JP2012250868A - Method for growing group iii nitride layer and group iii nitride substrate - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体デバイスに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物基板を低価格で効率よく製造することを可能とするＩＩＩ族窒化物層の成長方法およびＩＩＩ族窒化物基板を提供する。
【解決手段】本ＩＩＩ族窒化物層の成長方法は、配向した六方構造を有するグラファイト基板１０を準備する工程と、グラファイト基板１０上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物層２０を成長させる工程と、を含む。また、本ＩＩＩ族窒化物基板は、少なくともｃ軸方向に配向する複数の結晶で構成される。
【選択図】図１The present invention provides a group III nitride layer growth method and a group III nitride substrate capable of efficiently producing a group III nitride substrate suitably used for a semiconductor device at low cost.
The method of growing a group III nitride layer includes a step of preparing a graphite substrate having an oriented hexagonal structure, and a step of growing at least one group III nitride layer on the graphite substrate. ,including. The group III nitride substrate is composed of a plurality of crystals oriented at least in the c-axis direction.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体デバイスに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物基板を得るためのＩＩＩ族窒化物層の成長方法およびＩＩＩ族窒化物基板に関する。 The present invention relates to a method for growing a group III nitride layer and a group III nitride substrate for obtaining a group III nitride substrate suitably used for a semiconductor device.
ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスは、一般的にサファイア基板上に半導体層として複数のＩＩＩ族窒化物半導体層が形成されている。このため、かかるＬＥＤは、サファイア基板とＩＩＩ族窒化物半導体層との物性の違いによりＩＩＩ族窒化物半導体層中に高い密度で貫通転位が発生し、かかる貫通転位が半導体デバイスの特性を低下させる原因となっていた。たとえば、半導体デバイスがＬＥＤ（発光ダイオード）の場合は、ＩＩＩ族窒化物半導体層中の発光層に発生する貫通転位が非発光再結合中心として振舞うため、貫通転位が発生している部分の周囲の領域の発光強度が低下し、ＬＥＤの輝度が低下する。 In a group III nitride semiconductor device, a plurality of group III nitride semiconductor layers are generally formed as a semiconductor layer on a sapphire substrate. For this reason, in such an LED, threading dislocations occur in the group III nitride semiconductor layer at a high density due to the difference in physical properties between the sapphire substrate and the group III nitride semiconductor layer, and the threading dislocations deteriorate the characteristics of the semiconductor device. It was the cause. For example, when the semiconductor device is an LED (light emitting diode), threading dislocations generated in the light emitting layer in the group III nitride semiconductor layer behave as non-light emitting recombination centers. The emission intensity of the area is reduced, and the brightness of the LED is reduced.
このため、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスにおいては、ＩＩＩ族窒化物半導体層と物性が同一または近似している低価格のＩＩＩ族窒化物基板の開発が要望されている。 For this reason, in group III nitride semiconductor devices, there is a demand for the development of a low-cost group III nitride substrate having the same or similar physical properties as the group III nitride semiconductor layer.
一方、ＩＩＩ族窒化物層を形成する方法として、近年、グラファイト基板上にＩＩＩ族窒化物層を成長させる方法が検討されている。たとえば、特開２００９−２００２０７号公報（特許文献１）は、グラファイト基板上にスパッタ法、ＰＬＤ（パルスレーザ堆積）法などによりＨｆＮ層およびＺｒＮ層の少なくとも一方の層、およびＩＩＩ族窒化物層を形成する方法を開示する。また、松下明生ら，「グラファイト基板上への高品質ＧａＮ薄膜成長」，第７１回応用物理学会学術講演会講演予稿集，応用物理学会，２０１０年秋，ｐ１５−１８４（非特許文献１）は、グラファイト基板上にＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法によりＡｌＮバッファ層、ＧａＮ低温成長層およびＧａＮ層を成長させる方法を開示する。 On the other hand, as a method for forming a group III nitride layer, a method for growing a group III nitride layer on a graphite substrate has recently been studied. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-200207 (Patent Document 1) discloses that at least one of an HfN layer and a ZrN layer and a group III nitride layer are formed on a graphite substrate by sputtering, PLD (pulse laser deposition), or the like. A method of forming is disclosed. In addition, Akio Matsushita et al., “High Quality GaN Thin Film Growth on Graphite Substrate”, Proceedings of the 71st Japan Society of Applied Physics Academic Lecture Meeting, Japan Society for Applied Physics, Autumn 2010, p15-184 Disclosed is a method for growing an AlN buffer layer, a GaN low-temperature growth layer, and a GaN layer on a graphite substrate by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).
