JP2011207640A - Method for producing group iii nitride semiconductor crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フラックス法によって種結晶上にIII 族窒化物半導体結晶を製造する方法に関するものであり、転位の少ないIII 族窒化物半導体結晶を得ることができる製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a group III nitride semiconductor crystal on a seed crystal by a flux method, and relates to a production method capable of obtaining a group III nitride semiconductor crystal with few dislocations.
GaNなどのIII 族窒化物半導体結晶の製造方法として、いわゆるNaフラックス法が知られている。これは、Na(ナトリウム)とGa(ガリウム)との混合融液を約800℃、数十気圧下で窒素とを反応させて、GaNを結晶成長させる方法である。 A so-called Na flux method is known as a method for producing a group III nitride semiconductor crystal such as GaN. In this method, a mixed melt of Na (sodium) and Ga (gallium) is reacted with nitrogen at about 800 ° C. and several tens of atmospheres to grow GaN crystals.
このNaフラックス法では、種結晶して、たとえば、サファイア基板上にHVPE法やMOCVD法などによってGaNを成長させたテンプレート基板や、GaN自立基板を用いる。 In this Na flux method, a seed substrate is used, for example, a template substrate in which GaN is grown on a sapphire substrate by HVPE method, MOCVD method, or the like, or a GaN free-standing substrate is used.
Naフラックス法において、III 族窒化物半導体結晶の成長速度を制御する方法として、特許文献1に記載の方法がある。特許文献1には、窒素の流量によって成長速度を制御し、成長速度を一定に保つことで均質なGaN結晶を製造する方法が記載されている。しかし、成長速度を故意に変化させてGaN結晶を成長させることは記載がない。 In the Na flux method, there is a method described in Patent Document 1 as a method for controlling the growth rate of the group III nitride semiconductor crystal. Patent Document 1 describes a method for producing a homogeneous GaN crystal by controlling the growth rate by the flow rate of nitrogen and keeping the growth rate constant. However, there is no description that the GaN crystal is grown by intentionally changing the growth rate.
本発明者はNaフラックス法におけるGaN結晶の成長速度について検討したところ、25〜30μm/hの成長速度では、インクルージョンが多く発生してしまう場合があり、このインクルージョンによって転位の伝搬が阻止されることで、GaN結晶の転位密度が減少することがわかった。ここでインクルージョンとは、GaN結晶の育成中にNaフラックス法で用いる混合融液が取り込まれ、GaN結晶中にその混合融液が残って包含されたものである。また、8〜15μm/hの成長速度では、インクルージョンは減少するが、転位密度は減少しなかった。すなわち、インクルージョン発生の抑制と、転位密度の低減とを両立させることはできなかった。 The present inventor examined the growth rate of the GaN crystal in the Na flux method, and at the growth rate of 25 to 30 μm / h, many inclusions may occur, and this inclusion prevents dislocation propagation. Thus, it has been found that the dislocation density of the GaN crystal decreases. Here, the inclusion means that the mixed melt used in the Na flux method is taken in during the growth of the GaN crystal, and the mixed melt remains in the GaN crystal. Further, at the growth rate of 8 to 15 μm / h, the inclusion was decreased, but the dislocation density was not decreased. That is, it was impossible to achieve both suppression of inclusion generation and reduction of dislocation density.
そこで本発明の目的は、フラックス法によるIII 族窒化物半導体結晶の製造方法において、III 族窒化物半導体結晶にインクルージョンを発生させず、かつ転位密度を低減することができる製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a group III nitride semiconductor crystal by a flux method, in which no inclusion is generated in the group III nitride semiconductor crystal and the dislocation density can be reduced. is there.
第1の発明は、III 族金属とアルカリ金属とを少なくとも含む混合融液と、少なくとも窒素を含む気体とを反応させ、種結晶にIII 族窒化物半導体を結晶成長させるIII 族窒化物半導体結晶の製造方法において、7μm/h以下の成長速度でIII 族窒化物半導体結晶の成長を開始する第1工程と、第1工程の後、成長速度を段階的または連続的に上げて7μm/hよりも速い成長速度でIII 族窒化物半導体結晶を成長させる第2工程と、を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a group III nitride semiconductor crystal in which a mixed melt containing at least a group III metal and an alkali metal is reacted with a gas containing at least nitrogen to grow a group III nitride semiconductor on a seed crystal. In the manufacturing method, the first step of starting the growth of the group III nitride semiconductor crystal at a growth rate of 7 μm / h or less, and after the first step, the growth rate is increased stepwise or continuously to be higher than 7 μm / h. And a second step of growing the group III nitride semiconductor crystal at a high growth rate.
