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JP2014118323A - Production method of nitride semiconductor crystal of group 13 metal in periodic table, and nitride semiconductor crystal of group 13 metal in periodic table - Google Patents

Production method of nitride semiconductor crystal of group 13 metal in periodic table, and nitride semiconductor crystal of group 13 metal in periodic table Download PDF

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JP2014118323A
JP2014118323A JP2012274707A JP2012274707A JP2014118323A JP 2014118323 A JP2014118323 A JP 2014118323A JP 2012274707 A JP2012274707 A JP 2012274707A JP 2012274707 A JP2012274707 A JP 2012274707A JP 2014118323 A JP2014118323 A JP 2014118323A
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JP
Japan
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crystal
periodic table
nitride semiconductor
metal nitride
growth
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Pending
Application number
JP2012274707A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazunori Kamata
和典 鎌田
Tatsuhiro Ohata
達寛 大畑
Hideo Fujisawa
英夫 藤澤
Shuichi Kubo
秀一 久保
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.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
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Publication of JP2014118323A publication Critical patent/JP2014118323A/en
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Abstract

【課題】結晶に発生する積層欠陥を低減し、非極性面又は半極性面を主面とする高品質な周期表第13族金属窒化物半導体結晶を効率よく製造することができる方法を提供することを課題とする。
【解決手段】超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒存在下で結晶成長させて得られた周期表第13族金属窒化物半導体下地基板を用い、かかる下地基板上に結晶成長させて、周期表第13族金属窒化物半導体結晶を製造することにより、積層欠陥が極めて少ない非極性面又は半極性面を主面とする高品質な周期表第13族金属窒化物半導体結晶を効率よく製造することができる。
【選択図】なし
There is provided a method capable of reducing a stacking fault generated in a crystal and efficiently producing a high-quality group 13 metal nitride semiconductor crystal having a nonpolar plane or a semipolar plane as a main surface. This is the issue.
A periodic table group 13 metal nitride semiconductor base substrate obtained by crystal growth in the presence of a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state is used. By producing a Group 13 metal nitride semiconductor crystal, a high-quality periodic table Group 13 metal nitride semiconductor crystal having a nonpolar or semipolar surface as a main surface with very few stacking faults is efficiently produced. be able to.
[Selection figure] None

Description

本発明は、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法及び周期表第13族金属窒化物半導体結晶に関する。   The present invention relates to a method for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal and a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal.

窒化ガリウム(GaN)に代表される周期表第13族金属窒化物半導体は、大きなバンドギャップを有し、さらにバンド間遷移が直接遷移型であることから、紫外、青色等の発光ダイオードや半導体レーザー等の比較的短波長側の発光素子として実用化されている。これらの素子は、同種の材料からなり、かつ転位や欠陥の少ない高品質な半導体基板(自立基板)を用いて製造されることが好ましく、このような半導体基板となり得る周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造技術が盛んに研究されている。代表的な製造方法として、ハイドライド気相成長法(HVPE法)や有機金属化学蒸着法(MOCVD法)等の気相成長法を利用した製造方法が一般的に知られているが、超臨界アンモニア含有溶液を用いる、いわゆるアモノサーマル法を利用した半導体基板の製造方法も提案されている(特許文献1参照)。   Periodic table group 13 metal nitride semiconductors typified by gallium nitride (GaN) have a large band gap, and the transition between bands is a direct transition type. It is put to practical use as a light emitting element on the relatively short wavelength side. These elements are preferably manufactured using a high-quality semiconductor substrate (free-standing substrate) made of the same material and having few dislocations and defects, and a periodic table group 13 metal nitride that can be a semiconductor substrate of this type. Research on manufacturing techniques for semiconductor crystals has been actively conducted. As a typical production method, a production method using a vapor phase growth method such as a hydride vapor phase growth method (HVPE method) or a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) is generally known. A method of manufacturing a semiconductor substrate using a so-called ammonothermal method using a contained solution has also been proposed (see Patent Document 1).

周期表第13族金属窒化物半導体基板については、ピエゾ電界の影響を抑制する観点から、非極性面又は半極性面を主面とする半導体基板が必要とされており、例えば(0001)面等の極性面を主面とする周期表第13族金属窒化物半導体下地基板を用い、その主面上に結晶成長させて、得られた結晶を非極性面又は半極性面が現れるように研磨又は切断することによって製造することができる。しかしながら、極性面を主面とする下地基板を用いる方法では、非極性面又は半極性面を主面とする大口径の半導体基板を効率よく製造することは困難である。そこで最近では、非極性面又は半極性面を主面とする周期表第13族金属窒化物半導体下地基板を用い、かかる主面上に結晶成長させる製造方法が注目されている。
一方で、例えばHVPE法等によって作製された周期表第13族金属窒化物半導体下地基板を用い、その非極性面上又は半極性面上に結晶成長させると、成長層に多数の積層欠陥が発生してしまうことが明らかとなっており、高品質な周期表第13族金属窒化物半導体基板を実現するためには、積層欠陥を低減する技術が必要である。
積層欠陥を低減する方法として、例えば使用するGaN種結晶基板の不純物濃度と形成するGaN結晶層との不純物濃度の差を、3×1018cm−3以下とする成長方法が提案されている(特許文献2参照)。積層欠陥に対する不純物濃度の影響は十分に明らかとなっていないが、GaN種結晶基板とGaN結晶層との間の不純物濃度の差が大きくなりすぎると、形成するGaN結晶層の格子定数が変化し、格子定数差に起因する応力を緩和するため、積層欠陥が発生する原理が報告されている。
With respect to the periodic table group 13 metal nitride semiconductor substrate, a semiconductor substrate having a nonpolar surface or a semipolar surface as a main surface is required from the viewpoint of suppressing the influence of the piezoelectric field, for example, a (0001) surface or the like. A periodic table group 13 metal nitride semiconductor base substrate having a polar surface of the main surface as a main surface is grown on the main surface, and the obtained crystal is polished so that a nonpolar surface or a semipolar surface appears. It can be manufactured by cutting. However, it is difficult to efficiently manufacture a large-diameter semiconductor substrate having a nonpolar surface or a semipolar surface as a main surface by a method using a base substrate having a polar surface as a main surface. Therefore, recently, a manufacturing method in which a periodic table group 13 metal nitride semiconductor base substrate having a nonpolar plane or a semipolar plane as a main surface and crystal growth on such a main surface has attracted attention.
On the other hand, when a group 13 metal nitride semiconductor base substrate of the periodic table produced by, for example, HVPE method is used and crystal is grown on its nonpolar or semipolar surface, a large number of stacking faults are generated in the growth layer. In order to realize a high-quality periodic table group 13 metal nitride semiconductor substrate, a technique for reducing stacking faults is necessary.
As a method for reducing stacking faults, for example, a growth method has been proposed in which the difference between the impurity concentration of the GaN seed crystal substrate to be used and the impurity concentration of the GaN crystal layer to be formed is 3 × 10 18 cm −3 or less ( Patent Document 2). The effect of impurity concentration on stacking faults has not been fully clarified, but if the difference in impurity concentration between the GaN seed crystal substrate and the GaN crystal layer becomes too large, the lattice constant of the formed GaN crystal layer will change. In order to relieve the stress caused by the difference in lattice constant, the principle of stacking faults has been reported.