しかし、上記の特許文献１の方法では、グラファイト基板上にＩＩＩ族窒化物層を形成する前にＨｆＮ層およびＺｒＮ層の少なくとも一方の層を形成する必要がある。また、上記の非特許文献１の方法では、グラファイト基板の表面をプラズマ処理して改質した後、ＡｌＮ層を成長させてからＧａＮ層を成長させる必要がある。また、上記の特許文献１の成長方法はスパッタ法、ＰＬＤ法などであり、上記の非特許文献１の成長方法はＭＯＣＶＤ法であり、いずれも薄膜の形成には適した方法であるが、ＩＩＩ族窒化物自立基板を得るために厚いＩＩＩ族窒化物層を成長させるには多くの時間を要する。このため、上記特許文献１および非特許文献１の方法では、ＩＩＩ族窒化物基板を製造するコストが高くなる問題がある。 However, in the method disclosed in Patent Document 1, it is necessary to form at least one of the HfN layer and the ZrN layer before forming the group III nitride layer on the graphite substrate. In the method of Non-Patent Document 1, it is necessary to grow the GaN layer after growing the AlN layer after the surface of the graphite substrate is modified by plasma treatment. Further, the growth method described in Patent Document 1 is a sputtering method, a PLD method, and the like, and the growth method described in Non-Patent Document 1 is an MOCVD method, both of which are suitable for forming a thin film. It takes a lot of time to grow a thick group III nitride layer to obtain a group nitride free-standing substrate. For this reason, in the method of the said patent document 1 and the nonpatent literature 1, there exists a problem that the cost which manufactures a group III nitride board | substrate becomes high.
また、上記のように特許文献１および非特許文献１で得られるウエハには、基板とＩＩＩ族窒化物層との間にＨｆＮ層またはＡｌＮ層のような極めて高抵抗の層が形成されているため、縦型の半導体デバイスを製造することが困難である。 Further, as described above, in the wafer obtained in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, an extremely high resistance layer such as an HfN layer or an AlN layer is formed between the substrate and the group III nitride layer. Therefore, it is difficult to manufacture a vertical semiconductor device.
そこで、本発明は、半導体デバイスに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物基板を低価格で効率よく製造することを可能とするＩＩＩ族窒化物層の成長方法およびＩＩＩ族窒化物基板を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a method for growing a group III nitride layer and a group III nitride substrate, which can efficiently produce a group III nitride substrate suitably used for a semiconductor device at a low cost. Objective.
本発明は、配向した六方構造を有するグラファイト基板を準備する工程と、グラファイト基板上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物層を成長させる工程と、を含むＩＩＩ族窒化物層の成長方法である。 The present invention is a method for growing a group III nitride layer, comprising: preparing a graphite substrate having an oriented hexagonal structure; and growing at least one group III nitride layer on the graphite substrate.
また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物層の成長方法において、ＩＩＩ族窒化物層を成長させる工程は、グラファイト基板上にＩＩＩ族窒化物低温層を成長させるサブ工程と、ＩＩＩ族窒化物低温層上にＩＩＩ族窒化物低温層以外のＩＩＩ族窒化物層を成長させるサブ工程とを含み、ＩＩＩ族窒化物低温層の成長温度は、ＩＩＩ族窒化物低温層以外のＩＩＩ族窒化物層の成長温度に比べて低くすることができる。また、ＩＩＩ族窒化物層を成長させる工程において、ＩＩＩ族窒化物層を厚さ１００μｍ以上に成長させることができる。 In the method for growing a group III nitride layer according to the present invention, the step of growing the group III nitride layer includes a sub-step of growing a group III nitride low temperature layer on the graphite substrate, and a group III nitride low temperature layer. And a sub-step of growing a group III nitride layer other than the group III nitride low temperature layer, and the growth temperature of the group III nitride low temperature layer is the growth of the group III nitride layer other than the group III nitride low temperature layer. It can be made lower than the temperature. In the step of growing the group III nitride layer, the group III nitride layer can be grown to a thickness of 100 μm or more.
また、本発明は、少なくともｃ軸方向に配向する複数の結晶で構成されるＩＩＩ族窒化物基板である。本発明にかかるＩＩＩ族窒化物基板は、厚さを１００μｍ以上とすることができる。 The present invention is also a group III nitride substrate composed of a plurality of crystals oriented at least in the c-axis direction. The group III nitride substrate according to the present invention can have a thickness of 100 μm or more.
