[go: up one dir, main page]

JP2010030846A - Method for producing nitride material - Google Patents

Method for producing nitride material Download PDF

Info

Publication number
JP2010030846A
JP2010030846A JP2008195812A JP2008195812A JP2010030846A JP 2010030846 A JP2010030846 A JP 2010030846A JP 2008195812 A JP2008195812 A JP 2008195812A JP 2008195812 A JP2008195812 A JP 2008195812A JP 2010030846 A JP2010030846 A JP 2010030846A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
growth
nitride
substrate
growth substrate
holding
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
Application number
JP2008195812A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Inoue
真司 井上
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.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera 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 Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2008195812A priority Critical patent/JP2010030846A/en
Publication of JP2010030846A publication Critical patent/JP2010030846A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

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

Abstract

【課題】基板上に窒化物体を成長させる際に生じる成長用基板の反りを抑制して、基板上の窒化物体の窒化物体の品質および再現性を向上させる窒化物体の製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物体の成長用基板3を保持する保持体1を用いた窒化物体の製造方法であって、(1)成長用基板3の主面のうち窒化物体を成長させない側の非成長主面の全面が保持体1と密着しないようにして、保持体1により成長用基板3を保持する工程と、(2)保持した基板3上に気相成長法により窒化物体を成長させる工程と、を具備する。
【選択図】図1
The present invention provides a method for manufacturing a nitride object that suppresses the warping of the growth substrate that occurs when the nitride object is grown on the substrate and improves the quality and reproducibility of the nitride object of the nitride object on the substrate.
A method for manufacturing a nitride object using a holder 1 that holds a substrate for growing a nitride object, wherein: (1) non-growth of a main surface of the growth substrate 3 on a side on which the nitride object is not grown A step of holding the growth substrate 3 by the holding body 1 so that the entire main surface is not in close contact with the holding body 1, and (2) a step of growing a nitride body on the held substrate 3 by vapor phase growth. Are provided.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、基板の表面にGaN,AlN,AlGaN等の窒化物体(窒化物単結晶体)を成長させる窒化物体の製造方法に関し、特に、発光ダイオード(LED),半導体レーザ(LD)等の発光素子,トランジスタ,パワーFET(Field Effect Transistor)等のパワーデバイス等の電子素子に適用される窒化物体の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a nitride object in which a nitride object (nitride single crystal) such as GaN, AlN, or AlGaN is grown on the surface of a substrate, and in particular, light emission from a light emitting diode (LED), a semiconductor laser (LD), or the like. The present invention relates to a method of manufacturing a nitride object applied to an electronic element such as a power device such as an element, a transistor, or a power FET (Field Effect Transistor).

GaN,AlGaN等の窒化物体は、発光ダイオード(LED),半導体レーザ(LD)等の発光素子等に用いられることが適しており、今後、使用の拡大が見込まれている。   Nitride objects such as GaN and AlGaN are suitable for use in light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs), and their use is expected to expand in the future.

近年、気相成長法によってGaN単結晶を作製することがなされている(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−12900号公報
In recent years, GaN single crystals have been produced by vapor phase epitaxy (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-12900

しかしながら、特許文献1の内容では、単結晶を作製するための成長用基板の全面が、保持体と接触する構造であるため、例えば温度上昇によって基板に反りが生じた場合、基板の窒化物体の成長面の温度分布が不均一となる。この温度分布の不均一から結晶欠陥(転位)、成長した窒化物体の品質再現性の低下、窒化物体または基板の割れが生じるという課題があった。   However, in the content of Patent Document 1, since the entire surface of the growth substrate for producing a single crystal has a structure in contact with the holder, for example, when the substrate is warped due to a temperature rise, the nitride object of the substrate The temperature distribution on the growth surface becomes non-uniform. Due to this non-uniform temperature distribution, there are problems that crystal defects (dislocations), the quality reproducibility of the grown nitrided body is reduced, and the nitrided body or the substrate is cracked.

従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、基板上に窒化物体を成長させる際に成長用基板に反りが発生した場合、あるいは元々成長用基板に反りがある場合であっても、基板上の窒化物体の品質および再現性を維持させる窒化物体の製造方法を提供することである。   Accordingly, the present invention has been completed in view of the above-described conventional problems, and the object of the present invention is when a growth substrate is warped when a nitride object is grown on the substrate, or originally a growth substrate. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a nitride object that maintains the quality and reproducibility of the nitride object on the substrate even when there is warpage.

本発明は、窒化物体を成長させるための成長用基板を保持する保持体を用いた窒化物体の製造方法であって、(1)前記成長用基板の主面のうち窒化物体を成長させない非成長側主面の外周部のみが前記保持体と密着するようにして、前記保持体により前記成長用基板を保持する工程と、(2)保持した前記基板上に気相成長法により窒化物体を成長させる工程と、を具備する窒化物体の製造方法に関する。   The present invention is a method for manufacturing a nitride object using a holder for holding a growth substrate for growing a nitride object, and (1) non-growth in which the nitride object is not grown on the main surface of the growth substrate. A step of holding the growth substrate by the holding body so that only the outer peripheral portion of the side main surface is in close contact with the holding body; and (2) growing a nitride object on the held substrate by vapor deposition. And a method for producing a nitride body comprising:

工程(2)における気相成長法がハイドライド気相成長法であることが好ましい。   The vapor phase growth method in the step (2) is preferably a hydride vapor phase growth method.

前記窒化物体は、GaN単結晶,AlN単結晶またはそれらの混晶から構成されることが好ましい。   The nitride body is preferably composed of a GaN single crystal, an AlN single crystal, or a mixed crystal thereof.

