒化物結晶の結晶成長後の成長面における転位密度を主面における転位密度の1/10以下とすることができる。また、液相法としてIII族元素を含む融液中に窒素含有ガスを供給することができる。 Further, in the method for growing a group III nitride crystal according to the present invention, the dislocation density on the main surface of the base substrate is less than 1 × 10 7 cm −2 , and the growth surface after crystal growth of the group III nitride crystal is The dislocation density can be 1/10 or less of the dislocation density in the main surface. Moreover, nitrogen-containing gas can be supplied in the melt containing a group III element as a liquid phase method.
また、本発明は、上記の成長方法により得られるIII族窒化物結晶から切り出して得られるIII族窒化物結晶基板である。 In addition, the present invention is a group III nitride crystal substrate obtained by cutting out from a group III nitride crystal obtained by the above growth method.
本発明によれば、転位密度の低減が可能なIII族窒化物結晶の成長方法およびIII族窒化物結晶基板を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a group III nitride crystal growth method and a group III nitride crystal substrate capable of reducing the dislocation density.
(実施形態1)
本発明にかかるIII族窒化物結晶の成長方法の一実施形態は、図1を参照して、液相法により、下地基板10の主面10m上にIII族窒化物結晶20を成長させる方法であって、下地基板10は少なくとも主面側にIII族窒化物結晶領域10aを含み、主面10mの法線はIII族窒化物結晶領域10aの<0001>方向に対して0.5°以上10°以下の傾き角θを有し、III族窒化物結晶20の成長の際に、III族窒化物結晶20に残留する転位の少なくとも一部を{0001}面20cに対して実質的に平行な方向に伝搬させてIII族窒化物結晶20の外周部に排出させることを特徴とする。
(Embodiment 1)
One embodiment of a method for growing a group III nitride crystal according to the present invention is a method for growing a group III
ここで、液相法には、特に制限はないが、転位密度の低い結晶を効率よく成長させる観点から、図3を参照して、III族元素を含む融液32内に下地基板を配置し、融液32中に窒素含有ガス34を供給して、下地基板10の主面10m上にIII族窒化物結晶20を成長させる方法が好ましい。III族窒化物を含む融液32であれば、特に制限はなく、III族元素の融液(セルフフラックス法)、III族元素とIII族元素の溶剤(フラックス)となる金属元素(Na、Liなどのアルカリ金属元素、Caなどのアルカリ土類金属元素、Cu、Ti、Fe、Mn,Crなどの遷移金属元素など)との融液(フラックス法)などが用いられる。特に、結晶内に含まれる固有欠陥濃度の低減および/またはキャリア濃度などの電気特性の制御の観点から、III族元素の純度が高い融液が好ましく、たとえばIII族元素の純度が99モル%以上が好ましく、99.99モル%以上がより好ましく、99.9999モル%以上がさらに好ましい。
Here, the liquid phase method is not particularly limited, but from the viewpoint of efficiently growing a crystal having a low dislocation density, a base substrate is disposed in the
本実施形態において用いられる下地基板10は、少なくとも主面側にIII族窒化物結晶領域10aを含み、主面10mの法線10mvはIII族窒化物結晶領域10aの<0001>方向10cvに対して0.5°以上10°以下の傾き角θを有する。この様な主面10m上にIII族窒化物結晶20を成長させると、下地基板10から受け継ぎ、または、結晶成長の際に発生して、III族窒化物結晶20に残留する転位の少なくとも一部を{0001}面20cに対して実質的に平行な方向に伝搬させてIII族窒化物結晶20の外周部に排出させることができ、III族窒化物結晶20の転位密度を低減することができる。結晶の{0001}面、<0001>方向は、結晶のX線回折により特定することができる。また、結晶の転位の伝搬の様子(転位伝搬線20d)は、光散乱トモグラフ法により観察することができる。なお、<0001>方向とは、幾何学的に等価な[0001]方向および[000−1]方向を含む総称である。また、{0001}面とは、幾何学的に等価な(0001)面および(000−1)面を含む総称である。
The
このような低減方法は、バーガーズベクトルの方向が異なる転位同士が引力により合体して消滅することによる転位密度の低減とは異なり、結晶の転位密度が1×107cm-2未満となっても、転位密度をさらに低減することができる。結晶の表面における転位密度は、カソードルミネッセンス法により測定することができる。 Such a reduction method is different from the reduction of dislocation density in which dislocations having different Burgers vector directions are combined and disappeared by attractive force, and even if the dislocation density of the crystal is less than 1 × 10 7 cm −2. The dislocation density can be further reduced. The dislocation density on the surface of the crystal can be measured by a cathodoluminescence method.