本発明によれば、半導体デバイスに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物基板を低価格で効率よく製造することを可能とするＩＩＩ族窒化物層の成長方法およびＩＩＩ族窒化物基板を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the growth method of a group III nitride layer and group III nitride substrate which make it possible to manufacture the group III nitride substrate used suitably for a semiconductor device efficiently at low cost can be provided.
［実施形態１］
図１を参照して、本発明の一実施形態であるＩＩＩ族窒化物層の成長方法は、配向した六方構造を有するグラファイト基板を準備する工程と、グラファイト基板上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物層を成長させる工程と、を含むＩＩＩ族窒化物層の成長方法である。かかる方法により、半導体デバイスに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物基板を低価格で効率よく製造することを可能とするＩＩＩ族窒化物層が得られる。
[Embodiment 1]
Referring to FIG. 1, a method for growing a group III nitride layer according to an embodiment of the present invention includes a step of preparing a graphite substrate having an oriented hexagonal structure, and at least one layer of group III nitride on the graphite substrate. And a step of growing a physical layer. A method for growing a group III nitride layer. By such a method, a group III nitride layer that makes it possible to efficiently manufacture a group III nitride substrate suitably used for a semiconductor device at low cost can be obtained.
（グラファイト基板の準備工程）
図１（Ａ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物層の成長方法は、配向した六方構造を有するグラファイト基板を準備する工程を含む。図２を参照して、本工程で準備されるグラファイト基板は、六方晶系の結晶であり、配向した六方構造を有する。すなわち、複数の炭素原子がｓｐ2混成軌道を形成して正六角形格子状に配置されて形成される平面（以下、炭素原子の六方格子状平面１０ｇという）が互いに平行に距離Ｄの間隔で配列して、それらの炭素原子の六方格子状平面１０ｇの面方位がｃ軸方向に配向している。上記距離Ｄは、約３．３５４〜３．３５６×１０-8ｃｍ程度である。ここで、グラファイト基板が配向した六方構造を有するとは、具体的には、グラファイト基板を構成するすべての炭素原子が実質的に配向した六方構造を有すること、すなわち、グラファイト基板を構成するすべての炭素原子の六方格子状平面１０ｇの面方位が実質的にｃ軸に配向していることをいう。なお、グラファイト基板の結晶構造は、図２に示すようなαグラファイトであっても、βグラファイト（図示せず）であってもよい。なお、グラファイト基板における六方構造を形成する炭素原子の六方格子状平面１０ｇの配向性は、Ｘ線回折により評価される。
(Preparation process of graphite substrate)
Referring to FIG. 1A, the method for growing a group III nitride layer of this embodiment includes a step of preparing a graphite substrate having an oriented hexagonal structure. Referring to FIG. 2, the graphite substrate prepared in this step is a hexagonal crystal and has an oriented hexagonal structure. That is, planes (hereinafter referred to as
上記のグラファイト基板は、その主面が上記の炭素原子の六方格子状平面により形成されており、その上に少なくともｃ軸方向に配向する複数の結晶で構成されるＩＩＩ族窒化物層を成長させることができる。 The graphite substrate has a principal surface formed by the hexagonal lattice plane of the carbon atoms, and a group III nitride layer composed of a plurality of crystals oriented at least in the c-axis direction is grown thereon. be able to.
なお、グラファイト基板の配向の方向およびその程度は、Ｘ線回折により測定ならびに評価することができる。 The orientation direction and the degree of orientation of the graphite substrate can be measured and evaluated by X-ray diffraction.