前記保持体が凹部を有し、該凹部を覆うように前記成長用基板を設けることが好ましい。   It is preferable that the holding body has a recess and the growth substrate is provided so as to cover the recess.

前記保持体の凹部の内壁面には、前記成長用基板を保持するための突起が設けられていることが好ましい。   It is preferable that a protrusion for holding the growth substrate is provided on the inner wall surface of the concave portion of the holding body.

前記保持体の凹部の内壁面には、前記成長用基板を保持するための段差が設けられていることが好ましい。   It is preferable that a step for holding the growth substrate is provided on the inner wall surface of the concave portion of the holding body.

前記保持体は、SiC、BNおよびTaCからなる群から選ばれる1種以上がコーティングされたグラファイトであることが好ましい。   The holding body is preferably graphite coated with at least one selected from the group consisting of SiC, BN and TaC.

本発明の窒化物体の製造方法は、成長用基板の主面のうち窒化物体を成長させない非成長側主面の外周部のみが前記保持体と密着するようにすることから、成長用基板3と保持体1の接触が外周部に限定され、外周部を除く基板全面が均一な温度となり、従来の課題であった結晶欠陥(転位)および成長した窒化物体の品質再現性、窒化物体または基板の割れを抑制することができる。   Since the nitride body manufacturing method of the present invention is such that only the outer peripheral portion of the main surface of the growth substrate on which the nitride body is not grown is in close contact with the holder, the growth substrate 3 and The contact of the holding body 1 is limited to the outer peripheral portion, and the entire surface of the substrate excluding the outer peripheral portion has a uniform temperature, which is the conventional problem of crystal defects (dislocations) and the quality reproducibility of the grown nitrided object, the nitrided object or the substrate Cracking can be suppressed.

また、保持体は、SiC、BNおよびTaCからなる群から選ばれる1種以上がコーティングされたグラファイトであることにより、成長に使用するアンモニアまたは塩化水素ガスなどの腐食性を向上させることが出来る。   Further, the holding body is graphite coated with at least one selected from the group consisting of SiC, BN and TaC, so that the corrosiveness of ammonia or hydrogen chloride gas used for growth can be improved.

また、本発明の窒化物単結晶体の製造方法は好ましくは、窒化物体は、GaN単結晶,AlN単結晶またはそれらの混晶から成ることから、発光ダイオード(LED),半導体レーザ(LD)等の発光素子、トランジスタ,パワーFET(Field Effect Transistor)等のパワーデバイス等の電子素子に好適に使用される窒化物体となる。   In the method for producing a nitride single crystal of the present invention, preferably, the nitride body is composed of a GaN single crystal, an AlN single crystal, or a mixed crystal thereof, so that a light emitting diode (LED), a semiconductor laser (LD), and the like The light emitting element, the transistor, and a power object such as a power FET (Field Effect Transistor) are nitrided objects that are suitably used for electronic elements.

また、本発明の窒化物体の製造方法は好ましくは、基板は、GaN単結晶,AlN単結晶またはそれらの混晶から成ることから、基板とその表面に成長する窒化物体とを同種のものとすることができる。その結果、窒化物体の成長初期界面で発生する基板との格子定数差及び熱膨張率差に起因する窒化物体の転位の発生を抑制することができ、結晶品質の高い窒化物体を製造することができる。   In the nitride object manufacturing method of the present invention, the substrate is preferably made of a GaN single crystal, an AlN single crystal, or a mixed crystal thereof, so that the substrate and the nitride object grown on the surface thereof are of the same type. be able to. As a result, it is possible to suppress the occurrence of dislocations in the nitrided object due to the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient from the substrate generated at the initial growth interface of the nitrided object, and to produce a nitrided object with high crystal quality. it can.

本実施の形態の窒化物体の製造方法について以下に説明する。   A method for manufacturing a nitride object according to the present embodiment will be described below.

本実施の形態の窒化物体の製造方法は、窒化物体の成長用基板3を保持する保持体1を用いて行われる。ここで、窒化物体とは、GaN,AlGaN等の窒化ガリウム系化合物半導体、AlN等が挙げられる。また、窒化物体がGaN単結晶の場合、成長用基板3は、サファイア、SiC、GaN単結晶、AlN単結晶、またはGaN単結晶およびAlN単結晶の混晶などが挙げられる。なかでも、GaN単結晶、AlN単結晶またはGaN単結晶およびAlN単結晶の混晶が好適に用いられる。なお、成長用基板の厚みは0.3〜0.6mm程度である。また、成長用基板の直径は20mm〜60mmである。   The method for manufacturing a nitride object according to the present embodiment is performed using a holder 1 that holds a substrate 3 for growing a nitride object. Here, examples of the nitride object include gallium nitride compound semiconductors such as GaN and AlGaN, and AlN. When the nitride body is a GaN single crystal, examples of the growth substrate 3 include sapphire, SiC, GaN single crystal, AlN single crystal, or a mixed crystal of GaN single crystal and AlN single crystal. Among these, GaN single crystals, AlN single crystals, or mixed crystals of GaN single crystals and AlN single crystals are preferably used. The growth substrate has a thickness of about 0.3 to 0.6 mm. The growth substrate has a diameter of 20 mm to 60 mm.