特表2006−509710号公報JP-T-2006-509710 特開2012−066983号公報JP 2012-066983 A

HVPE法等によって作製された周期表第13族金属窒化物半導体下地基板を用い、その非極性面上又は半極性面上に結晶成長させて周期表第13族金属窒化物半導体結晶を得ようとすると、結晶に多数の積層欠陥が発生してしまうことになる。
本発明は、結晶に発生する積層欠陥を低減し、非極性面又は半極性面を主面とする高品質な周期表第13族金属窒化物半導体結晶を効率よく製造することができる方法を提供することを課題とする。
An attempt was made to obtain a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal by growing a crystal on a nonpolar plane or a semipolar plane using a periodic table group 13 metal nitride semiconductor base substrate fabricated by HVPE or the like. Then, a large number of stacking faults occur in the crystal.
The present invention provides a method for efficiently producing a high-quality group 13 metal nitride semiconductor crystal having a nonpolar plane or a semipolar plane as a main surface while reducing stacking faults occurring in the crystal. The task is to do.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒存在下で結晶成長させて得られた周期表第13族金属窒化物半導体下地基板を用い、かかる主面上に結晶成長させて、周期表第13族金属窒化物半導体結晶を製造することにより、積層欠陥の極めて少ない非極性面又は半極性面を主面とする高品質な周期表第13族金属窒化物半導体結晶を効率よく製造することができることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted periodic group 13 metal nitride semiconductors obtained by crystal growth in the presence of a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state. By using a base substrate and growing a crystal on such a main surface to produce a Group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table, the main surface has a nonpolar or semipolar surface with very few stacking faults. The inventors have found that a periodic group 13 metal nitride semiconductor crystal can be efficiently produced, and have completed the present invention.

即ち、本発明は以下の通りである。
(1) 非極性面又は半極性面を主面とする周期表第13族金属窒化物半導体下地基板上に、周期表第13族金属窒化物半導体結晶を成長させる成長工程を含む周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法であって、前記下地基板が、超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒存在下で結晶成長させて得られる周期表第13族金属窒化物半導体結晶であることを特徴とする、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
(2) 前記下地基板が、下記(a)〜(d)の条件を少なくとも1つを満たす結晶である、(1)に記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
(a)水素濃度が1.0×1017atoms・cm−3以上。
(b)酸素濃度が1.0×1017〜1.0×1020atoms・cm−3
(c)アルカリ金属濃度が1.0×1017atoms・cm−3以下。
(d)キャリア濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm−3
(3) 前記下地基板が、3100〜3200cm−1に赤外線吸収ピークを有する結晶である、(1)又は(2)に記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
(4) 前記下地基板が、波長405nmにおける光の吸収係数が1〜30cm−1の結晶である、(1)〜(3)の何れかに記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
(5) 前記下地基板が、波長445nmにおける光の吸収係数が0.5〜5cm−1の結晶である、(1)〜(4)の何れかに記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
(6) 前記下地基板が、主面における基底面転位密度が1.0×10cm−2以下の結晶である、(1)〜(5)の何れかに記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
(7) 前記下地基板が、積層欠陥密度10cm−1以下の結晶である、(1)〜(6)の何れかに記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
(8) 前記成長工程が、気相成長法によって周期表第13族金属窒化物半導体結晶を成長させる工程である、(1)〜(7)の何れかに記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
(9) (1)〜(8)の何れかに記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法によって製造されたことを特徴とする周期表第13族金属窒化物半導体結晶。
That is, the present invention is as follows.
(1) Periodic table No. 13 including a growth step of growing a periodic table Group 13 metal nitride semiconductor crystal on a periodic table Group 13 metal nitride semiconductor base substrate having a nonpolar plane or semipolar plane as a main surface A method for producing a Group metal nitride semiconductor crystal, wherein the base substrate is a Group 13 metal nitride semiconductor crystal obtained by crystal growth in the presence of a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state. The manufacturing method of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal characterized by the above-mentioned.
(2) The method for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to (1), wherein the base substrate is a crystal satisfying at least one of the following conditions (a) to (d).
(A) The hydrogen concentration is 1.0 × 10 17 atoms · cm −3 or more.
(B) Oxygen concentration is 1.0 * 10 < 17 > -1.0 * 10 < 20 > atoms * cm < -3 >.
(C) Alkali metal concentration is 1.0 × 10 17 atoms · cm −3 or less.
(D) Carrier concentration is 1.0 * 10 < 17 > -1.0 * 10 < 19 > cm < -3 >.
(3) The method for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to (1) or (2), wherein the base substrate is a crystal having an infrared absorption peak at 3100 to 3200 cm −1 .
(4) The periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to any one of (1) to (3), wherein the base substrate is a crystal having a light absorption coefficient of 1 to 30 cm −1 at a wavelength of 405 nm. Production method.
(5) The periodic table group 13 metal nitride semiconductor according to any one of (1) to (4), wherein the base substrate is a crystal having a light absorption coefficient of 0.5 to 5 cm −1 at a wavelength of 445 nm. Crystal production method.
(6) The periodic table group 13 metal according to any one of (1) to (5), wherein the base substrate is a crystal having a basal plane dislocation density of 1.0 × 10 5 cm −2 or less on the main surface. A method for producing a nitride semiconductor crystal.
(7) The manufacturing method of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to any one of (1) to (6), wherein the base substrate is a crystal having a stacking fault density of 10 cm −1 or less.
(8) The periodic table group 13 metal nitride according to any one of (1) to (7), wherein the growth step is a step of growing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal by a vapor phase growth method. Of manufacturing a semiconductor crystal.
(9) A periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal produced by the method for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to any one of (1) to (8).

本発明によれば、積層欠陥の極めて少ない非極性面又は半極性面を主面とする周期表第13族金属窒化物半導体結晶を効率よく製造することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal which makes a main surface a nonpolar surface or semipolar surface with very few stacking faults can be manufactured efficiently.