（ＩＩＩ族窒化物層の成長工程）
図１（Ｂ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物層の成長方法は、上記のグラファイト基板１０上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物層２０を成長させる工程と、を含む。
(Group III nitride layer growth process)
With reference to FIG. 1 (B), the growth method of the group III nitride layer of this embodiment includes the step of growing at least one group III
本工程においては、グラファイト基板上に成長されるＩＩＩ族窒化物層２０は、上記のグラファイト基板１０が、配向した六方構造を有しているため、すなわち、複数の炭素原子がｓｐ2混成軌道を形成して正六角形格子状に配置されて形成される平面（以下、炭素原子の六方格子状平面という）が互いに平行に距離Ｄの間隔で配列して、それらの炭素原子の六方格子状平面の面方位がｃ軸方向に配向しているため、少なくともｃ軸方向に配向する複数の結晶で構成される。また、ＩＩＩ族窒化物は、六方晶系の結晶構造を有する。すなわち、本工程で得られるＩＩＩ族窒化物層２０は、それを構成する複数の六方晶系の結晶が少なくともｃ軸方向に配向した多結晶層である。ここで、ＩＩＩ族窒化物層２０が少なくともｃ軸方向に配向する複数の結晶で構成されるとは、ＩＩＩ族窒化物層２０を構成する複数の結晶のすべてが実質的にｃ軸方向に配向していることをいう。なお、ＩＩＩ族窒化物を構成する複数の結晶の配向性は、Ｘ線回折により評価される。
In this step, the group III
また、グラファイト基板１０上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物層２０を成長させる本工程は、グラファイト基板１０上にＩＩＩ族窒化物低温層２１を成長させるサブ工程と、ＩＩＩ族窒化物低温層２１上にＩＩＩ族窒化物低温層２１以外のＩＩＩ族窒化物層２２を成長させるサブ工程とを含み、ＩＩＩ族窒化物低温層２１の成長温度は、ＩＩＩ族窒化物低温層２１以外のＩＩＩ族窒化物層２２の成長温度に比べて低いことが好ましい。かかるサブ工程を含むことにより、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物層２２が得られる。
Further, this step of growing at least one group
ここで、ＩＩＩ族窒化物低温層２１の成長温度は、ＩＩＩ族窒化物低温層２１以外のＩＩＩ族窒化物層２２の成長温度よりも低い限り特に制限はないが、結晶の粒径を小さくすることにより、基板との密着性を向上させる観点から、３５０℃以上７５０℃以下が好ましい。また、ＩＩＩ族窒化物低温層２１以外のＩＩＩ族窒化物層２２の成長温度は、ＩＩＩ族窒化物低温層２１の成長温度よりも高い限り特に制限はないが、結晶性を高めて結晶品質を向上させる観点から、８００℃以上１２００℃以下が好ましい。
Here, the growth temperature of the group III nitride
本工程において、ＩＩＩ族窒化物層２０を成長させる方法は、特に制限はなく、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子線成長）法、ＭＯＣＶＤ法、昇華法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などが好適に用いられるが、厚いＩＩＩ族窒化物層２０を効率よく成長させる観点から、ＨＶＰＥ法が好ましい。
In this step, the method for growing the group
また、上記のＩＩＩ族窒化物層２０は、自立のＩＩＩ族窒化物基板（ＩＩＩ族窒化物自立基板）を製造する観点から、厚さ１００μｍ以上に成長させることが好ましい。
The group
なお、本実施形態のＩＩＩ族窒化物層の成長方法においては、上記のグラファイト基板を準備する工程の後、上記のＩＩＩ族窒化物層の成長工程の前に、グラファイト基板の表面に吸着した水分や不純物などを蒸発させてグラファイト基板の表面状態を向上させる観点から、グラファイト基板を熱処理する工程を行なうことが好ましい。熱処理条件は、特に制限はないが、酸化物などを還元して蒸発させやすくする観点から、処理雰囲気が水素雰囲気中、アンモニア雰囲気中などが好ましく、処理温度が８０℃以上５００℃以下で、処理時間が０．１時間以上５時間以下が好ましい。 In the Group III nitride layer growth method of the present embodiment, moisture adsorbed on the surface of the graphite substrate after the step of preparing the graphite substrate and before the step of growing the Group III nitride layer. From the viewpoint of improving the surface state of the graphite substrate by evaporating impurities and impurities, it is preferable to perform a step of heat treating the graphite substrate. The heat treatment conditions are not particularly limited, but from the viewpoint of reducing oxides and evaporating easily, the treatment atmosphere is preferably a hydrogen atmosphere or an ammonia atmosphere, and the treatment temperature is 80 ° C. or more and 500 ° C. or less. The time is preferably 0.1 hours or more and 5 hours or less.