ここでIII 族窒化物半導体とは、一般式Alx Gay Inz N(x+y+z=1、0≦x、y、z≦1)で表される半導体であり、Al、Ga、Inの一部を他の第13族元素(第3B族元素)であるBやTlで置換したもの、Nの一部を他の第15族元素(第5B族元素)であるP、As、Sb、Biで置換したものをも含むものとする。より一般的には、Gaを少なくとも含むGaN、InGaN、AlGaN、AlGaInNを示す。
Here, the group III nitride semiconductor is a semiconductor represented by the general formula Al x Ga y In z N (x + y + z = 1, 0 ≦ x, y, z ≦ 1), and a part of Al, Ga, and In Is replaced with
III 族金属は、Ga、Al、Inのうち少なくとも1つであり、特にGaのみを用いてGaN結晶を製造するのが望ましい。 The group III metal is at least one of Ga, Al, and In. In particular, it is desirable to manufacture a GaN crystal using only Ga.
アルカリ金属は、通常はNa(ナトリウム)を用いるが、K(カリウム)を用いてもよく、NaとKの混合物であってもよい。さらには、Li(リチウム)やアルカリ土類金属を混合してもよい。また、混合融液には、結晶成長させるIII 族窒化物半導体の伝導型、磁性などの物性の制御や、結晶成長の促進、雑晶の抑制、成長方向の制御、などの目的でドーパントを添加してもよい。たとえばC(炭素)を添加すると、雑晶の抑制や結晶成長促進の効果を得られる。また、n型ドーパントしてGe(ゲルマニウム)などを用いることができ、p型ドーパントとしてZn(亜鉛)などを用いることができる。 As the alkali metal, Na (sodium) is usually used, but K (potassium) may be used, or a mixture of Na and K may be used. Furthermore, Li (lithium) or an alkaline earth metal may be mixed. In addition, dopants are added to the mixed melt for purposes such as controlling the physical properties of III-nitride semiconductors for crystal growth, properties such as magnetism, promoting crystal growth, suppressing miscellaneous crystals, and controlling the growth direction. May be. For example, when C (carbon) is added, effects of suppressing miscellaneous crystals and promoting crystal growth can be obtained. Further, Ge (germanium) or the like can be used as the n-type dopant, and Zn (zinc) or the like can be used as the p-type dopant.
また、窒素を含む気体とは、窒素分子や、アンモニア等の窒素を構成元素として含む化合物の気体であり、それらの混合ガスでもよく、さらには希ガス等の不活性ガスを含んでいてもよい。 The gas containing nitrogen is a gas of a compound containing nitrogen as a constituent element, such as nitrogen molecules or ammonia, and may be a mixed gas thereof, or may further contain an inert gas such as a rare gas. .
成長速度の制御は、温度、圧力、混合融液全体に対するIII 族金属のモル比、などによって制御することができる。混合融液全体とは、III 族金属とアルカリ金属とを合わせたモル数であり、混合融液に含まれるIII 族金属やアルカリ金属以外のドーパント等をも含めた全体のモル数であってもよい。 The growth rate can be controlled by temperature, pressure, the molar ratio of the group III metal to the entire mixed melt, and the like. The total mixed melt is the total number of moles of the group III metal and the alkali metal combined, and the total number of moles including the dopant other than the group III metal and the alkali metal contained in the mixed melt. Good.
第1工程におけるIII 族窒化物半導体結晶の成長速度は、1μm/h以上とすることが望ましい。これよりも遅い成長速度では、III 族窒化物半導体結晶の成長に多大な時間がかかり、生産性の点で問題があるため望ましくない。より望ましい第1工程における成長速度は、3〜7μm/hである。 The growth rate of the group III nitride semiconductor crystal in the first step is desirably 1 μm / h or more. If the growth rate is slower than this, it takes a long time to grow a group III nitride semiconductor crystal, which is not desirable because of a problem in productivity. A more desirable growth rate in the first step is 3 to 7 μm / h.