本発明に係る下地基板を作製するために使用する装置例の概念図である。It is a conceptual diagram of the example of an apparatus used in order to produce the base substrate which concerns on this invention. HVPE法に使用する装置例の概念図である。It is a conceptual diagram of the example of an apparatus used for HVPE method. 本発明に係る成長工程の温度変化を経時的に表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the temperature change of the growth process which concerns on this invention with time.

本発明の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法の詳細を説明するに当たり、窒化ガリウム結晶における実施態様や具体例を挙げて説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り以下の内容に限定されるものではなく、適宜変更して実施することができる。
また、本明細書において「C面」とは、六方晶構造(ウルツ鉱型結晶構造)における{0001}面と等価な面を意味する。周期表第13族金属窒化物半導体結晶ではC面は極性面であり、+C面は周期表第13族金属面、窒化ガリウムの場合にはGa面に相当する。
本明細書において「M面」とは、{1−100}面として包括的に表される面であり、具体的には(1−100)面、(01−10)面、(−1010)面、(−1100)面、(0−110)面、および(10−10)面を意味する。かかる面は非極性面である。
本明細書において「A面」とは、{2−1−10}面として包括的に表される面であり、具体的には(2−1−10)面、(−12−10)面、(−1−120)面、(−2110)面、(1−210)面、および(11−20)面を意味する。かかる面は非極性面である。
本明細書において「半極性面」とは、結晶面に周期表第13族金属元素と窒素元素の両方が存在しており、その存在比が1:1でない面であれば特に限定されないが、例えば{20−21}面、{10−11}面、{10−12}面、{11−21}面、{11−22}面、{11−23}面、{11−24}面などがあげられる。
なお、本明細書において<・・・・>との表記は方向の集合表現、[・・・・]との表記は方向の個別表現を表す。それに対して{・・・・}との表記は面の集合表現、(・・・・)との表記は面の個別表現を表す。
また、本明細書においてC面、M面、A面や特定の指数面を称する場合には、±0.01°以内の精度で計測される各結晶軸から20°以内のオフ角を有する範囲内の面を含む。好ましくはオフ角が15°以内であり、より好ましくは10°以内である。
さらに、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
In explaining the details of the production method of the Group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table of the present invention, embodiments and specific examples in the gallium nitride crystal will be described, but the following contents are included unless departing from the gist of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and can be implemented with appropriate modifications.
In the present specification, the “C plane” means a plane equivalent to the {0001} plane in a hexagonal crystal structure (wurtzite crystal structure). In the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal, the C plane is a polar plane, and the + C plane corresponds to the periodic table group 13 metal plane, and in the case of gallium nitride, the Ga plane.
In the present specification, the “M plane” is a plane comprehensively represented as a {1-100} plane, specifically, a (1-100) plane, a (01-10) plane, (−1010). A plane, a (−1100) plane, a (0-110) plane, and a (10-10) plane. Such a surface is a nonpolar surface.
In the present specification, the “A plane” is a plane comprehensively represented as a {2-1-10} plane, specifically, a (2-1-10) plane and a (-12-10) plane. , (-1-120) plane, (-2110) plane, (1-210) plane, and (11-20) plane. Such a surface is a nonpolar surface.
In the present specification, the “semipolar plane” is not particularly limited as long as both the periodic table group 13 metal element and the nitrogen element exist in the crystal plane, and the abundance ratio is not 1: 1. For example, {20-21} plane, {10-11} plane, {10-12} plane, {11-21} plane, {11-22} plane, {11-23} plane, {11-24} plane, etc. Is given.
In this specification, the notation <...> Represents a collective expression of directions, and the notation [...] Represents an individual expression of directions. On the other hand, the notation {...} Represents the collective representation of the surface, and the notation (...) Represents the individual representation of the surface.
In this specification, when referring to the C, M, A, and specific index planes, a range having an off angle within 20 ° from each crystal axis measured with an accuracy within ± 0.01 °. Including the inner face. The off angle is preferably within 15 °, more preferably within 10 °.
Furthermore, the numerical range expressed using “to” in the present specification means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.