図2を参照して、下地基板10の主面10mは、ミクロ的には、複数の{0001}面10mcとそれらの{0001}面10mcそれぞれに対してある角度を持つ複数のステップ面10tとでそれぞれ構成される複数のステップ10sを有する階段状の凹凸面である。なお、主面10mの法線とは、主面10mをマクロ的に見た平面についての法線をいうものとする。
Referring to FIG. 2,
この様な主面10m上にIII族窒化物結晶20を成長させると、III族窒化物結晶20は、主面10mの{0001}面10cに垂直な方向と、主面10mのステップ面10tに垂直な方向に成長する。このため、III族窒化物結晶20の成長中の結晶成長面20a,20bには、複数の{0001}面20ac,20bcとそれらの{0001}面20ac,20bcのそれぞれに対してある角度を有する複数のステップ面20at,20btとでそれぞれ構成される複数のステップ20as,20bsが形成される。ここで、ステップ面20at,20btに垂直な方向の結晶成長は、{0001}面20ac,20bcに垂直な方向の結晶成長に比べて優勢である。また、転位は結晶の成長方向に伝搬する。このため、下地基板10の主面から受け継がれ、または、結晶成長の際に発生して、結晶に残留する転位を{0001}方向に実質的に平行に伝搬させて(図1(b)および図2(b)の転位伝搬線20dを参照)、結晶の外周部に排出させることができるものと考えられる。ここで、転位伝搬線20とは、転位の伝搬の軌跡を示す線をいう。
When the group III
ここで、結晶の残留する転位が伝搬する方向である{0001}面に実質的に平行な方向とは、フラックス法またはセルフフラックス法において、ステップ面20at,20btに垂直な方向の結晶成長速度は{0001}面20ac,20bcに垂直な方向の結晶成長速度に比べて約2倍以上となることから、{0001}面に対する傾き角φ(これは、転位伝搬線20dと{0001}面20cとのなす転位伝搬角φである)が約26°以下の方向を意味する。
Here, the direction substantially parallel to the {0001} plane, which is the direction in which dislocations remaining in the crystal propagate, is the crystal growth rate in the direction perpendicular to the step surfaces 20at and 20bt in the flux method or the self-flux method. Since the crystal growth rate in the direction perpendicular to the {0001} planes 20ac and 20bc is about twice or more, the tilt angle φ with respect to the {0001} plane (this is the
III族窒化物結晶20の成長とともに、ステップ面20at,20btが転位とともに結晶の外周部へ移動して、ある結晶成長面20eにおいてステップ面が消滅する。さらに、結晶が{0001}面に垂直な方向に成長して結晶成長面20sを有するIII族窒化物結晶20が得られる。この様にして、結晶成長面20sにおける転位密度が低減したIII族窒化物結晶が得られる。
As the group
下地基板10において、III族窒化物結晶領域10aの<0001>方向10cvに対する主面10mの法線10mvは傾き角θが、0.5°より小さいと下地基板10の主面10mに存在するステップ10sの数が少なく転位を{0001}面と実質的に平行な方向に効率的に伝搬させることができなくなり、10°より大きいと主面10mに存在するステップ10sの数が多くなり、結晶成長中にステップ20as,20bsが合体してマクロステップ化する(図示せず)。マクロステップが生じると、マクロステップに融液が巻き込まれて結晶中に液胞が生じやすくなる。かかる観点から、傾き角θは、0.5°以上5°以下であることがより好ましい。
In the
また、主面10mの法線10mvの傾きの方向6hは、特に制限はないが、結晶対称性の観点から、<0001>方向から、<1−100>方向または<11−20>方向に傾いていることが好ましい。
Further, the direction 6h of the inclination of the normal line 10mv of the
本実施形態のIII族窒化物結晶の成長方法においては、上記の傾き角θに加えて主面10mにおける転位密度が1×107cm-2未満の下地基板の主面10m上に、結晶成長後の成長面20sにおける転位密度が下地基板10の主面10mにおける転位密度の1/10以下であるIII族窒化物結晶を成長させることができる。本実施形態においては、バーガーズベクトルの方向が異なる転位同士が引力により合体して消滅することによる転位密度の低減とは異なり、下地基板のの転位密度が1×107cm-2未満であっても、成長させる結晶の転位密度をさらに低減させ、結晶成長後の成長面20sにおける転位密度を下地基板10の主面10mにおける転位密度の1/10以下とすることができる。