第1工程において成長させるIII 族窒化物半導体結晶の厚さは、0.4mm以上とすることが望ましい。0.4mm以上とすれば、転位密度を十分に低減することができる。ただし、第1工程において成長させるIII 族窒化物半導体結晶の厚さは2mm以下とすることが望ましい。これより厚くすると、第1工程による転位密度の低減効果が飽和してしまい、厚くする意義がないからである。より望ましくは0.5〜1.5mmである。 The thickness of the group III nitride semiconductor crystal grown in the first step is preferably 0.4 mm or more. If the thickness is 0.4 mm or more, the dislocation density can be sufficiently reduced. However, the thickness of the group III nitride semiconductor crystal grown in the first step is desirably 2 mm or less. If it is thicker than this, the effect of reducing the dislocation density in the first step is saturated, and there is no significance in increasing the thickness. More desirably, the thickness is 0.5 to 1.5 mm.
第1工程においてGaNがステップフロー成長し易くするために、種結晶の転位密度は1×108 /cm2 以下とすることが望ましく、特にIII 族窒化物半導体自立基板であることが望ましいが、テンプレート基板を用いてもよい。テンプレート基板は、サファイア基板等の異種基板上にHVPE法やMOCVD法などによってIII 族窒化物半導体層を形成した基板である。 In order to facilitate step flow growth of GaN in the first step, the dislocation density of the seed crystal is preferably 1 × 10 8 / cm 2 or less, and particularly preferably a group III nitride semiconductor free-standing substrate, A template substrate may be used. The template substrate is a substrate in which a group III nitride semiconductor layer is formed on a dissimilar substrate such as a sapphire substrate by an HVPE method, an MOCVD method, or the like.
第2工程におけるIII 族窒化物半導体結晶の成長速度は、8〜20μm/hとすることが望ましい。インクルージョンが発生しなくなり、かつ、第1工程において成長させたGaN結晶と同等の転位密度とすることができる。より望ましい第2工程における成長速度は、8〜15μm/hである。 The growth rate of the group III nitride semiconductor crystal in the second step is desirably 8 to 20 μm / h. Inclusion does not occur, and a dislocation density equivalent to that of the GaN crystal grown in the first step can be obtained. A more desirable growth rate in the second step is 8 to 15 μm / h.
第2の発明は、第1の発明において、第2工程は、7μm/hよりも速く25μm/hよりも遅い成長速度とする、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。 A second invention is a method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to the first invention, wherein the second step has a growth rate faster than 7 μm / h and slower than 25 μm / h. .
第3の発明は、第2の発明において、第2工程の後、25μm/h以上の成長速度でIII 族窒化物半導体結晶を成長させる第3工程をさらに有することを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。 The third invention further comprises a third step of growing a group III nitride semiconductor crystal at a growth rate of 25 μm / h or more after the second step in the second invention. It is a manufacturing method of a semiconductor crystal.
第4の発明は、第1の発明から第3の発明において、第1工程は、混合融液のアルカリ金属に対するIII 族金属のモル比を13%以下とすることで、III 族窒化物半導体結晶の成長速度を7μm/h以下とし、第2工程は、混合融液にIII 族金属を供給し、混合融液のアルカリ金属に対するIII 族金属のモル比を18〜30%とすることで、III 族窒化物半導体結晶の成長速度を7μm/hよりも速くする、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。 In a fourth invention according to the first to third inventions, in the first step, the molar ratio of the group III metal to the alkali metal in the mixed melt is 13% or less, so that the group III nitride semiconductor crystal In the second step, the group III metal is supplied to the mixed melt, and the molar ratio of the group III metal to the alkali metal in the mixed melt is set to 18 to 30%. A method for producing a group III nitride semiconductor crystal, characterized in that the growth rate of the group nitride semiconductor crystal is higher than 7 μm / h.
第5の発明は、第1の発明から第4の発明において、種結晶のIII 族窒化物半導体を結晶成長させる表面は、1×108 /cm2 以下の転位密度である、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。 A fifth invention is characterized in that, in the first to fourth inventions, the surface on which the seed crystal group III nitride semiconductor is grown has a dislocation density of 1 × 10 8 / cm 2 or less. This is a method for producing a group III nitride semiconductor crystal.
第6の発明は、第1の発明から第5の発明において、種結晶は、III 族窒化物半導体自立基板であることを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。 A sixth invention is a method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to the first to fifth inventions, wherein the seed crystal is a group III nitride semiconductor free-standing substrate.