また、図１（Ｃ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物層の成長方法においては、グラファイト基板１０上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物層２０を成長させる工程は、一般的に８００℃以上１２００℃以下程度の高温で行なわれるため、その後の冷却の際に、グラファイト基板１０とＩＩＩ族窒化物層２０との間の熱膨張係数の違いにより、グラファイト基板１０からＩＩＩ族窒化物層２０が容易に分離する（ＩＩＩ族窒化物層の分離工程）。このようにして、ＩＩＩ族窒化物層２０で構成されるＩＩＩ族窒化物ウエハが得られる。
Referring to FIG. 1C, in the method for growing a group III nitride layer of this embodiment, the step of growing at least one group
また、ＩＩＩ族窒化物層２０がグラファイト基板１０から分離しない場合であっても、研磨、エッチングなどの方法により、グラファイト基板１０を除去して、ＩＩＩ族窒化物層２０で構成されるＩＩＩ族窒化物ウエハが得られる。
Further, even when the group
さらに、上記で得られたＩＩＩ族窒化物ウエハを加工することにより、ＩＩＩ族窒化物基板が得られる。ＩＩＩ族窒化物ウエハを加工する方法には、特に制限はなく、切削、研削、研磨、エッチングなどの方法が好適に挙げられる。また、これらの方法を適宜組み合わせることもできる。 Furthermore, a group III nitride substrate is obtained by processing the group III nitride wafer obtained above. There is no particular limitation on the method for processing the group III nitride wafer, and methods such as cutting, grinding, polishing and etching are preferable. Moreover, these methods can also be combined suitably.
［実施形態２］
本発明の別の実施形態であるＩＩＩ族窒化物基板は、少なくともｃ軸方向に配向する複数の結晶で構成される。すなわち、本実施形態のＩＩＩ族窒化物基板は、それを構成する複数の結晶が少なくともｃ軸方向に配向した多結晶基板である。ここで、ＩＩＩ族窒化物基板が少なくともｃ軸方向に配向する複数の結晶で構成されるとは、ＩＩＩ族窒化物層２０を構成する複数の結晶のすべてが実質的にｃ軸方向に配向していることをいう。
[Embodiment 2]
A group III nitride substrate which is another embodiment of the present invention is composed of a plurality of crystals oriented at least in the c-axis direction. That is, the group III nitride substrate of this embodiment is a polycrystalline substrate in which a plurality of crystals constituting the substrate are oriented at least in the c-axis direction. Here, the group III nitride substrate is composed of a plurality of crystals oriented at least in the c-axis direction, which means that all of the plurality of crystals constituting the group
本実施形態のＩＩＩ族窒化物基板は、それを構成する複数の結晶が少なくともｃ軸方向に配向しているため、その上に１層以上のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることができる。 In the group III nitride substrate of this embodiment, since a plurality of crystals constituting it are oriented at least in the c-axis direction, one or more group III nitride semiconductor layers can be epitaxially grown thereon.
また、ＩＩＩ族窒化物基板は、その割れを抑制する観点から、それを構成する複数の結晶がａ軸方向には配向していないことが好ましい。かかる複数の結晶がｃ軸方向のみならずａ軸方向にも配向していると、かかるＩＩＩ族窒化物基板は、単結晶に近くなるため、製造コストが高くなるとともに割れ易くなる。 Further, in the group III nitride substrate, it is preferable that a plurality of crystals constituting the group III nitride substrate are not oriented in the a-axis direction from the viewpoint of suppressing the cracking. When such a plurality of crystals are oriented not only in the c-axis direction but also in the a-axis direction, such a group III nitride substrate becomes close to a single crystal, and thus the manufacturing cost is increased and the substrate is easily cracked.
また、ＩＩＩ族窒化物基板は、自立基板とできる観点から、厚さが１００μｍ以上であることが好ましい。 The group III nitride substrate preferably has a thickness of 100 μm or more from the viewpoint of being a self-supporting substrate.
なお、本実施形態のＩＩＩ族窒化物基板は、実施形態１のＩＩＩ族窒化物層の成長方法により得られたＩＩＩ族窒化物層を加工することにより、製造される。かかる製造方法は、実施形態１において言及したとおりであり、ここでは説明を繰り返さない。 The group III nitride substrate of the present embodiment is manufactured by processing the group III nitride layer obtained by the method for growing a group III nitride layer of the first embodiment. Such a manufacturing method is as described in the first embodiment, and description thereof will not be repeated here.
（実施例１）
１．グラファイト基板の準備
図１（Ａ）を参照して、グラファイト基板１０として、直径５０ｍｍで厚さ２５μｍのグラファイトシート（パナソニック社製ＰＧＳ（Ｒ）ＥＹＧＳ１２１８０３）を準備した。
Example 1
1. Preparation of Graphite Substrate With reference to FIG. 1A, a graphite sheet (PGS (R) EYGS121803 manufactured by Panasonic Corporation) having a diameter of 50 mm and a thickness of 25 μm was prepared as a
２．ＩＩＩ族窒化物層の成長
図１（Ａ）を参照して、上記で準備したグラファイトシート（グラファイト基板１０）をＨＶＰＥ装置内に配置し、水素ガス９０モル％、アンモニアガス１０モル％、酸素ガス１００ｐｐｍ以下の全圧が０．１ＭＰａ（大気圧）の混合ガス雰囲気中１０５０℃で３０分間熱処理を行なった。
2. Growth of Group III Nitride Layer Referring to FIG. 1 (A), the graphite sheet (graphite substrate 10) prepared above is placed in an HVPE apparatus,
次いで、上記熱処理したグラファイトシート（グラファイト基板１０）を２００℃まで冷却した。 Next, the heat-treated graphite sheet (graphite substrate 10) was cooled to 200 ° C.