In the group III nitride crystal growth method of this embodiment, in addition to the tilt angle θ described above, crystal growth occurs on the
(実施形態2)
本発明にかかるIII族窒化物結晶基板の一実施形態は、図4を参照して実施形態1の成長方法により得られるIII族窒化物結晶20から切り出して得られる。かかるIII族窒化物結晶基板は、その主面における転位密度が低減されている。
(Embodiment 2)
One embodiment of a group III nitride crystal substrate according to the present invention is obtained by cutting out from a group
ここで、III族窒化物結晶20から基板を切り出す方法には、特に制限なく、ワイヤソー、内周刃、外周刃、レーザ光などが用いられる。また、切り出されたIII族窒化物結晶基板20pの主面20q,20rは、研磨および/または研削により鏡面化されることが好ましい。
Here, the method of cutting out the substrate from the group
(実施例1)
図1(a)を参照して、まず、下地基板10として10mm×10mm×厚さ350μmのウルツ鉱型GaN結晶基板を準備した。この下地基板(GaN基板)10は、主面10mが(0001)表面であり、その主面10mの法線が[0001]方向から[1−100]方向に1°の傾き角θを有しており、その主面10mは研磨加工により鏡面にされている。この下地基板の主面における転位密度をカソードルミネセンス法により暗点として検出し測定したところ、面内平均転位密度は5×106cm-2であった。
Example 1
Referring to FIG. 1A, first, a wurtzite GaN crystal substrate having a size of 10 mm × 10 mm × 350 μm in thickness was prepared as a
図1(b)を参照して、次に、高純度Gaを溶媒とする液相法により下地基板10の主面10m上にGaN結晶を500μm成長させた。具体的には、図3を参照して、アルミナ坩堝30中に下地基板10をその主面10mを上に向けて坩堝底面に置き、純度が7N(99.99999モル%)である高純度金属Gaを50g秤量し、坩堝内に一緒に入れて950℃まで加熱し、下地基板10に接触する高純度Ga融液(III族元素を含む融液32)を形成した。この高純度Ga融液(融液32)に圧力が8MPaの窒素ガス(窒素含有ガス34)を5000時間供給し、GaN結晶(III族窒化物結晶20)を平均成長厚さ500μmに成長させた。結晶成長後のGaN結晶の成長表面の面方位は(0001)であった。
Referring to FIG. 1B, next, a GaN crystal was grown to 500 μm on the
次に、成長させたGaN結晶を坩堝から取り出し、その表面を研磨加工し鏡面化した。この鏡面化されたGaN結晶表面について、下地基板と同様にカソードルミネセンス法により面内平均転位密度を調べたところ、転位密度は7×104cm-2であった。このGaN結晶の転位伝搬の様子を光散乱トモグラフ法により観察したところ、下地基板に近い成長初期において、転位は(0001)面に対して実質的に平行な方向に伝搬し、結晶外周側面に到達していることが確認された。また、蛍光顕微鏡により結晶内部を観察したところ、液胞は認められなかった。 Next, the grown GaN crystal was taken out of the crucible, and its surface was polished to make a mirror surface. When the in-plane average dislocation density of the mirror-finished GaN crystal surface was examined by the cathodoluminescence method in the same manner as the base substrate, the dislocation density was 7 × 10 4 cm −2 . The dislocation propagation of the GaN crystal was observed by light scattering tomography. As a result, the dislocation propagated in a direction substantially parallel to the (0001) plane and reached the outer peripheral side of the crystal in the early growth stage near the base substrate. It was confirmed that Further, when the inside of the crystal was observed with a fluorescence microscope, no vacuole was observed.