第7の発明は、第1の発明から第6の発明において、第1工程は、種結晶上にIII 族窒化物半導体結晶を厚さ0.4mm以上成長させる工程である、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法である。 According to a seventh invention, in the first to sixth inventions, the first step is a step of growing a group III nitride semiconductor crystal on the seed crystal by a thickness of 0.4 mm or more. This is a method for producing a group III nitride semiconductor crystal.
第1の発明のように、7μm/h以下の成長速度でIII 族窒化物半導体結晶の成長を開始することにより、III 族窒化物半導体結晶の成長がステップフロー成長となり、種結晶の転位がIII 族窒化物半導体結晶の成長中に効率的に曲げられるので、転位はIII 族窒化物半導体結晶の主面に垂直な方向には伝搬せず、III 族窒化物半導体結晶の転位密度を低減することができる。そして、転位密度が低減された後に成長速度を7μm/hより速くすることで、良質で厚く、インクルージョンの少ないIII 族窒化物半導体結晶を得ることができる。 As in the first invention, by starting the growth of the group III nitride semiconductor crystal at a growth rate of 7 μm / h or less, the growth of the group III nitride semiconductor crystal becomes step flow growth, and the dislocation of the seed crystal becomes III. Dislocations do not propagate in the direction perpendicular to the main surface of the group III nitride semiconductor crystal and can be reduced during the growth of the group nitride semiconductor crystal, reducing the dislocation density of the group III nitride semiconductor crystal. Can do. Then, after the dislocation density is reduced, the growth rate is made higher than 7 μm / h, whereby a Group III nitride semiconductor crystal having a high quality, a large thickness, and a small inclusion can be obtained.
また、第2の発明のように、第2工程で成長速度を7μm/hより速く25μm/hよりも遅くすることで、よりインクルージョンが少なく、良質なIII 族窒化物半導体結晶を得ることができる。 Further, as in the second invention, a high-quality group III nitride semiconductor crystal with less inclusion can be obtained by increasing the growth rate in the second step to be higher than 7 μm / h and lower than 25 μm / h. .
また、第3の発明によると、より厚くて良質なIII 族窒化物半導体結晶を得ることができる。 According to the third invention, a thicker and better quality group III nitride semiconductor crystal can be obtained.
また、第4の発明のように、III 族窒化物半導体結晶の成長速度は、混合融液のアルカリ金属に対するIII 族金属のモル比によって制御することができ、モル比を13%以下とすることで、混合融液の粘性が小さくなり、成長速度が7μm/h以下となるため、ステップフロー成長を起こすことができる。 Further, as in the fourth invention, the growth rate of the group III nitride semiconductor crystal can be controlled by the molar ratio of the group III metal to the alkali metal in the mixed melt, and the molar ratio should be 13% or less. Since the viscosity of the mixed melt is reduced and the growth rate is 7 μm / h or less, step flow growth can be caused.
また、第5の発明のように、転位密度が1×108 /cm2 以下の種結晶を用いる場合に本発明は効果的である。転位密度が1×108 /cm2 よりも高いと、ステップフロー成長が起こりにくく、本発明により転位密度を十分に低減することができないためである。 In addition, as in the fifth invention, the present invention is effective when a seed crystal having a dislocation density of 1 × 10 8 / cm 2 or less is used. This is because when the dislocation density is higher than 1 × 10 8 / cm 2 , step flow growth hardly occurs and the dislocation density cannot be sufficiently reduced by the present invention.
また、第6の発明のように、種結晶としてIII 族窒化物半導体自立基板を用いることができる。このような自立基板は、通常、テンプレート基板のIII 族窒化物半導体よりも転位密度が低く、ステップフロー成長が起こりやすいため、本発明による転位密度の低減効果が高い。 Further, as in the sixth invention, a group III nitride semiconductor free-standing substrate can be used as a seed crystal. Such a self-supporting substrate usually has a lower dislocation density than the group III nitride semiconductor of the template substrate, and step flow growth is likely to occur. Therefore, the effect of reducing the dislocation density according to the present invention is high.
また、第7の発明のように、第1工程においてIII 族窒化物半導体結晶を0.4mm以上に成長させれば、ステップフロー成長による転位の伝搬阻止効果が十分に高くなり、III 族窒化物半導体結晶の転位密度を十分に低減することができる。 Further, if the group III nitride semiconductor crystal is grown to 0.4 mm or more in the first step as in the seventh invention, the effect of preventing the propagation of dislocations by step flow growth becomes sufficiently high, and the group III nitride The dislocation density of the semiconductor crystal can be sufficiently reduced.