具体的な窒化物体の製造を示す。図1において、Sは気相成長装置、1は保持体、2は空間、3は成長用基板、4aおよび4bはヒータ、5aはV族原料ガス、5bはIII族原料ガス、6はキャリアガス、8は石英管を示す。   The production of a specific nitride object is shown. In FIG. 1, S is a vapor phase growth apparatus, 1 is a holding body, 2 is a space, 3 is a growth substrate, 4a and 4b are heaters, 5a is a group V source gas, 5b is a group III source gas, and 6 is a carrier gas. , 8 indicates a quartz tube.

本実施の形態の窒化物体の製造方法は、保持体1により成長用基板3を保持する工程(1)と、保持した成長用基板3上に窒化物体を成長させる工程(2)と、から構成される。   The method for manufacturing a nitride object according to the present embodiment includes a step (1) of holding the growth substrate 3 by the holding body 1 and a step (2) of growing the nitride object on the held growth substrate 3. Is done.

(工程1)
工程(1)において、成長用基板3の主面のうち、窒化物体を成長させない側の非成長主面(保持体1と対向する成長用基板3の主面をいう)の外周部側のみが保持体1と密着するようにする。
(Process 1)
In step (1), only the outer peripheral side of the non-growth main surface (referred to as the main surface of the growth substrate 3 facing the holding body 1) on the side where the nitrided object is not grown out of the main surface of the growth substrate 3 is present. It should be in close contact with the holder 1.

保持体1にはグラファイトを用いるが、腐食性のアンモニアおよび塩化水素を使用するため、グラファイト表面にSiC、BNおよびTaCからなる群から選ばれる1種以上がコーティングされた保持体1を用いることが好ましい。なお、コーティング法としては、CVD法、スパッタ法などが挙げられる。これにより保持体1の耐食性が向上する。なお、BNのなかでもPBNが好ましい。PBNとは、焦性窒化ホウ素(パイロリティックBN(p−BN))を意味する。   Although graphite is used for the holding body 1, since corrosive ammonia and hydrogen chloride are used, it is necessary to use the holding body 1 in which one or more selected from the group consisting of SiC, BN and TaC is coated on the graphite surface. preferable. Examples of the coating method include a CVD method and a sputtering method. Thereby, the corrosion resistance of the holder 1 is improved. PBN is preferable among BN. PBN means pyrogenic boron nitride (pyrolytic BN (p-BN)).

成長用基板3の非成長主面は、非成長主面の外周部側のみが保持体1と密着している。これにより、成長用基板3と保持体1の接触が非成長主面の外周部側に限定され、外周部を除く基板全面が均一な温度となり、従来の課題であった結晶欠陥(転位)および成長した窒化物体の品質再現性、窒化物体または基板の割れを抑制することができる。ここで、非成長主面の外周部とは、非成長主面が円形の場合、該円形の直径に対して、非成長面の外側から1〜6%の領域をいう。   The non-growth main surface of the growth substrate 3 is in close contact with the holder 1 only on the outer peripheral side of the non-growth main surface. As a result, the contact between the growth substrate 3 and the holding body 1 is limited to the outer peripheral side of the non-growth main surface, and the entire surface of the substrate excluding the outer peripheral portion has a uniform temperature, and crystal defects (dislocations) and It is possible to suppress the quality reproducibility of the grown nitride object and the cracking of the nitride object or the substrate. Here, when the non-growth main surface is circular, the outer peripheral portion of the non-growth main surface refers to a region of 1 to 6% from the outside of the non-growth surface with respect to the diameter of the circle.

保持体1は凹部9を有することが好ましい。このような保持体1に成長用基板3を保持することで空間2が形成され、成長用基板3のうち空間2上の領域は保持体1と接触していないため均一な温度となり、結晶欠陥および成長した窒化物体の品質再現性、窒化物体または基板の割れを抑制することができる。   The holding body 1 preferably has a recess 9. By holding the growth substrate 3 on such a holder 1, the space 2 is formed, and since the region on the space 2 in the growth substrate 3 is not in contact with the holder 1, the temperature becomes uniform and crystal defects occur. In addition, it is possible to suppress the quality reproducibility of the grown nitride object and the cracking of the nitride object or the substrate.

凹部9の深さは0.1〜1mmである。例えば、成長用基板3として外径52mmのGaN単結晶を使用し、外径60mmの円柱状の保持体1に深さ0.2mmの凹部9が設けられる。   The depth of the recess 9 is 0.1 to 1 mm. For example, a GaN single crystal having an outer diameter of 52 mm is used as the growth substrate 3, and a recess 9 having a depth of 0.2 mm is provided in a cylindrical holder 1 having an outer diameter of 60 mm.

図2に示すように保持体1の凹部9の内壁面には、成長用基板3を保持するための段差7が設けられることが好ましい。例えば、成長用基板3として外径52mmのGaN単結晶を使用し、外径60mmの円柱状の保持体1に深さ0.4mmの凹部9が設けられる。   As shown in FIG. 2, a step 7 for holding the growth substrate 3 is preferably provided on the inner wall surface of the recess 9 of the holder 1. For example, a GaN single crystal having an outer diameter of 52 mm is used as the growth substrate 3, and a recess 9 having a depth of 0.4 mm is provided in a cylindrical holder 1 having an outer diameter of 60 mm.

図2(c)に示すように、空間2の深さ21が0.2mmになるように、図2(a)に示すような、外周部に0.2mmの段差高さ71で、段差幅72が2mmのリング状の段差7を形成する。そして、図2(c)に示すように、この段差7に成長用基板3を載せて固定している。   As shown in FIG. 2C, the step width is 0.2 mm at the outer periphery as shown in FIG. 2A so that the depth 21 of the space 2 is 0.2 mm. 72 forms a ring-shaped step 7 of 2 mm. Then, as shown in FIG. 2C, the growth substrate 3 is mounted on the step 7 and fixed.