次いで、図１（Ｂ）を参照して、上記グラファイトシート（グラファイト基板１０）上に、ＨＶＰＥ法により、ＩＩＩ族窒化物低温層２１として厚さ２０ｎｍＧａＮ低温層を成長させた。このＧａＮ低温層（ＩＩＩ族窒化物低温層２１）の成長条件は、ガリウム塩化物ガス０．１モル％、アンモニアガス１０モル％、水素ガス８９．９モル％の全圧が０．１ＭＰａ（大気圧）の混合ガス雰囲気中５００℃で２０分間とした。
1B, a 20 nm-thick GaN low-temperature layer was grown as a group III nitride low-
次いで、上記ＧａＮ低温層（ＩＩＩ族窒化物低温層２１）上に、同じくＨＶＰＥ法により、ＩＩＩ族窒化物低温層２１以外のＩＩＩ族窒化物層２２としてＧａＮ層を成長させた。このＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層２２）の成長条件は、ガリウム塩化物ガス１モル％、アンモニアガス１０モル％、水素ガス８９モル％の全圧が０．１ＭＰａ（大気圧）の混合ガス雰囲気中１０５０℃で１０時間とした。
Next, a GaN layer was grown as a group
次いで、図１（Ｃ）を参照して、冷却後、取り出されたＧａＮ低温層（ＩＩＩ族窒化物低温層２１）およびＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層２２）の全ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層２０）は、全体の厚さが０．８ｍｍであり、グラファイトシート（グラファイト基板）から分離していた。 Next, referring to FIG. 1C, after cooling, all the GaN layers (Group III nitrides) of the extracted GaN low temperature layer (Group III nitride low temperature layer 21) and GaN layer (Group III nitride layer 22) Layer 20) had a total thickness of 0.8 mm and was separated from the graphite sheet (graphite substrate).
こうして得られたＧａＮ低温層およびＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層２０）の表面を研磨して、ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）を得た。 The surfaces of the GaN low-temperature layer and GaN layer (Group III nitride layer 20) thus obtained were polished to obtain a GaN substrate (Group III nitride substrate).
得られたＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）は、Ｘ線回折装置（スペクトリス社製パナリティカルＸ’Ｐｅｒｔ ＭＲＤ）を用いて、２θ角をＧａＮ基板の（０００６）面回折に対応する１２６．０７２°に固定し、ロッキングカーブを１５°≦ω≦１０５°の範囲で測定すると、図３に示すように、ωが６２°付近に半値幅が５°のブロードな回折ピークが得られたことから、基板を構成する複数の結晶がｃ軸方向に配向された多結晶基板であることがわかった。また、このＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）は、（１０−１１）面回折のポールフィギュア測定において、ほとんど回折ピークが得られなかったことから、ａ軸方向に配向していないことがわかった。このように、グラファイト基板として六方構造を形成するすべての炭素原子の六方格子状平面が実質的に配向したグラファイトシートを用いることにより、ｃ軸方向に配向した複数の結晶で構成されるＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）が得られた。 The obtained GaN substrate (Group III nitride substrate) was 126.072 corresponding to the (0006) plane diffraction of the GaN substrate by using an X-ray diffractometer (Panalytic X'Pert MRD manufactured by Spectris). When the rocking curve was measured in the range of 15 ° ≦ ω ≦ 105 °, a broad diffraction peak with a half-value width of 5 ° was obtained when ω was around 62 °, as shown in FIG. It was found that the substrate was a polycrystalline substrate in which a plurality of crystals constituting the substrate were oriented in the c-axis direction. Further, this GaN substrate (group III nitride substrate) was found not to be oriented in the a-axis direction because almost no diffraction peak was obtained in the pole figure measurement of (10-11) plane diffraction. . Thus, by using a graphite sheet in which hexagonal lattice planes of all carbon atoms forming a hexagonal structure are substantially oriented as a graphite substrate, a GaN substrate composed of a plurality of crystals oriented in the c-axis direction ( Group III nitride substrate) was obtained.