1.周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法
本発明の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法(以下、「本発明の製造方法」と略す場合がある。)は、非極性面又は半極性面を主面とする周期表第13族金属窒化物半導体下地基板上に、周期表第13族金属窒化物半導体結晶を成長させる成長工程を含む製造方法である。そして、下地基板(以下、「本発明に係る下地基板」と略す場合がある。)が超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒存在下で結晶成長させて得られる周期表第13族金属窒化物半導体結晶であることを特徴とする。
前述のように、HVPE法等によって作製された周期表第13族金属窒化物半導体下地基板を用い、その非極性面上又は半極性面上に結晶成長させる方法では、形成した成長層に多数の積層欠陥が発生してしまうという問題がある。本発明者らが検討したところによると、下地基板に残留する歪みが成長層に発生する応力の一因となっており、かかる応力を緩和しようとする働きによって、成長層に積層欠陥が発生してしまうものと考えられる。従って、残留歪みの小さい下地基板を用いることによって、成長層に発生する積層欠陥を低減することができるものと考えられる。そして、本発明者らは超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒存在下で結晶成長させる、いわゆるアモノサーマル法を利用することによって、残留歪みの小さい周期表第13族金属窒化物半導体結晶を得ることができ、さらにかかる結晶を下地基板として用いることによって、積層欠陥の極めて少ない周期表第13族金属窒化物半導体結晶を製造することができることを見出したのである。
アモノサーマル法は、原料の溶解と析出による平衡に近い状態下での結晶成長であるため、化学反応により結晶成長させるHVPE法等と比較して低歪みで高品質な周期表第1
3族金属窒化物半導体結晶が得られるものと考えられる。結晶中の残留歪みについては、転位密度や格子面間隔の伸縮によって把握することができ、例えば格子面間隔の伸縮が大きいほど、結晶中の残留歪みは大きくなることを本発明者らは確認している。そして、アモノサーマル法によって得られた非極性面又は半極性面を主面とする結晶が、a軸方向及び/又はc軸方向の格子面間隔についても、その伸縮(Δd/dave)が|5.0×10−6|以下となり、HVPE法によって得られる結晶に比べて(Δd/dave=|1.0〜5.0×10−5|)、一桁も小さくなることを本発明者らは確認している(なお、転位密度については、アモノサーマル法によって得られる結晶が5×10個/cm以下であるのに対し、HVPE法によって得られる結晶が1×10〜10×10個/cmである。)。即ち、アモノサーマル法は、HVPE法等よりも低歪みで高品質な周期表第13族金属窒化物半導体結晶が得られるのである。
なお、本発明において「主面」とは、下地基板や形成した成長層等の結晶上に存在する表面のうち、最も広い面を意味し、結晶成長の進むべき面であることを意味する。
また、「超臨界状態」の溶媒とは、溶媒が臨界点(臨界温度及び/又は臨界圧力)を超えた条件下におかれ、超臨界流体の状態にあることを意味する。超臨界流体は、一般的に粘度が低く、拡散性に優れるとともに、液体と同様の溶媒和力を有する特徴を有する。
さらに、「亜臨界状態の溶媒」とは、溶媒が臨界温度近傍の条件下におかれ、臨界密度とほぼ等しい密度を有する液体の状態にあることを意味する。
本発明に係る下地基板は、「超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒存在下で結晶成長させて得られる周期表第13族金属窒化物半導体結晶」であるが、これは即ち、臨界温度及び/又は臨界圧力を設定することが可能な結晶成長装置を用い、溶媒を超臨界状態及び/又は亜臨界状態とする条件の下で結晶成長させて得られた結晶であることを意味する。
また、「超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒存在下で結晶成長させて得られる周期表第13族金属窒化物半導体結晶」は、積層欠陥の低減以外にも優れた効果を発揮する下地基板となることを本発明者らは明らかとしている。例えば、極性面を主面として窒化ガリウム結晶を成長させる場合、下地基板としてライン状やドット状のパターンの凹凸やマスクを持ったテンプレート基板を用いてファセット成長させるのが一般的であるが、この場合、パターンに応じた結晶性のムラが発生してしまい、均一で高品質な結晶を得るのが困難である。しかし、「超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒存在下で結晶成長させて得られる周期表第13族金属窒化物半導体結晶」を下地基板として用いることで、均一で高品質な結晶を得ることができることを本発明者らは明らかとしている。即ち、「極性面を主面とする周期表第13族金属窒化物半導体下地基板上に、周期表第13族金属窒化物半導体結晶を成長させる成長工程を含む周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法であって、前記下地基板が、超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒存在下で結晶成長させて得られる周期表第13族金属窒化物半導体結晶であることを特徴とする周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法」は、結晶性についてのムラのない、高品質な結晶を得るという課題に対して有効な製造方法であることが言える。
1. Method for Producing Periodic Table Group 13 Metal Nitride Semiconductor Crystal The method for producing Periodic Table Group 13 metal nitride semiconductor crystal of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “production method of the present invention”) is nonpolar. It is a manufacturing method including a growth step of growing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal on a periodic table group 13 metal nitride semiconductor base substrate having a plane or semipolar plane as a main surface. Then, a periodic table group 13 metal nitride obtained by crystal growth of a base substrate (hereinafter sometimes abbreviated as “the base substrate according to the present invention”) in the presence of a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state. It is a feature semiconductor crystal.
As described above, in the method of growing a crystal on a nonpolar plane or a semipolar plane using a periodic table group 13 metal nitride semiconductor base substrate produced by the HVPE method or the like, a large number of growth layers are formed on the formed growth layer. There is a problem that stacking faults occur. According to a study by the present inventors, the strain remaining in the base substrate contributes to the stress generated in the growth layer, and a stacking fault occurs in the growth layer due to the action of relieving the stress. It is thought that it will end up. Therefore, it is considered that stacking faults generated in the growth layer can be reduced by using a base substrate having a small residual strain. Then, the present inventors use a so-called ammonothermal method in which crystals are grown in the presence of a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state, whereby a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal having a small residual strain is obtained. It was also found that by using such a crystal as a base substrate, a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal with extremely few stacking faults can be produced.
Since the ammonothermal method is a crystal growth under a state close to equilibrium due to dissolution and precipitation of raw materials, it is a low-distortion and high-quality periodic table as compared with the HVPE method in which a crystal is grown by a chemical reaction.
It is considered that a Group 3 metal nitride semiconductor crystal is obtained. The residual strain in the crystal can be grasped by the dislocation density and the expansion / contraction of the lattice spacing. For example, the inventors confirmed that the residual strain in the crystal increases as the expansion / contraction of the lattice spacing increases. ing. A crystal having a nonpolar plane or a semipolar plane as a principal plane obtained by the ammonothermal method also has expansion / contraction (Δd / d ave ) for the lattice spacing in the a-axis direction and / or c-axis direction. | 5.0 × 10 −6 | or less, which is smaller by an order of magnitude than crystals obtained by the HVPE method (Δd / d ave = | 1.0 to 5.0 × 10 −5 |). The inventors have confirmed (in terms of dislocation density, the number of crystals obtained by the ammonothermal method is 5 × 10 4 pieces / cm 2 or less, whereas the number of crystals obtained by the HVPE method is 1 × 10 6. 6 to 10 × 10 6 / cm 2 ). That is, the ammonothermal method can obtain a high-quality periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal with lower distortion than the HVPE method or the like.
In the present invention, the “main surface” means the widest surface among the surfaces existing on the crystal such as the base substrate and the formed growth layer, and means the surface on which crystal growth should proceed.
In addition, the “supercritical state” solvent means that the solvent is in a supercritical fluid state under a condition where the solvent exceeds a critical point (critical temperature and / or critical pressure). A supercritical fluid generally has a low viscosity, excellent diffusibility, and has a solvating power similar to that of a liquid.
Further, the “subcritical solvent” means that the solvent is in a liquid state having a density substantially equal to the critical density under conditions near the critical temperature.
The base substrate according to the present invention is “a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal obtained by crystal growth in the presence of a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state”. And / or a crystal growth apparatus capable of setting a critical pressure, and means a crystal obtained by crystal growth under a condition that a solvent is in a supercritical state and / or a subcritical state.
In addition, “a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal obtained by crystal growth in the presence of a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state” is an underlayer that exhibits an excellent effect other than the reduction of stacking faults. The inventors of the present invention have made it clear that it becomes a substrate. For example, when a gallium nitride crystal is grown with a polar surface as the main surface, facet growth is generally performed using a template substrate having a line or dot pattern asperity or mask as a base substrate. In this case, crystallinity unevenness corresponding to the pattern occurs, and it is difficult to obtain a uniform and high-quality crystal. However, by using “group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table obtained by crystal growth in the presence of a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state” as a base substrate, a uniform and high quality crystal is obtained. We have made it clear that this is possible. That is, “a periodic table group 13 metal nitride semiconductor including a growth step of growing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal on a periodic table group 13 metal nitride semiconductor base substrate whose main surface is a polar surface” A method for producing a crystal, wherein the base substrate is a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal obtained by crystal growth in the presence of a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state. It can be said that the “manufacturing method of Group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table” is an effective manufacturing method for the problem of obtaining a high-quality crystal without unevenness in crystallinity.