また、別の実施形態として図3(a)に示すように保持体1の内部9の保持するための突起10が設けられていることが好ましい。これによると、図3(b)に示すように空間2を設けるための段差7に成長用基板3の非成長主面の外周部側全てを接触させる構造に限定されない。突起は3つ以上設けられていればよく、これにより段差7を設けた場合と同様の効果が得られる。   Further, as another embodiment, as shown in FIG. 3A, it is preferable that a protrusion 10 for holding the inside 9 of the holding body 1 is provided. According to this, as shown in FIG. 3B, the structure is not limited to a structure in which the outer peripheral side of the non-growth main surface of the growth substrate 3 is brought into contact with the step 7 for providing the space 2. It is sufficient that three or more protrusions are provided, and thereby the same effect as that obtained when the step 7 is provided can be obtained.

突起10は、保持体1の内壁面から横方向に向かって突出している。突起の先端は、内壁面から0.5〜3mm突出していることが好ましい。例えば、成長用基板3として外径52mmのGaN単結晶を使用し、外径60mmの円柱状の保持体1に深さ0.4mmの凹部9を設けられる。そして、空間2の深さ0.2mmになるように突起10が設定される。   The protrusion 10 protrudes laterally from the inner wall surface of the holder 1. The tip of the protrusion preferably protrudes from the inner wall surface by 0.5 to 3 mm. For example, a GaN single crystal having an outer diameter of 52 mm is used as the growth substrate 3, and a recess 9 having a depth of 0.4 mm is provided in a cylindrical holder 1 having an outer diameter of 60 mm. Then, the protrusion 10 is set so that the depth of the space 2 is 0.2 mm.

(工程2)
保持した成長用基板3上に気相成長法により窒化物体を成長させる工程である。本実施の形態の窒化物体の製造方法としては、ハイドライド気相成長法が好ましく用いられる。他に、気相成長法としては有機金属気相成長法(MOVPE法)、昇華法などが挙げられるが、成長速度が速く、品質も良く、窒化物体を作製させやすいという理由によりハイドライド気相成長法が好ましい。
(Process 2)
This is a step of growing a nitride object on the held growth substrate 3 by vapor phase growth. A hydride vapor phase growth method is preferably used as the method for manufacturing the nitride object of the present embodiment. Other examples of vapor phase growth include metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) and sublimation, but hydride vapor phase growth is possible because of its high growth rate, good quality, and the ease of producing nitrided bodies. The method is preferred.

実際に、気相成長法により成長用基板3上に窒化物体を作製する方法を以下に示す。   Actually, a method for producing a nitride object on the growth substrate 3 by vapor phase growth will be described below.

図1に示すように、保持体1により支持した状態で成長用基板3を気相成長装置2に配置する。そして、ヒータ4bを700℃以上に加熱し、原料ガス5aおよび5bとともに、キャリアガス6を導入することで窒化物体を成長させる。   As shown in FIG. 1, a growth substrate 3 is placed in a vapor phase growth apparatus 2 while being supported by a holder 1. Then, the heater 4b is heated to 700 ° C. or more, and the nitride gas is grown by introducing the carrier gas 6 together with the source gases 5a and 5b.

原料ガス5aまたは5bには、V族のアンモニアとIII族のトリメチルガリウムまたは塩化ガリウムを用い、キャリアガス6には窒素、水素又はその混合ガスを用いる。塩化ガリウムをIII族原料に使用する場合は、金属ガリウムを石英製の容器11に充填し、ヒータ4aを約800℃にして塩化水素ガスを流して反応させることにより塩化ガリウムを生成する。ヒータ4bは低温バッファ層などの成膜時には700〜1000℃、単結晶成長時には1000〜1300℃とすることにより、保持体1と基板3を加熱するのが好ましい。この場合、低温バッファ層は10〜100nmで成膜される。なお、低温バッファ層を成膜する場合でもガス組成は同じである。   The source gas 5a or 5b uses group V ammonia and group III trimethylgallium or gallium chloride, and the carrier gas 6 uses nitrogen, hydrogen, or a mixed gas thereof. When gallium chloride is used as a Group III raw material, gallium chloride is produced by filling metal gallium into a quartz container 11 and setting the heater 4a to about 800 ° C. to cause hydrogen chloride gas to flow and react. It is preferable to heat the holder 1 and the substrate 3 by setting the heater 4b to 700 to 1000 ° C. when forming a low-temperature buffer layer or the like and 1000 to 1300 ° C. when growing a single crystal. In this case, the low temperature buffer layer is formed with a thickness of 10 to 100 nm. The gas composition is the same even when the low temperature buffer layer is formed.

気相成長装置S内に供給されて窒化物体を成長させる原料ガスは、アンモニア(NH)ガス,塩化ガリウム(GaCl)ガス,塩化水素(HCl)ガス等であり、さらに窒素(N2)ガス,水素(H)ガス,シラン(SiH4)ガス等を含んでいてもよい。 The source gas supplied into the vapor phase growth apparatus S for growing a nitride body is ammonia (NH 3 ) gas, gallium chloride (GaCl) gas, hydrogen chloride (HCl) gas, or the like, and also nitrogen (N 2 ) gas. , Hydrogen (H 2 ) gas, silane (SiH 4 ) gas, or the like may be included.