(実施例2)
その主面10mの法線の[0001]方向から[1−100]方向への傾き角が3°であること以外は、実施例1と同様にしてGaN結晶を成長させ、その表面を鏡面化した。このGaN結晶について、表面における平均転位密度は、5.5×104cm-2であり、下地基板に近い成長初期において転位は(0001)面に対して実質的に平行な方向に伝搬し結晶外周側面に到達していることが確認され、結晶内部に液胞は認めらなかった。
(Example 2)
A GaN crystal is grown in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle from the [0001] direction to the [1-100] direction of the normal line of the
(実施例3)
その主面10mの法線の[0001]方向から[1−100]方向への傾き角が5°であること以外は、実施例1と同様にしてGaN結晶を成長させ、その表面を鏡面化した。このGaN結晶について、表面における平均転位密度は、4.8×104cm-2であり、下地基板に近い成長初期において転位は(0001)面に対して実質的に平行な方向に伝搬し結晶外周側面に到達していることが確認され、結晶内部に液胞は認めらなかった。
(Example 3)
A GaN crystal is grown in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle from the [0001] direction to the [1-100] direction of the normal of the
(実施例4)
その主面10mの法線の[0001]方向から[1−100]方向への傾き角が8°であること以外は、実施例1と同様にしてGaN結晶を成長させ、その表面を鏡面化した。このGaN結晶について、表面における平均転位密度は、4.3×104cm-2であり、下地基板に近い成長初期において転位は(0001)面に対して実質的に平行な方向に伝搬し結晶外周側面に到達していることが確認され、結晶内部に液胞は認めらなかった。実質上は問題とならないが、結晶内部に極めて少量の液胞が認められた。
Example 4
A GaN crystal is grown in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle from the [0001] direction to the [1-100] direction of the normal line of the
(比較例1)
下地基板の主面の法線が[0001]方向(傾き角θが0°)であること以外は実施例1と同様にしてGaN結晶を成長させ、その表面を鏡面化した。このGaN結晶について、表面における平均転位密度は、5.1×106cm-2であり、転位は(0001)面に対してほぼ垂直な方向に伝搬していることを確認され、結晶内部に液胞は認められなかった。
(Comparative Example 1)
A GaN crystal was grown in the same manner as in Example 1 except that the normal of the main surface of the base substrate was in the [0001] direction (inclination angle θ was 0 °), and the surface thereof was mirror-finished. For this GaN crystal, the average dislocation density at the surface was 5.1 × 10 6 cm −2 , and it was confirmed that the dislocations propagated in a direction substantially perpendicular to the (0001) plane. No vacuoles were observed.