1−1.下地基板
1−1−1.下地基板の特徴
本発明に係る下地基板は、周期表第13族金属窒化物半導体結晶であれば具体的種類は特に限定されず、GaN、AlN、InN等の1種類の周期表第13族金属を構成元素として含む窒化物のほか、GaInN、AlGaN等の2種類以上の周期表第13族金属を構成元素として含む混晶であってもよい。但し、下地基板と成長層とが下記式で表される格子不整合度の条件を満たすように、下地基板を選択することが好ましい。なお、かかる格子不整合度は、完全結晶の格子定数から算出される理論値を意味するものである。
2|a−a|/[a+a]≦1×10−3
(式中、aは下地基板の格子定数であって前記成長層の成長方向に直交する結晶軸の格子定数を、aは成長層の格子定数であって成長方向に直交する結晶軸の格子定数を表す。)
下地基板と成長層の格子不整合度は、5×10−4以下であることがより好ましく、1×10−4以下であることがさらに好ましく1×10−5以下であることが特に好ましい。なお、成長方向とは、結晶全体の成長において主として成長する方向であり、結晶の厚み方向に相当する。
1-1. Base substrate 1-1-1. Characteristics of Underlying Substrate As long as the underlying substrate according to the present invention is a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal, the specific type is not particularly limited, and one type of periodic table group 13 metal such as GaN, AlN, InN, etc. May be a mixed crystal containing two or more Group 13 metals of the periodic table such as GaInN and AlGaN as constituent elements. However, it is preferable to select the base substrate so that the base substrate and the growth layer satisfy the lattice mismatch condition expressed by the following formula. The degree of lattice mismatch means a theoretical value calculated from the lattice constant of a complete crystal.
2 | a 1 −a 2 | / [a 1 + a 2 ] ≦ 1 × 10 −3
(Wherein a 1 is the lattice constant of the underlying substrate and the lattice constant of the crystal axis perpendicular to the growth direction of the growth layer, and a 2 is the lattice constant of the growth layer and the crystal axis of the growth axis perpendicular to the growth direction) Represents the lattice constant.)
The degree of lattice mismatch between the base substrate and the growth layer is more preferably 5 × 10 −4 or less, further preferably 1 × 10 −4 or less, and particularly preferably 1 × 10 −5 or less. It should be noted that the growth direction is a direction mainly growing in the growth of the entire crystal and corresponds to the thickness direction of the crystal.

本発明に係る下地基板の形状は特に限定されず、目的に合わせて、円板状、多角形板状、直方体状等の形状のものを適宜採用することができる。但し、本発明の製造方法の利点を生かし、大きなウェハー(半導体基板)を効率良く製造する観点から、下地基板の最大面積が1cm以上、好ましくは2cm以上、より好ましくは5cm以上であり、更に好ましくは10cm以上である。 The shape of the base substrate according to the present invention is not particularly limited, and a substrate having a disk shape, a polygonal plate shape, a rectangular parallelepiped shape, or the like can be appropriately employed according to the purpose. However, the maximum area of the base substrate is 1 cm 2 or more, preferably 2 cm 2 or more, more preferably 5 cm 2 or more from the viewpoint of efficiently producing a large wafer (semiconductor substrate) by taking advantage of the manufacturing method of the present invention. More preferably, it is 10 cm 2 or more.

本発明に係る下地基板は、非極性面又は半極性面を主面とするものであるが、非極性面又は半極性面であれば、具体的な面方位は特に限定されない。但し、デバイス等の基板として特に好適な成長層を形成することができることから、C面、即ち(0001)面から20°以上90°以下傾斜した面が好ましく、(0001)面から42°以上、90°以下傾斜した面がより好ましい。なお、半極性面とは、C面、即ち(0001)面から傾斜した面であり、周期表第13族金属元素と窒素元素の存在比が1:1でない面を意味する。具体的には(10−11)面、(10−1−1)面、(20−21)面、(20−2−1)面、(10−12)面、(10−1−2)面などを挙げることができる。また、結晶面は±0.01°以内の精度で計測される各結晶軸から、20°以内のオフ角を有する範囲内の面を含むものであり、好ましくはオフ角が15°以内であり、より好ましくは10°以内である。   The base substrate according to the present invention has a nonpolar plane or a semipolar plane as a main plane, but the specific plane orientation is not particularly limited as long as it is a nonpolar plane or a semipolar plane. However, since a growth layer particularly suitable as a substrate of a device or the like can be formed, the C plane, that is, a plane inclined by 20 ° or more and 90 ° or less from the (0001) plane is preferable, and 42 ° or more from the (0001) plane, A plane inclined by 90 ° or less is more preferable. The semipolar plane is a plane inclined from the C plane, that is, the (0001) plane, and means a plane in which the abundance ratio of the Group 13 metal element and the nitrogen element is not 1: 1. Specifically, (10-11) plane, (10-1-1) plane, (20-21) plane, (20-2-1) plane, (10-12) plane, (10-1-2) A surface etc. can be mentioned. The crystal plane includes a plane within a range having an off angle within 20 ° from each crystal axis measured with an accuracy within ± 0.01 °, and preferably the off angle is within 15 °. More preferably, it is within 10 °.

本発明の製造方法は、単一の周期表第13族金属窒化物半導体結晶を下地基板として使用する態様に限られず、複数の周期表第13族金属窒化物半導体結晶を配列して下地基板として用いる態様であってもよい(以下、複数の周期表第13族金属窒化物半導体結晶を配列して下地基板として用いる場合の各結晶を「下地結晶」と略す場合がある。)。下地基板として大型のものを準備できない場合でも、複数の下地結晶の主面の面方位を非極性面又は半極性面として配列することによって、大面積の主面を構成することができる。
下地結晶の配列方法は、非極性面又は半極性面を主面とする周期表第13族金属窒化物半導体結晶が形成されるように配列するものであればその他については特に限定されず、公知の手法を適宜採用することができる。例えば、下地結晶同士の面方位が揃うように配列しても、或いは異なるように配列してもよい。また、隣り合う下地結晶同士は、互いに接していても、或いは接していなくてもよい。さらに、複数の下地結晶は、同一平面上に配列される必要はなく、平面上で重なり合うように配列されていてもよい。但し、下地結晶の主面と極性面との交線方向を揃えて並べることが好ましく、下地結晶同士の主面と極性面との交線方向の分布が±5°以内となるように揃えることが好ましく、±3°以内となるように揃えることがより好ましく、±1°以内となるようにそろえることがさらに好ましく、±0.5°以内となるように揃えることが特に好ましい。
The manufacturing method of the present invention is not limited to an embodiment in which a single periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal is used as a base substrate, and a plurality of periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystals are arranged as a base substrate. (Hereinafter, each crystal when a plurality of periodic table Group 13 metal nitride semiconductor crystals are arranged and used as a base substrate may be abbreviated as “base crystal”.) Even when a large substrate cannot be prepared as a base substrate, a large-area main surface can be formed by arranging the plane orientations of the main surfaces of a plurality of base crystals as nonpolar surfaces or semipolar surfaces.
The arrangement method of the base crystal is not particularly limited as long as it is arranged so that a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal having a nonpolar plane or a semipolar plane as a main surface is formed, and is well known. These methods can be adopted as appropriate. For example, they may be arranged so that the plane orientations of the base crystals are aligned or different. Further, adjacent base crystals may or may not be in contact with each other. Furthermore, the plurality of base crystals do not have to be arranged on the same plane, and may be arranged so as to overlap on the plane. However, it is preferable to align the crossing direction of the main surface and the polar surface of the base crystal so that the distribution of the crossing direction between the main surface and the polar surface of the base crystal is within ± 5 °. It is more preferable that they are aligned so that they are within ± 3 °, more preferably they are aligned so that they are within ± 1 °, and it is particularly preferable that they are aligned so that they are within ± 0.5 °.