塩化水素ガスを用いる場合、塩化水素は気相成長装置Sでガリウム金属と800℃程度の温度で反応させて塩化ガリウム(GaCl)ガスとして原料ガス5bから供給される。これにアンモニアガスを原料ガス5aから供給して混合させて、成長用基板3に供給することによって基板3の表面にGaN単結晶体を成長させる。アンモニアガスと塩化水素ガスの流量比は、アンモニアガスの流量が塩化水素ガスの流量の15〜30倍程度である。15〜30倍程度とすることによって、GaN単結晶体の成長速度を高めることができ、また、柱状結晶の成長が起こりGaN単結晶体中の転位が増加することを抑えることができる。   When hydrogen chloride gas is used, hydrogen chloride is reacted with gallium metal at a temperature of about 800 ° C. in the vapor phase growth apparatus S, and supplied from the source gas 5b as gallium chloride (GaCl) gas. Ammonia gas is supplied from the source gas 5 a and mixed therewith and supplied to the growth substrate 3, thereby growing a GaN single crystal on the surface of the substrate 3. The flow rate ratio of ammonia gas to hydrogen chloride gas is such that the flow rate of ammonia gas is about 15 to 30 times the flow rate of hydrogen chloride gas. By setting it to about 15 to 30 times, it is possible to increase the growth rate of the GaN single crystal, and to suppress the growth of columnar crystals and the increase of dislocations in the GaN single crystal.

気相成長装置Sの材料は石英等であり、気相成装置Sの形状は円筒状、角筒状等の筒状体である。   The material of the vapor phase growth apparatus S is quartz or the like, and the shape of the vapor phase growth apparatus S is a cylindrical body such as a cylindrical shape or a rectangular tube shape.

上記の条件においてGaN単結晶体の結晶成長を行うことにより、GaN単結晶体を得ることができる。   A GaN single crystal can be obtained by performing crystal growth of the GaN single crystal under the above conditions.

なお、上述の方法では、成長用基板3がGaN基板かサファイア基板かについては特定していない。が、代わりにGaN基板を用いる場合は、低温バッファ層が必要なくなる以外は、同一条件で行われる。   In the above method, it is not specified whether the growth substrate 3 is a GaN substrate or a sapphire substrate. However, when a GaN substrate is used instead, it is performed under the same conditions except that the low-temperature buffer layer is not necessary.

以上より、光学素子、電子素子に適用される窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル成長するのに好適なGaN単結晶等から成る窒化物体が製造可能となる。   As described above, a nitride object made of GaN single crystal or the like suitable for epitaxial growth of a gallium nitride compound semiconductor applied to an optical element and an electronic element can be manufactured.

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、AlN単結晶から成る成長用基板3を用い、ガリウムに替えてアルミニウムを使用し、ヒータ4aおよび4bとして高周波誘導加熱コイルを用い、アンモニア(NH3)ガスと塩化水素(HCl)ガスを主成分とする原料ガスを供給することによって、AlN単結晶の成長が可能となる。また、原料ガスの塩化水素に替えて金属アルミニウムを用いずに、有機金属ガスのトリメチルアルミニウムを用いても同様である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, a growth substrate 3 made of AlN single crystal is used, aluminum is used instead of gallium, high frequency induction heating coils are used as the heaters 4a and 4b, and ammonia (NH 3 ) gas and hydrogen chloride (HCl) gas are mainly used. By supplying a raw material gas as a component, it is possible to grow an AlN single crystal. The same applies to the case where trimethylaluminum, an organic metal gas, is used instead of metal aluminum instead of hydrogen chloride, which is a raw material gas.

以上のように、成長用基板3へのGaN単結晶体成長面を上にした場合について説明したが、成長面を下向きに保持しても、成長用基板3が下に落ちないように固定した場合には、同様の効果が得られる。また、気相成長装置Sは、図1のように横型に限定するものではなく、気相中で窒化物体を成長させる装置に適用可能であり、原料ガスも実施例に示した材料に限定されず、窒化物体を成長可能な原料ガスに応用可能である。   As described above, the case where the growth surface of the GaN single crystal body on the growth substrate 3 is described has been described. However, the growth substrate 3 is fixed so as not to fall down even if the growth surface is held downward. In some cases, the same effect can be obtained. Further, the vapor phase growth apparatus S is not limited to the horizontal type as shown in FIG. 1, but can be applied to an apparatus for growing a nitride body in the vapor phase, and the source gas is also limited to the materials shown in the embodiments. First, it can be applied to a source gas capable of growing a nitride body.

なお、本発明の窒化物体の成長方法に用いられる保持体1として、成長用基板3を置くことにより空間2が形成される例を示したが、本発明は空間2を形成することに限定されず、保持体1に成長用基板3の主面のうち窒化物体を成長させない側の非成長主面の外周部側のみが前記保持体と密着するようにすればよい。   Although the example in which the space 2 is formed by placing the growth substrate 3 is shown as the holder 1 used in the method for growing a nitride object according to the present invention, the present invention is limited to forming the space 2. Instead, only the outer peripheral side of the non-growth main surface of the main surface of the growth substrate 3 on the side on which the nitrided body is not grown needs to be in close contact with the holder.

窒化物体の製造方法の実施例について以下に説明する。   Examples of the method for manufacturing a nitride object will be described below.

本実施例において、図1の製造装置を用いてGaN単結晶体を製造し、得られたGaN単結晶の評価を行った(実施例1〜2および比較例1〜2)。   In this example, a GaN single crystal was manufactured using the manufacturing apparatus of FIG. 1, and the obtained GaN single crystal was evaluated (Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2).