（比較例１）
グラファイト基板として厚さ４００μｍの圧延グラファイトシート（日本カーボン社製ニカフィルムＦＬ−３００）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、全ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層２０）を成長させた。得られた全ＧａＮ層は、全体の厚さが０．８ｍｍであり、圧延グラファイトシートと密着していた。かかる全ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層２０）から研削加工により圧延グラファイトシートを除去して加工したＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）は、実施例１と同様にして、ロッキングカーブを１５°≦ω≦１０５°の範囲で測定すると、図４に示すように、様々なω角において回折ピークが得られたことから、基板を構成する複数の結晶がｃ軸方向に配向していない多結晶基板であることがわかった。また、このＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）は、実施例１と同様のポールフィギュア測定において、ほとんど回折ピークが得られなかったことから、ａ軸方向に配向していないことがわかった。本比較例１において得られたＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）を構成する複数の結晶がｃ軸方向に配向していなかったのは、グラファイト基板として用いた圧延グラファイトシートの六方構造を形成する炭素原子の六方格子状平面の一部が配向していなかったためと考えられる。
(Comparative Example 1)
The entire GaN layer (Group III nitride layer 20) was grown in the same manner as in Example 1 except that a rolled graphite sheet (Nika Film FL-300 manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) having a thickness of 400 μm was used as the graphite substrate. It was. The total GaN layer obtained had a total thickness of 0.8 mm and was in close contact with the rolled graphite sheet. The GaN substrate (group III nitride substrate) processed by removing the rolled graphite sheet by grinding from the entire GaN layer (group III nitride layer 20) has a rocking curve of 15 ° ≦ 15. When measured in the range of ω ≦ 105 °, diffraction peaks were obtained at various ω angles as shown in FIG. 4, so that a plurality of crystals constituting the substrate were not oriented in the c-axis direction. I found out that Further, this GaN substrate (group III nitride substrate) was hardly oriented in the a-axis direction because almost no diffraction peak was obtained in the same pole figure measurement as in Example 1. The plurality of crystals constituting the GaN substrate (group III nitride substrate) obtained in Comparative Example 1 were not oriented in the c-axis direction, which formed a hexagonal structure of a rolled graphite sheet used as a graphite substrate. This is probably because a part of the hexagonal lattice plane of carbon atoms was not oriented.
（比較例２）
単結晶ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）を、実施例１と同様にして、ロッキングカーブを１５°≦ω≦１０５°の範囲で測定すると、図５に示すように、ω角が６２°付近に半値幅が０．０２°のシャープな回折ピークが得られた外は全く回折ピークは得られなかった。また、この単結晶ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）は、実施例１と同様のポールフィギュア測定において、半値幅が０．１°のシャープな回折ピークが得られた。
(Comparative Example 2)
When a single crystal GaN substrate (Group III nitride substrate) was measured in the range of 15 ° ≦ ω ≦ 105 ° in the same manner as in Example 1, the ω angle was around 62 ° as shown in FIG. No diffraction peak was obtained except that a sharp diffraction peak having a half-value width of 0.02 ° was obtained. Further, this single crystal GaN substrate (group III nitride substrate) had a sharp diffraction peak with a half-value width of 0.1 ° in the same pole figure measurement as in Example 1.
今回開示された実施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 グラファイト基板、１０ｇ 炭素原子の六方格子状平面、２０，２２ ＩＩＩ族窒化物層、２１ ＩＩＩ族窒化物低温層。 10 graphite substrate, 10 g hexagonal lattice plane of carbon atoms, 20,22 group III nitride layer, 21 group III nitride low temperature layer.
Claims (5)
前記グラファイト基板上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物層を成長させる工程と、を含むＩＩＩ族窒化物層の成長方法。 Preparing a graphite substrate having an oriented hexagonal structure;
Growing at least one group III nitride layer on the graphite substrate.
前記ＩＩＩ族窒化物低温層の成長温度は、前記ＩＩＩ族窒化物低温層以外の前記ＩＩＩ族窒化物層の成長温度に比べて低い請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物層の成長方法。 The step of growing the group III nitride layer includes a sub-step of growing a group III nitride low temperature layer on the graphite substrate, and the group III other than the group III nitride low temperature layer on the group III nitride low temperature layer. A sub-step of growing a group nitride layer,
2. The method for growing a group III nitride layer according to claim 1, wherein a growth temperature of the group III nitride low-temperature layer is lower than a growth temperature of the group III nitride layer other than the group III nitride low-temperature layer.