本発明に係る下地基板は、超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒存在下で結晶成長させて得られる周期表第13族金属窒化物半導体結晶であれば、物性等のその他の条件は特に限定されないが、以下に好適な物性について説明する。なお、アモノサーマル法によって低歪みで高品質な周期表第13族金属窒化物半導体結晶を得ることができることを前述したが、以下のような物性について最適化を図ることで、さらに残留歪みの少ない周期表第13族金属窒化物半導体結晶を成長させることができることを本発明者らは明らかとしている(例えば、軽元素や点欠陥は、応力を緩和して歪みの発生を抑制する効果がある。)。   If the base substrate according to the present invention is a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal obtained by crystal growth in the presence of a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state, other conditions such as physical properties are particularly Although not limited, suitable physical properties will be described below. As described above, it is possible to obtain a high-quality periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal with low strain by the ammonothermal method. However, by optimizing the following physical properties, the residual strain can be further reduced. The present inventors have revealed that it is possible to grow a few Group 13 metal nitride semiconductor crystals of the periodic table (for example, light elements and point defects have an effect of relaxing the stress and suppressing the generation of strain). .)

(格子面間隔の伸縮)
本発明に係る下地基板は、その格子面間隔の伸縮(Δd/dave)が|1.0×10−5|以下であることが好ましく、|5.0×10−6|以下であることがより好ましく、|2.0×10−6|以下であることがさらに好ましい。前述のように、格子面間隔の伸縮を小さくすることで、結晶中の残留歪みを小さくすることができると考えられる。
なお、格子面間隔の伸縮(Δd/dave)は、(30−30)面又は(3−2−10)面の格子面間隔(Δd)をa軸又はc軸の一方向に多点測定して算出する。この時、測定範囲は4mm以上が好ましく、測定点の数は10点以上が好ましく、各測定点は一定の間隔であることが好ましい。Δdは格子面間隔、daveは測定範囲の全ての格子面間隔Δdの平均値、Δd/daveはΔdとdaveから|1−d/dave|で算出した最大値を意味するものである。
(Extension / contraction of lattice spacing)
In the base substrate according to the present invention, the expansion and contraction (Δd / d ave ) of the lattice spacing is preferably | 1.0 × 10 −5 or less, and | 5.0 × 10 −6 or less. Is more preferable, and | 2.0 × 10 −6 | or less is more preferable. As described above, it is considered that the residual strain in the crystal can be reduced by reducing the expansion and contraction of the lattice spacing.
In addition, the expansion / contraction (Δd / d ave ) of the lattice spacing is a multipoint measurement of the lattice spacing (Δd) of the (30-30) plane or (3-2-10) plane in one direction of the a-axis or c-axis. To calculate. At this time, the measurement range is preferably 4 mm or more, the number of measurement points is preferably 10 points or more, and each measurement point is preferably at a constant interval. Δd is the lattice spacing, d ave is the average value of all lattice spacings Δd in the measurement range, and Δd / d ave is the maximum value calculated from Δd and d ave by | 1-d / d ave | is there.

(転位密度)
本発明に係る下地基板は、その転位密度が5×10個cm−2以下であることが好ましく、1.0×10個cm−2以下であることがより好ましく、1.0×10個cm−1以下であることがさらに好ましい。前述のように、転位密度を小さくすることで、結晶中の残留歪みを小さくすることができると考えられる。
なお、転位密度は基底面転位、積層欠陥等すべての種類の転位の数を単位面積(cm)当たりの値に変換したものを意味するものとする。転位密度は、下地基板の主面をTEM(透過型電子顕微鏡法)、SEM−CL(カソードルミネッセンス法)、エッチングによる表面ピットをAFMや光学顕微鏡で観察する方法を利用することによって測定することができる。
(Dislocation density)
The base substrate according to the present invention preferably has a dislocation density of 5 × 10 4 pieces cm −2 or less, more preferably 1.0 × 10 3 pieces cm −2 or less, and 1.0 × 10 6. More preferably, it is 2 cm −1 or less. As described above, it is considered that residual strain in the crystal can be reduced by reducing the dislocation density.
The dislocation density means the number of all types of dislocations such as basal plane dislocations and stacking faults converted to a value per unit area (cm 2 ). The dislocation density can be measured by using a method in which the main surface of the base substrate is observed with TEM (transmission electron microscopy), SEM-CL (cathode luminescence method), and surface pits by etching are observed with an AFM or an optical microscope. it can.