まず、成長用基板3として、直径52mm、厚み0.4mmの円板状の単結晶製の成長用基板を用いた。成長用基板3は、気相成長装置である石英管8内に設置された保持体1に固定された。   First, as the growth substrate 3, a disk-shaped single crystal growth substrate having a diameter of 52 mm and a thickness of 0.4 mm was used. The growth substrate 3 was fixed to a holding body 1 installed in a quartz tube 8 which is a vapor phase growth apparatus.

なお、実施例1および比較例1の成長用基板3はサファイアにより、また、実施例2および比較例2の成長用基板3はGaNによりそれぞれ構成された。   The growth substrate 3 of Example 1 and Comparative Example 1 was made of sapphire, and the growth substrate 3 of Example 2 and Comparative Example 2 was made of GaN.

実施例1〜2および比較例1〜2における保持体1は、外径60mm、厚さ20mmを示した。なお、SiCコーティンググラファイトは市販のものを用いた。   The holding body 1 in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2 showed an outer diameter of 60 mm and a thickness of 20 mm. A commercially available SiC-coated graphite was used.

実施例1および実施例2の保持体1はともに、図2(a)に示すように、保持体1には、保持体1から凹部9(深さ0.5mm)および成長用基板3を取り付けるための段差7(深さ0.3mm)が設けられた。   As shown in FIG. 2 (a), both the holding body 1 of Example 1 and Example 2 are attached to the holding body 1 from the holding body 1 to the concave portion 9 (depth 0.5 mm) and the growth substrate 3. A step 7 (depth 0.3 mm) was provided.

一方、比較例1および比較例2の保持体にはともに、凹部9および段差7は設けられなかった。なお、図4(a)として比較例1および2の保持体81を、図4(b)として比較例1および2の成長用基板83を保持する保持体81をそれぞれ示す。   On the other hand, neither the recessed part 9 nor the level | step difference 7 was provided in the holding body of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. 4A shows the holding body 81 of Comparative Examples 1 and 2, and FIG. 4B shows the holding body 81 holding the growth substrate 83 of Comparative Examples 1 and 2.

次に、成長用基板3に、V族原料ガス5aおよびIII族原料ガス5bを同時に供給した。なお、V族原料ガス5aとしては、アンモニアガスを使用し、750cc/分の分量で供給した。また、III族原料ガス5bとしては、塩化水素ガスを30cc/分の分量で供給し、石英容器11に充填した金属ガリウムを、ヒータ4aを800℃に制御しながら加熱することで塩化ガリウムを生成して供給した。このとき、キャリアガス6として窒素と水素を50%ずつ、総量5000cc/分の分量で供給した。   Next, the group V source gas 5a and the group III source gas 5b were simultaneously supplied to the growth substrate 3. In addition, as the V group source gas 5a, ammonia gas was used and supplied in an amount of 750 cc / min. Further, as the group III source gas 5b, hydrogen chloride gas is supplied in an amount of 30 cc / min, and gallium chloride is generated by heating the metal gallium filled in the quartz container 11 while controlling the heater 4a at 800 ° C. And supplied. At this time, 50% of nitrogen and hydrogen were supplied as carrier gas 6 in a total amount of 5000 cc / min.

さらに、ヒータ4bにより成長用基板3の温度が1000℃になるように制御した。これにより、保持体1を20rpmで回転させながらGaN単結晶体の成長を開始した。なお、実施例1および比較例1では成長開始前に500℃から700℃での低温でバッファ層50nm成長した後にGaN成長を開始した。   Further, the temperature of the growth substrate 3 was controlled to 1000 ° C. by the heater 4b. Thereby, the growth of the GaN single crystal was started while rotating the holder 1 at 20 rpm. In Example 1 and Comparative Example 1, GaN growth was started after 50 nm of the buffer layer was grown at a low temperature of 500 ° C. to 700 ° C. before the growth was started.

GaN単結晶体を成長させたのち、石英管8を開け、総厚み1mmのGaN単結晶体を気相成長装置Sから取り出した。成長用基板3はダイアモンド砥石を用いて、0.5mm研削加工して取り除いた。残ったGaN単結晶体を、ダイアモンド砥石を用いて外径50.8mmになるように外周研削し、続いて、#800のダイアモンド砥粒でラップ研磨した後、コロイダルシリカ研磨剤で鏡面加工を行った。以上により、外径50.8mm、厚み0.4mmであり、両面が研磨された、実施例1〜2および比較例1〜2のGaN単結晶体を作製した。   After growing the GaN single crystal, the quartz tube 8 was opened, and the GaN single crystal having a total thickness of 1 mm was taken out from the vapor phase growth apparatus S. The growth substrate 3 was removed by grinding 0.5 mm using a diamond grindstone. The remaining GaN single crystal is ground with a diamond grindstone to an outer diameter of 50.8 mm, then lapped with # 800 diamond abrasive grains, and then mirror-finished with a colloidal silica abrasive. It was. As described above, GaN single crystals of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 having an outer diameter of 50.8 mm and a thickness of 0.4 mm and polished on both sides were produced.

実施例1〜2および比較例1〜2のGaN単結晶体の表面をX線トポグラフ像で観察し、平均転位密度(cm−2)、転位密度面内ばらつき(cm−2)、転位密度ロット間ばらつきσ(cm−2)および割れ発生率(%)を導出した。 The surfaces of the GaN single crystals of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were observed with X-ray topographic images. The average dislocation density (cm −2 ), dislocation density in-plane variation (cm −2 ), and dislocation density lot The variation σ (cm −2 ) and the crack occurrence rate (%) were derived.

なお、平均転位密度(cm−2)は、X線トポグラフ像の転位線をカウントし、単位面積あたりの密度に換算することにより導出された。 The average dislocation density (cm −2 ) was derived by counting the number of dislocation lines in the X-ray topographic image and converting it to a density per unit area.