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160040525A (en) * | 2013-06-21 | 2016-04-14 | 노르웨이전 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀러지(엔티엔유) | Iii-v or ii-vi compound semiconductor films on graphitic substrates |
| JP2017152665A (en) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | 日本碍子株式会社 | Surface emitting element, external resonator type vertical surface emitting laser, and manufacturing method for surface emitting element |
| WO2017169622A1 (en) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 日本碍子株式会社 | Free-standing substrate and laminated body |
| JP2018119171A (en) * | 2017-01-23 | 2018-08-02 | 株式会社サイオクス | Polycrystal group iii nitride target and method for manufacturing the same |
| US10541514B2 (en) | 2016-02-25 | 2020-01-21 | Ngk Insulators, Ltd. | Surface-emitting device, vertical external-cavity surface-emitting laser, and method for manufacturing surface-emitting device |
| US10714337B2 (en) | 2015-07-31 | 2020-07-14 | Crayonano As | Process for growing nanowires or nanopyramids on graphitic substrates |
| US11239391B2 (en) | 2017-04-10 | 2022-02-01 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | Nanostructure |
| US11257967B2 (en) | 2012-06-21 | 2022-02-22 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | Solar cells |
| US11594657B2 (en) | 2015-07-13 | 2023-02-28 | Crayonano As | Nanowires/nanopyramids shaped light emitting diodes and photodetectors |
| US12471405B2 (en) | 2019-09-23 | 2025-11-11 | Squidled SAS | Composition of matter |
-
2011
- 2011-06-01 JP JP2011123219A patent/JP2012250868A/en not_active Withdrawn
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11257967B2 (en) | 2012-06-21 | 2022-02-22 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | Solar cells |
| KR102356432B1 (en) * | 2013-06-21 | 2022-01-26 | 노르웨이전 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀러지(엔티엔유) | Iii-v or ii-vi compound semiconductor films on graphitic substrates |
| JP2016527167A (en) * | 2013-06-21 | 2016-09-08 | ノルウェージャン ユニバーシティ オブ サイエンス アンド テクノロジー（エヌティーエヌユー） | III-V or II-VI group compound semiconductor film on graphite substrate |
| US20160369423A1 (en) * | 2013-06-21 | 2016-12-22 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | Iii-v or ii-vi compound semiconductor films on graphitic substrates |
| US11261537B2 (en) | 2013-06-21 | 2022-03-01 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | III-V or II-VI compound semiconductor films on graphitic substrates |
| US10472734B2 (en) | 2013-06-21 | 2019-11-12 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | III-V or II-VI compound semiconductor films on graphitic substrates |
| KR20160040525A (en) * | 2013-06-21 | 2016-04-14 | 노르웨이전 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀러지(엔티엔유) | Iii-v or ii-vi compound semiconductor films on graphitic substrates |
| US11594657B2 (en) | 2015-07-13 | 2023-02-28 | Crayonano As | Nanowires/nanopyramids shaped light emitting diodes and photodetectors |
| US11450528B2 (en) | 2015-07-31 | 2022-09-20 | Crayonano As | Process for growing nanowires or nanopyramids on graphitic substrates |
| US10714337B2 (en) | 2015-07-31 | 2020-07-14 | Crayonano As | Process for growing nanowires or nanopyramids on graphitic substrates |
| US10541514B2 (en) | 2016-02-25 | 2020-01-21 | Ngk Insulators, Ltd. | Surface-emitting device, vertical external-cavity surface-emitting laser, and method for manufacturing surface-emitting device |
| JP2017152665A (en) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | 日本碍子株式会社 | Surface emitting element, external resonator type vertical surface emitting laser, and manufacturing method for surface emitting element |
| JPWO2017169622A1 (en) * | 2016-03-29 | 2019-02-07 | 日本碍子株式会社 | Free standing substrates and laminates |
| WO2017169622A1 (en) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 日本碍子株式会社 | Free-standing substrate and laminated body |
| JP2018119171A (en) * | 2017-01-23 | 2018-08-02 | 株式会社サイオクス | Polycrystal group iii nitride target and method for manufacturing the same |
| US11239391B2 (en) | 2017-04-10 | 2022-02-01 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | Nanostructure |
| US12471405B2 (en) | 2019-09-23 | 2025-11-11 | Squidled SAS | Composition of matter |
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