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples.
図1は、実施例1のGaN結晶の製造方法に用いる製造装置1の構成を示した図である。製造装置1は、圧力容器10と、反応容器11と、坩堝12と、加熱装置13と、供給管14、16と、排気管15、17と、Ga供給管19と、Ga保持容器20と、によって構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a manufacturing apparatus 1 used in the GaN crystal manufacturing method of Example 1. The production apparatus 1 includes a
圧力容器10は、円筒形のステンレス製であり、耐圧性を有している。また、圧力容器10には、供給管16、排気管17が接続されている。圧力容器10の内部には、反応容器11と加熱装置13が配置されている。反応容器11は耐熱性を有している。反応容器11内には、坩堝12が配置される。坩堝12は、たとえばW(タングステン)、Mo(モリブデン)、BN(窒化ホウ素)、アルミナ、YAG(イットリウムアルミニウムガーネット)などである。坩堝12には、GaとNaを含む混合融液21が保持され、混合融液21中には種結晶18が保持される。反応容器11には、供給管14、排気管15が接続されており、供給管14、排気管15に設けられた弁(図示しない)により反応容器11内の換気、窒素の供給、反応容器11内の圧力の制御、を行う。また、圧力容器10にも供給管16より窒素が供給され、供給管16、排気管17の弁(図示しない)で窒素の供給量、排気量を調整することで、圧力容器10内の圧力と反応容器11内の圧力とがほぼ同じになるよう制御する。また、加熱装置13により、反応容器11内の温度を制御する。また、反応容器11には、Ga供給管19が接続されており、Ga保持容器20からGa供給管19を介して坩堝12内に液体のGaを供給することができる。
The
なお、反応容器11として耐圧性を有したものを使用すれば、必ずしも圧力容器10は必要ではない。また、坩堝12を回転あるいは揺動させて坩堝12中に保持される混合融液21を攪拌することができる装置を設け、GaN結晶の育成中に混合融液21を撹拌して混合融液21中のNa、Ga、窒素の濃度分布が均一となるようにするとよい。GaN結晶を均質に育成することができる。また、Ga供給管19を坩堝12に接続し、坩堝12内に直接液体Gaを供給するようにしてもよい。また、GaN結晶育成中のNaの蒸発を防止するために、坩堝12には蓋を設けてもよい。
In addition, if the thing with pressure resistance is used as the
次に、製造装置1を用いたGaN結晶の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a GaN crystal using the manufacturing apparatus 1 will be described.
まず、種結晶18として、GaNからなる自立基板を用意する。この自立基板のGaNを成長させる側の表面は転位密度が1×108 /cm2 以下である。
First, a free-standing substrate made of GaN is prepared as a
この種結晶18を、坩堝12の底面に配置し、Na、Gaを坩堝12内に配置し、その坩堝12を反応容器11の中に入れて封をし、さらに反応容器11を圧力容器10内に配置して封をした。NaやGaは、固体の状態で坩堝12内に配置してもよいし、液体のNa、Gaをそれぞれ坩堝12内に入れたり、液体のNa、Gaを混合してから坩堝12内に入れてもよい。Naに対するGaのモル比は7%とした。次に、加熱装置13により加熱して坩堝12内にGaとNaの混合融液21を生じさせ、混合融液21の温度を860℃とした。また、供給管14、排気管15により反応容器11内に窒素を供給して、反応容器11内の圧力を4.2MPaとした。また、圧力容器10内にも供給管16、排気管17より窒素を供給して、圧力容器10内の圧力が反応容器11内の圧力と同程度となるようにした。種結晶18は混合融液21中に保持される。この温度、圧力を100時間維持し、種結晶18の表面に厚さ0.6mmのGaN結晶100を成長させた。GaNの成長速度は6μm/hである。
This
ここで、混合融液21全体に対するGaのモル比を7パーセントとしており、混合融液21中のGa量が少ないため、混合融液21の粘性が小さく、横方向に成長しやすい条件となっていて、ステップフロー成長が起こりやすくなっている。ステップフロー成長とは、結晶表面のテラスからの結晶成長が少なく、ステップから横方向(結晶表面に水平な方向)に結晶が成長する結晶成長モードである。また、混合融液21中のGa量が少ないためにGaNの成長速度が6μm/hと遅くなっており、これもGaN結晶100がステップフロー成長しやすい条件となっている。さらに、種結晶18のGaN結晶100を成長させる側表面の転位密度を1×108 /cm2 以下としていることも、ステップフロー成長を発生させやすくする要因となっている。その結果、種結晶18上に成長するGaN結晶100は、ステップフロー成長が支配的な成長となる。このステップフロー成長によって、種結晶18から伝搬する転位101の大部分はGaN結晶100中において横方向(GaN結晶100の主面に水平な方向)に曲げられ、GaN結晶100の主面に垂直な方向への転位の伝搬は阻害される(図2参照)。その結果、種結晶18上に育成されたGaN結晶100の表面は、種結晶18の表面よりも転位密度が減少している。
Here, the molar ratio of Ga to the entire