また、転位密度面内ばらつき(cm−2)は、前述のX線トポグラフ像から導出する転位密度を、結晶成長面内で中心を通る直径方向に10mm間隔で5点測定し、標準偏差を算出することにより導出された。 Dislocation density in-plane variation (cm -2 ) is calculated by measuring the dislocation density derived from the above X-ray topographic image at five points in the diameter direction passing through the center in the crystal growth plane and calculating the standard deviation. Was derived by

さらに、転位密度ロット間ばらつきσ(cm−2)は、同一条件で成長させた異なる5つの成長ロットの結晶の中央部を、前述のX線トポグラフ像から転位密度を算出し、標準偏差を算出することにより導出された。 Furthermore, dislocation density lot-to-lot variation σ (cm −2 ) is calculated by calculating the dislocation density from the X-ray topographic image of the central part of the crystals of five different growth lots grown under the same conditions, and calculating the standard deviation. Was derived by

割れ発生率(%)は、同一条件で成長させた異なる10個の成長ロットの結晶を目視検査し、割れの有無を確認することにより導出された。   The crack generation rate (%) was derived by visually inspecting crystals of 10 different growth lots grown under the same conditions and confirming the presence or absence of cracks.

結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

表1より、成長用基板3との間に空間2を設けた保持体1を用いて得られた実施例1のGaN単結晶基板は、空間2を設けない保持体1を用いて得られた比較例1のGaN単結晶基板よりも転位密度が低く、優れていることがわかった。また、比較例2と比較した実施例2についても同様のことがわかった。   From Table 1, the GaN single crystal substrate of Example 1 obtained using the holding body 1 provided with the space 2 between the growth substrate 3 was obtained using the holding body 1 not provided with the space 2. It was found that the dislocation density is lower than that of the GaN single crystal substrate of Comparative Example 1 and is superior. Moreover, the same thing was understood also about Example 2 compared with Comparative Example 2.

また、実施例1は比較例1の場合よりも転位密度面内ばらつきおよび転位密度ロット間ばらつきが低く、転位密度の減少、面内ばらつきの減少およびロット間ばらつきの減少が確認された。実施例2についても比較例と比較して、実施例1と同様の結果が得られた。   Further, in Example 1, dislocation density in-plane variation and dislocation density lot-to-lot variation were lower than in Comparative Example 1, and it was confirmed that the dislocation density decreased, in-plane variation decreased, and lot-to-lot variation decreased. The result similar to Example 1 was obtained also about Example 2 compared with the comparative example.

本実施の形態の窒化物体の製造方法に用いる気相成長装置Sの断面図である。It is sectional drawing of the vapor phase growth apparatus S used for the manufacturing method of the nitride body of this Embodiment. (a)は、保持体1の実施形態の断面図、(b)は保持体1の1実施形態の斜視図、(c)は成長基板3を保持する保持体1の実施形態の断面図である。(A) is sectional drawing of embodiment of the holding body 1, (b) is a perspective view of one embodiment of the holding body 1, (c) is sectional drawing of embodiment of the holding body 1 holding the growth substrate 3. is there. (a)は、保持体1の1実施形態の断面図、(b)は、保持体1の上面図、(c)は成長基板3を保持する保持体1の1実施形態の断面図である。(A) is sectional drawing of one Embodiment of the holding body 1, (b) is a top view of the holding body 1, (c) is sectional drawing of one Embodiment of the holding body 1 holding the growth substrate 3. FIG. . (a)は、比較例の保持体81の1実施形態の断面図、(b)は比較例の成長用基板83を保持する保持体81の1実施形態の断面図である。(A) is sectional drawing of one Embodiment of the holding body 81 of a comparative example, (b) is sectional drawing of 1 embodiment of the holding body 81 holding the growth substrate 83 of a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

S:気相成長装置
1,81:保持体
2:空間
3,83:成長用基板
4a,4b:ヒータ
5a:V族原料ガス
5b:III族原料ガス
6:キャリヤガス
7:段差
8:石英管
9:凹部
10:突起
11:石英容器
21:空間2の深さ
S: Vapor growth apparatus 1, 81: Holding body 2: Space 3, 83: Growth substrate 4a, 4b: Heater 5a: Group V source gas 5b: Group III source gas 6: Carrier gas 7: Step 8: Quartz tube 9: Recess 10: Protrusion 11: Quartz container 21: Depth of space 2

Claims (7)