(軽元素濃度)
本発明に係る下地基板は、軽元素を含有する結晶であることが好ましい。「軽元素」とは、本発明において周期表第1周期又は第2周期に属する非金属元素を意味し、具体的には水素(H)、炭素(C)、窒素(N)、酸素(O)、及びフッ素(F)を意味するものとする。前述のように軽元素は結晶中に発生する歪みを緩和する効果があり、その歪みに起因した積層欠陥の発生を抑制することができるものと考えられる。
下地基板中に含まれる軽元素の濃度は特に限定されないが、好ましくは1.0×1017atoms・cm−3以上、より好ましくは2.0×1017atoms・cm−3以上、さらに好ましくは1.0×1018atoms・cm−3以上、よりさらに好ましくは2.0×1018atoms・cm−3以上、特に好ましくは5.0×1018atoms・cm−3以上であり、好ましくは1.0×1020atoms・cm−3以下、より好ましくは5.0×1019atoms・cm−3以下である。
軽元素の中でも特に水素濃度は、好ましくは1.0×1017atoms・cm−3以上、より好ましくは2.0×1017atoms・cm−3以上、さらに好ましくは5.0×1017atoms・cm−3以上、よりさらに好ましくは1.0×1018atoms・cm−3以上であり、好ましくは1.0×1020atoms・cm−3以下、より好ましくは5.0×1019atoms・cm−3以下である。
また、酸素濃度は、好ましくは1.0×1017atoms・cm−3以上、より好ましくは2.5×1017atoms・cm−3以上、さらに好ましくは5.0×1017atoms・cm−3以上であり、好ましくは1.0×1020atoms・cm−3以下、より好ましくは5.0×1019atoms・cm−3以下である。
フッ素については、含むものであっても或いは含まないものであってもよいが、含む場合、その濃度は好ましくは5.0×1016atoms・cm−3以上、より好ましくは1.0×1017atoms・cm−3以上、さらに好ましくは5.0×1017atoms・cm−3以上であり、好ましくは5.0×1018atoms・cm−3以下である。上記範囲内であると、積層欠陥の少ない周期表第13族金属窒化物半導体結晶を製造し易くなる。
なお、軽元素濃度は、SIMS(二次イオン質量分析装置)又はGDMS(グロー放電
質量分析)にて測定することができる。
(Light element concentration)
The base substrate according to the present invention is preferably a crystal containing a light element. The “light element” means a nonmetallic element belonging to the first period or the second period of the periodic table in the present invention. Specifically, hydrogen (H), carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O ) And fluorine (F). As described above, the light element has an effect of reducing the strain generated in the crystal, and it is considered that the generation of stacking faults due to the strain can be suppressed.
The concentration of the light element contained in the base substrate is not particularly limited, but is preferably 1.0 × 10 17 atoms · cm −3 or more, more preferably 2.0 × 10 17 atoms · cm −3 or more, more preferably 1.0 × 10 18 atoms · cm −3 or more, more preferably 2.0 × 10 18 atoms · cm −3 or more, particularly preferably 5.0 × 10 18 atoms · cm −3 or more, preferably 1.0 × 10 20 atoms · cm −3 or less, more preferably 5.0 × 10 19 atoms · cm −3 or less.
Among light elements, the hydrogen concentration is preferably 1.0 × 10 17 atoms · cm −3 or more, more preferably 2.0 × 10 17 atoms · cm −3 or more, and even more preferably 5.0 × 10 17 atoms / cm 3. · Cm −3 or more, more preferably 1.0 × 10 18 atoms · cm −3 or more, preferably 1.0 × 10 20 atoms · cm −3 or less, more preferably 5.0 × 10 19 atoms. -It is cm- 3 or less.
The oxygen concentration is preferably 1.0 × 10 17 atoms · cm -3 or more, more preferably 2.5 × 10 17 atoms · cm -3 or more, more preferably 5.0 × 10 17 atoms · cm - 3 or more, preferably 1.0 × 10 20 atoms · cm −3 or less, more preferably 5.0 × 10 19 atoms · cm −3 or less.
Fluorine may or may not be contained, but when it is contained, the concentration is preferably 5.0 × 10 16 atoms · cm −3 or more, more preferably 1.0 × 10 6. It is 17 atoms · cm −3 or more, more preferably 5.0 × 10 17 atoms · cm −3 or more, and preferably 5.0 × 10 18 atoms · cm −3 or less. Within the above range, it becomes easy to produce a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal with few stacking faults.
The light element concentration can be measured by SIMS (secondary ion mass spectrometer) or GDMS (glow discharge mass spectrometry).

(アルカリ金属濃度)
本発明に係る下地基板は、アルカリ金属濃度が低い結晶であることが好ましい。アルカリ金属は、金属結合性を示し、水素(H)や酸素(O)のほか、ハロゲンとも反応してしまうため、軽元素の効果に悪影響を与えるものと考えられる。
下地基板中に含まれるアルカリ金属濃度は特に限定されないが、好ましくは1.0×1017atoms・cm−3以下、より好ましくは1.0×1016atoms・cm−3以下、さらに好ましくは1.0×1015atoms・cm−3以下である。上記範囲内であると、積層欠陥の少ない周期表第13族金属窒化物半導体結晶を製造し易くなる。
なお、アルカリ金属濃度は、SIMS(二次イオン質量分析)又はGDMS(グロー放電質量分析)にて測定することができる。
(Alkali metal concentration)
The base substrate according to the present invention is preferably a crystal having a low alkali metal concentration. Alkali metals exhibit metal bonding properties and react with halogens in addition to hydrogen (H) and oxygen (O), and thus are considered to adversely affect the effects of light elements.
The alkali metal concentration contained in the base substrate is not particularly limited, but is preferably 1.0 × 10 17 atoms · cm −3 or less, more preferably 1.0 × 10 16 atoms · cm −3 or less, and further preferably 1 0.0 × 10 15 atoms · cm −3 or less. Within the above range, it becomes easy to produce a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal with few stacking faults.
The alkali metal concentration can be measured by SIMS (secondary ion mass spectrometry) or GDMS (glow discharge mass spectrometry).

(キャリア濃度)
本発明に係る下地基板のキャリア濃度は特に限定されず、導電型であっても半絶縁性型であってもよい。
(Carrier concentration)
The carrier concentration of the base substrate according to the present invention is not particularly limited, and may be a conductive type or a semi-insulating type.

(赤外線吸収ピーク)
本発明に係る下地基板は、3100〜3200cm−1に赤外線吸収ピークを有する結晶であることが好ましい。「3100〜3200cm−1」には、特に結晶中のN−H結合に起因したピークが現れるものと考えられる。詳細なメカニズムは明らかではないが、N−H結合の存在は、結晶中に点欠陥が存在することを示唆しているものと考えられている。この点欠陥には、軽元素が取り込まれ易い傾向があり、取り込まれた軽元素の効果によって、積層欠陥の少ない周期表第13族金属窒化物半導体結晶を製造し易くなる。
赤外線吸収ピークの具体的種類は特に限定されないが、結晶中のN−H結合に起因したピークとして考えられる3150±1.5cm−1、3164±1.5cm−1、3175±1.5cm−1、3188±1.5cm−1の少なくとも1つを有する下地基板であることが好ましい。
なお、赤外線吸収ピークは、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)を用いて、主面と裏面の両面をCMPした基板に赤外光を透過させて測定することができる。
(Infrared absorption peak)
The base substrate according to the present invention is preferably a crystal having an infrared absorption peak at 3100 to 3200 cm −1 . In “3100-3200 cm −1 ”, it is considered that a peak due to the N—H bond in the crystal appears. Although the detailed mechanism is not clear, it is thought that the presence of the N—H bond suggests that a point defect exists in the crystal. This point defect tends to easily incorporate light elements, and the effect of the incorporated light elements makes it easy to produce a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal with few stacking faults.
Although infrared specific type of absorption peak is not particularly limited, 3150 is considered as a peak caused by the N-H bonds in the crystal ± 1.5cm -1, 3164 ± 1.5cm -1 , 3175 ± 1.5cm -1 , 3188 ± 1.5 cm −1 is preferable.
The infrared absorption peak can be measured by transmitting infrared light through a substrate having both the main surface and the back surface subjected to CMP using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR).