上記のGaN結晶100を成長させる工程では、混合融液21全体に対するGaのモル比を7%とすることによってGaN結晶100の成長速度を6μm/hとしているが、GaN結晶100のステップフロー成長が発生しやすくし、転位密度を低減するためには、GaN結晶100の成長速度を7μm/h以下とすればよく、このとき、混合融液21全体に対するGaのモル比は13%以下とすればよい。より望ましいGaN結晶100の成長速度は1〜7μm/hである。GaN結晶100の成長速度がこの範囲となるためには、混合融液21全体に対するGaのモル比を4〜13%とすればよい。また、上記工程では、GaN結晶100を厚さ0.6mm成長させているが、GaN結晶100の転位密度を十分に低減するためには0.4mm以上の厚さに成長させればよい。より望ましくは0.5〜1.5mmである。
In the process of growing the
次に、Ga供給管19を介してGa保持容器20中の液体Gaを坩堝12内に供給し、坩堝12内の混合融液21全体に対するGaのモル比を18〜30%とした。そして、混合融液の温度を860℃、圧力を3.7MPaとして、GaN結晶100上にさらにGaN結晶102を100時間育成した。GaN結晶102の成長速度は15μm/hであり、GaN結晶100とGaN結晶102を合わせた厚さは約2mmである。液体Gaを坩堝12内に供給する際、坩堝12内のGa量を連続的に増加させていって、成長速度が連続的に6μm/hから15μm/hまで連続的に上げるするようにしてもよい。
Next, the liquid Ga in the
ここで、前工程においてGaN結晶100の転位は十分に減少しているため、GaN結晶102の成長速度を成長速度7μm/hよりも速くしても転位が増加してしまうことはない。また、GaN結晶102の成長速度を25μm/hよりも遅くしているため、インクルージョンの発生を抑制することができる。したがって、良質なGaN結晶102をGaN結晶100よりも速い速度で育成することができる。なお、GaN結晶100の成長速度はGaN結晶102よりも遅いのであるから、当然にGaN結晶100もインクルージョンの発生が抑制されている。
Here, since dislocations in the
上記のGaN結晶102を成長させる工程では、混合融液21全体に対するGaのモル比を18〜30%とすることによってGaN結晶102の成長速度を15μm/hとしているが、GaN結晶102の成長速度は7μm/hよりも速く、25μm/hよりも遅い速度であればよい。より望ましいGaN結晶102の成長速度は、8〜15μm/hである。
In the step of growing the
その後、GaN結晶102上に、成長速度25μm/h以上でGaN結晶を育成してもよい。
Thereafter, the GaN crystal may be grown on the
次に、加熱、加圧を停止して常温、常圧に戻し、GaN結晶102の結晶成長を終了させ、種結晶18および種結晶18上に成長したGaN結晶100、102を取り出し、付着したNaをエタノールなどによって除去する。
Next, heating and pressurization are stopped to return to normal temperature and normal pressure, the crystal growth of the
以上に述べた実施例1のGaN結晶の製造方法によれば、インクルージョンを有さず、かつ転位密度が種結晶18よりも低減されたGaN結晶を製造することができる。
According to the GaN crystal manufacturing method of Example 1 described above, a GaN crystal having no inclusion and having a dislocation density lower than that of the
なお、実施例1では、主として混合融液のNaに対するGaのモル比を変えることでGaNの成長速度を制御しているが、Gaのモル比を制御せずに温度や圧力の制御によってGaNの成長速度を制御してもよいし、温度、圧力、混合融液のNaに対するGaのモル比、のいずれか2以上を制御することでGaNの成長速度を制御してもよい。また、不純物を添加することで成長速度を制御してもよい。また、実施例1では、育成中にGaを供給してGaのモル比を制御しているが、低いGaモル比でGaN結晶の育成を行い、一旦育成を終了した状態で、Gaを追加して高いGaモル比としてGaN結晶の育成を再度実施するようにしてもよい。 In Example 1, the growth rate of GaN is controlled mainly by changing the molar ratio of Ga to Na in the mixed melt. However, by controlling the temperature and pressure without controlling the molar ratio of Ga, the GaN The growth rate may be controlled, or the growth rate of GaN may be controlled by controlling any two or more of temperature, pressure, and molar ratio of Ga to Na in the mixed melt. Further, the growth rate may be controlled by adding impurities. In Example 1, Ga is supplied during growth to control the molar ratio of Ga. However, GaN crystals are grown at a low Ga molar ratio, and Ga is added after the growth is completed. The GaN crystal may be grown again with a high Ga molar ratio.