(比較例2)
その主面10mの法線の[0001]方向から[1−100]方向への傾き角が11°であること以外は、実施例1と同様にしてGaN結晶を成長させ、その表面を鏡面化した。このGaN結晶について、表面における平均転位密度は、6.0×104cm-2であり、下地基板に近い成長初期において転位は(0001)面に対して実質的に平行な方向に伝搬し結晶外周側面に到達していることが確認されたが、結晶内部に液胞が認められた。
(Comparative Example 2)
A GaN crystal is grown in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle from the [0001] direction to the [1-100] direction of the normal line of the
実施例1〜4および比較例1,2から、主面の法線が<0001>方向に対して0.5°以上10°以下の傾き角をする下地基板上に、III族窒化物結晶の成長させることにより、III族窒化物結晶に残留する転位の少なくとも一部を{0001}面に対して実質的に平行な方向に伝搬させてIII族窒化物結晶の外周部に排出させて、結晶成長後の結晶成長面における転位密度が低減したIII族窒化物結晶が得られることがわかった。ただし、結晶中の液胞の存在を皆無にする観点からは、傾き角は0.5°以上5°以下にすることがより好ましい。 From Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, a group III nitride crystal is formed on a base substrate whose normal to the main surface has an inclination angle of 0.5 ° to 10 ° with respect to the <0001> direction. By growing, at least some of the dislocations remaining in the group III nitride crystal are propagated in a direction substantially parallel to the {0001} plane and discharged to the outer periphery of the group III nitride crystal. It was found that a group III nitride crystal having a reduced dislocation density on the crystal growth surface after growth was obtained. However, from the viewpoint of eliminating the presence of vacuoles in the crystal, it is more preferable that the tilt angle be 0.5 ° or more and 5 ° or less.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 下地基板、10c,10mc,20c,20ac,20bc {0001}面、10cv <0001>方向、10h 主面の法線の傾きの方向、10m,20q,20r 主面、10mv 法線、10s,20as,20bs ステップ、10t,20at,20bt ステップ面、20 III族窒化物結晶、20a,20b,20e,20s 結晶成長面、20d 転位伝搬線、20p III族窒化物結晶基板、30 坩堝、32 融液、34 窒素含有ガス。 10 base substrate, 10c, 10mc, 20c, 20ac, 20bc {0001} plane, 10cv <0001> direction, 10h direction of inclination of normal of main surface, 10m, 20q, 20r main surface, 10mv normal, 10s, 20as , 20bs step, 10t, 20at, 20bt step plane, 20 group III nitride crystal, 20a, 20b, 20e, 20s crystal growth plane, 20d dislocation propagation line, 20p group III nitride crystal substrate, 30 crucible, 32 melt, 34 Nitrogen-containing gas.
Claims (5)
前記III族窒化物結晶の成長の際に、前記III族窒化物結晶に残留する転位の少なくとも一部を{0001}面に対して実質的に平行な方向に伝搬させて前記III族窒化物結晶の外周部に排出させることを特徴とするIII族窒化物結晶の成長方法。 A method of growing a group III nitride crystal on a main surface of a base substrate by a liquid phase method,
During the growth of the group III nitride crystal, at least some of the dislocations remaining in the group III nitride crystal are propagated in a direction substantially parallel to the {0001} plane, thereby causing the group III nitride crystal. A method for growing a group III nitride crystal, characterized in that it is discharged to the outer periphery of the substrate.
前記主面の法線は、前記III族窒化物結晶層の<0001>方向に対して0.5°以上10°以下の傾き角を有する請求項1に記載のIII族窒化物結晶の成長方法。 The base substrate includes a group III nitride crystal layer on at least the main surface side,
2. The method for growing a group III nitride crystal according to claim 1, wherein the normal line of the main surface has an inclination angle of 0.5 ° or more and 10 ° or less with respect to a <0001> direction of the group III nitride crystal layer. .
前記III族窒化物結晶の結晶成長後の成長面における転位密度が前記主面における転位密度の1/10以下である請求項1または請求項2に記載のIII族窒化物結晶の成長方法。 A dislocation density in the main surface of the base substrate is less than 1 × 10 7 cm −2 ;
The method for growing a group III nitride crystal according to claim 1 or 2, wherein a dislocation density on a growth surface of the group III nitride crystal after crystal growth is 1/10 or less of a dislocation density on the main surface.
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