窒化物体を成長させるための成長用基板を保持する保持体を用いた窒化物体の製造方法であって、
(1)前記成長用基板の主面のうち窒化物体を成長させない非成長側主面の外周部のみが前記保持体と密着するようにして、前記成長用基板を保持する工程と、
(2)保持した前記基板上に気相成長法により窒化物体を成長させる工程と、
を具備する窒化物体の製造方法。
A method of manufacturing a nitride object using a holder for holding a growth substrate for growing the nitride object,
(1) a step of holding the growth substrate such that only the outer peripheral portion of the non-growth side main surface that does not grow a nitride body among the main surfaces of the growth substrate is in close contact with the holder;
(2) growing a nitride body on the held substrate by vapor deposition;
A method for manufacturing a nitride object comprising:
工程(2)における気相成長法がハイドライド気相成長法である請求項1記載の窒化物体の製造方法。   The method for producing a nitride object according to claim 1, wherein the vapor phase growth method in the step (2) is a hydride vapor phase growth method. 前記窒化物体は、GaN単結晶,AlN単結晶またはそれらの混晶から構成される請求項1または2記載の窒化物体の製造方法。   The method for manufacturing a nitride object according to claim 1 or 2, wherein the nitride object is composed of a GaN single crystal, an AlN single crystal, or a mixed crystal thereof. 前記保持体が凹部を有し、該凹部を覆うように前記成長用基板を設ける請求項1乃至3のいずれか記載の窒化物体の製造方法。   The method for manufacturing a nitride object according to any one of claims 1 to 3, wherein the holding body has a recess, and the growth substrate is provided so as to cover the recess. 前記保持体の凹部の内壁面には、前記成長用基板を保持するための突起が設けられている請求項4記載の窒化物体の製造方法。   The method for manufacturing a nitride object according to claim 4, wherein a protrusion for holding the growth substrate is provided on an inner wall surface of the concave portion of the holding body. 前記保持体の凹部の内壁面には、前記成長用基板を保持するための段差が設けられている請求項4載の窒化物体の製造方法。   The method for manufacturing a nitride object according to claim 4, wherein a step for holding the growth substrate is provided on an inner wall surface of the concave portion of the holding body. 前記保持体は、SiC、BNおよびTaCからなる群から選ばれる1種以上がコーティングされたグラファイトである請求項1乃至6のいずれか記載の窒化物体の製造方法。
The method for manufacturing a nitride object according to any one of claims 1 to 6, wherein the holding body is graphite coated with at least one selected from the group consisting of SiC, BN, and TaC.
JP2008195812A 2008-07-30 2008-07-30 Method for producing nitride material Pending JP2010030846A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008195812A JP2010030846A (en) 2008-07-30 2008-07-30 Method for producing nitride material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008195812A JP2010030846A (en) 2008-07-30 2008-07-30 Method for producing nitride material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010030846A true JP2010030846A (en) 2010-02-12

Family

ID=41735818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008195812A Pending JP2010030846A (en) 2008-07-30 2008-07-30 Method for producing nitride material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010030846A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014123036A1 (en) * 2013-02-06 2014-08-14 東洋炭素株式会社 Silicon carbide-tantalum carbide composite and susceptor
WO2014132948A1 (en) * 2013-02-27 2014-09-04 東洋炭素株式会社 Susceptor
DE102013114203A1 (en) * 2013-12-17 2015-06-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Wafer carrier, reactor and method for temperature measurement
DE102013204566B4 (en) 2012-06-07 2021-08-19 Mitsubishi Electric Corporation Substrate carrier and semiconductor manufacturing apparatus

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013204566B4 (en) 2012-06-07 2021-08-19 Mitsubishi Electric Corporation Substrate carrier and semiconductor manufacturing apparatus
WO2014123036A1 (en) * 2013-02-06 2014-08-14 東洋炭素株式会社 Silicon carbide-tantalum carbide composite and susceptor
JPWO2014123036A1 (en) * 2013-02-06 2017-02-02 東洋炭素株式会社 Silicon carbide-tantalum carbide composite and susceptor
US9764992B2 (en) 2013-02-06 2017-09-19 Toyo Tanso Co., Ltd. Silicon carbide-tantalum carbide composite and susceptor
WO2014132948A1 (en) * 2013-02-27 2014-09-04 東洋炭素株式会社 Susceptor
DE102013114203A1 (en) * 2013-12-17 2015-06-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Wafer carrier, reactor and method for temperature measurement

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5472513B2 (en) Single crystal substrate, group III nitride crystal obtained using the same, and method for producing group III nitride crystal
CN107078030A (en) Manufacturing method of nitride semiconductor substrate, nitride semiconductor substrate, and heating device thereof
TWI434950B (en) Gallium nitride (GaN) self-supporting substrate manufacturing method and manufacturing device
CN104641454A (en) Susceptor, crystal growing apparatus, and crystal growing method
JP2007320849A (en) Method and apparatus for growing GaN bulk single crystal
CN100481330C (en) III nitride semiconductor and fabricating method thereof
JP2014181178A (en) Low-carbon group iii nitride crystal
US20070215901A1 (en) Group III-V nitride-based semiconductor substrate and method of fabricating the same
JP2010030846A (en) Method for producing nitride material
JP4467615B2 (en) Nitride semiconductor crystal growth method, growth apparatus, and program
JP5499839B2 (en) Method for manufacturing gallium nitride based semiconductor substrate
JP5542570B2 (en) Method for producing single crystal aluminum nitride
JP2014047097A (en) Manufacturing method for nitride semiconductor crystal
JP2013227202A (en) Method for manufacturing semiconductor crystal of nitride of group 13 metal in periodic table and semiconductor light-emitting device using semiconductor crystal of nitride of group 13 metal in periodic obtained by the manufacturing method
JP2010083683A (en) Production method of single crystal body and production apparatus for single crystal body
JP7182262B2 (en) RAMO4 SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR
JP2008230868A (en) Method for growing gallium nitride crystal and gallium nitride crystal substrate
TW201338205A (en) Manufacturing method of gallium nitride template substrate and gallium nitride template substrate
JP2011091196A (en) Method of manufacturing single crystal body
JP2014116331A (en) Crystal growth device, crystal growth method and susceptor
JP5238924B2 (en) Single crystal substrate and method for producing nitride semiconductor single crystal
JP2010052978A (en) Method for producing group iii nitride single crystal
JP2010105849A (en) Method of producing nitride single crystal
KR101379290B1 (en) Method for manufacturing gan wafer using in-situ grown aln nucleation layer
KR101578717B1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING GaN WAFER