また、実施例1では、種結晶としてGaN自立基板を用いたが、テンプレート基板を用いてもよい。テンプレート基板は、サファイア基板等の異種基板上にHVPE法やMOCVD法などによってGaN層を形成した基板である。テンプレート基板を用いる場合も、テンプレート基板のGaN層表面の転位密度を1×108 /cm2 以下としてステップフロー成長を発生させやすくすることが望ましい。 In Example 1, a GaN free-standing substrate is used as a seed crystal, but a template substrate may be used. The template substrate is a substrate in which a GaN layer is formed on a dissimilar substrate such as a sapphire substrate by HVPE method, MOCVD method or the like. Also in the case of using a template substrate, it is desirable that the dislocation density on the surface of the GaN layer of the template substrate is 1 × 10 8 / cm 2 or less to facilitate step flow growth.
また、実施例1は、GaN結晶の製造方法であったが、本発明はGaN以外のIII 族窒化物半導体、たとえばAlGaN、InGaN、AlGaInNなどの製造にも適用可能である。 Moreover, although Example 1 was a manufacturing method of a GaN crystal, this invention is applicable also to manufacture of group III nitride semiconductors other than GaN, for example, AlGaN, InGaN, AlGaInN.
本発明によるIII 族窒化物半導体は、III 族窒化物半導体からなる電子デバイス(たとえばLED、LDなどの発光デバイスや、HEMTなどの電界効果トランジスタ)を作製する際の成長基板として利用することができる。 The group III nitride semiconductor according to the present invention can be used as a growth substrate in the production of electronic devices made of group III nitride semiconductors (for example, light emitting devices such as LEDs and LDs, and field effect transistors such as HEMTs). .
10:圧力容器
11:反応容器
12:坩堝
13:加熱装置
14、16:供給管
15、17:排気管
18:種結晶
19:Ga供給管
20:Ga保持容器
100、102:GaN結晶
101:転位
10: Pressure vessel 11: Reaction vessel 12: Crucible 13:
Claims (7)
7μm/h以下の成長速度でIII 族窒化物半導体結晶の成長を開始する第1工程と、
前記第1工程の後、成長速度を段階的または連続的に上げて7μm/hよりも速い速成長速度でIII 族窒化物半導体結晶を成長させる第2工程と、
を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体結晶の製造方法。 In a method for producing a group III nitride semiconductor crystal, a mixed melt containing at least a group III metal and an alkali metal is reacted with a gas containing at least nitrogen to grow a group III nitride semiconductor on a seed crystal.
A first step of starting growth of a group III nitride semiconductor crystal at a growth rate of 7 μm / h or less;
After the first step, a second step of growing the group III nitride semiconductor crystal at a fast growth rate higher than 7 μm / h by increasing the growth rate stepwise or continuously;
A method for producing a Group III nitride semiconductor crystal, comprising:
前記第2工程は、前記混合融液に前記III 族金属を供給し、前記混合融液のアルカリ金属に対するIII 族金属のモル比を18〜30%とすることで、III 族窒化物半導体結晶の成長速度を7μm/hよりも速くする、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のIII 族窒化物半導体結晶の製造方法。 In the first step, the growth rate of the group III nitride semiconductor crystal is set to 7 μm / h or less by setting the molar ratio of the group III metal to the entire mixed melt to 13% or less.
In the second step, the Group III metal is supplied to the mixed melt, and the molar ratio of the Group III metal to the alkali metal in the mixed melt is set to 18 to 30%. Make the growth rate faster than 7 μm / h,
The method for producing a group III nitride semiconductor crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein:
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