(光の吸収係数)
本発明に係る下地基板は、波長405nmにおける光の吸収係数が1.0〜30cm−1及び/又は波長445nmにおける光の吸収係数が0.5〜5cm−1であることが好ましい。詳細なメカニズムは明らかではないが、光の吸収係数は結晶中の不純物濃度や点欠陥密度に関係するものと考えられ、光の吸収係数が上記範囲であると、不純物濃度や点欠陥密度が好適な範囲になるものと考えられる。波長405nmにおける光の吸収係数の具体的な数値は特に限定されないが、好ましくは1.5cm−1以上、より好ましくは2.0cm−1以上であり、好ましくは20cm−1以下、より好ましくは15cm−1以下である。一方、波長445nmにおける光の吸収係数も特に限定されないが、好ましくは0.6cm−1以上、より好ましくは0.7cm−1以上であり、好ましくは4.5cm−1以下、より好ましくは4.2cm−1以下である。
なお、光の吸収係数は、積分球の中に405nm、445nmのレーザー光線をそれぞれ照射した時の吸収特性を評価し、Lambert−Beer則から吸収係数を求めることができる。積分球内で測定することで吸収以外の損失ファクターを排除することができる。
(Light absorption coefficient)
The base substrate according to the present invention preferably has a light absorption coefficient of 1.0 to 30 cm −1 at a wavelength of 405 nm and / or a light absorption coefficient of 0.5 to 5 cm −1 at a wavelength of 445 nm. Although the detailed mechanism is not clear, it is considered that the light absorption coefficient is related to the impurity concentration and point defect density in the crystal. If the light absorption coefficient is in the above range, the impurity concentration and point defect density are suitable. It is considered to be in the range. The specific numerical value of the light absorption coefficient at a wavelength of 405 nm is not particularly limited, but is preferably 1.5 cm −1 or more, more preferably 2.0 cm −1 or more, preferably 20 cm −1 or less, more preferably 15 cm. -1 or less. On the other hand, the absorption coefficient of light is also not particularly limited in the wavelength 445 nm, preferably 0.6 cm -1 or more, more preferably 0.7 cm -1 or more, preferably 4.5 cm -1 or less, more preferably 4. 2 cm −1 or less.
The light absorption coefficient can be determined from the Lambert-Beer rule by evaluating the absorption characteristics when 405 nm and 445 nm laser beams are respectively irradiated into the integrating sphere. By measuring in an integrating sphere, loss factors other than absorption can be eliminated.

(基底面転位)
本発明に係る下地基板は、主面における基底面転位密度が低い結晶であることが好ましい。積層欠陥の一部は、基底面転位を起点として発生するものと考えられ、基底面転位密
度の低い下地基板であると、積層欠陥の少ない周期表第13族金属窒化物半導体結晶を製造し易くなる。具体的な基底面転位密度は特に限定されないが、好ましくは1.0×10cm−2以下、より好ましくは1.0×10cm−2以下、さらに好ましくは1.0×10cm−2以下、最も好ましくは0cm−2である。
なお、「主面における基底面転位密度」とは、主面を観察した場合における基底面転位の数を、単位面積(cm)当たりの値に変換したものを表す。基底面転位は、透過型電子顕微鏡法(TEM法)、カソードルミネッセンス法(SEM−CL法)、エッチングによる表面ピットをAFMや光学顕微鏡等で観察する方法を利用することによって測定することができる。
(Basal plane dislocation)
The base substrate according to the present invention is preferably a crystal having a low basal plane dislocation density on the main surface. Some stacking faults are thought to occur starting from basal plane dislocations, and it is easy to manufacture a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal with few stacking faults when the base substrate has a low basal plane dislocation density. Become. Although the specific basal plane dislocation density is not particularly limited, it is preferably 1.0 × 10 5 cm −2 or less, more preferably 1.0 × 10 4 cm −2 or less, and further preferably 1.0 × 10 3 cm. -2 or less, most preferably 0 cm -2 .
The “basal plane dislocation density on the main surface” represents a value obtained by converting the number of basal plane dislocations when the main surface is observed into a value per unit area (cm 2 ). The basal plane dislocation can be measured by using a transmission electron microscope method (TEM method), a cathodoluminescence method (SEM-CL method), and a method of observing surface pits by etching with an AFM, an optical microscope, or the like.

(積層欠陥密度)
本発明に係る下地基板は、積層欠陥密度の低い結晶であることが好ましい。下地基板の積層欠陥は成長層に伝播すると考えられ、基底面転位密度の小さい下地基板であると、積層欠陥の少ない周期表第13族金属窒化物半導体結晶を製造し易くなる。具体的な積層欠陥密度は特に限定されないが、好ましくは10cm−1以下、より好ましくは5cm−1以下、さらに好ましく1cm−1以下である。
なお、積層欠陥密度は、カソードルミネッセンス法(SEM−CL法)によって測定できるほか、低温PL測定によって見積もることができる。
(Stacking fault density)
The base substrate according to the present invention is preferably a crystal having a low stacking fault density. It is considered that the stacking fault of the base substrate propagates to the growth layer. When the base substrate has a low basal plane dislocation density, it becomes easy to manufacture a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal with few stacking faults. The specific stacking fault density is not particularly limited, but is preferably 10 cm −1 or less, more preferably 5 cm −1 or less, and even more preferably 1 cm −1 or less.
The stacking fault density can be measured by a cathodoluminescence method (SEM-CL method) or can be estimated by a low temperature PL measurement.

1−1−2.下地基板の作製方法
本発明に係る下地基板は、超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒存在下で結晶成長させる、いわゆるアモノサーマル法を利用して得られた周期表第13族金属窒化物半導体結晶であることを特徴とするが、結晶成長に使用する装置、原料、溶媒等の詳細な成長条件は特に限定されない。以下、図1の装置を参照して、具体的な条件を説明するが、本発明はかかる態様に限定されるものではなく、公知の構成を適宜採用して実施することができる。
1-1-2. Manufacturing method of base substrate The base substrate according to the present invention is a periodic table group 13 metal nitride obtained by using a so-called ammonothermal method in which crystal growth is performed in the presence of a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state. Although it is a physical semiconductor crystal, detailed growth conditions such as an apparatus, a raw material, and a solvent used for crystal growth are not particularly limited. Hereinafter, specific conditions will be described with reference to the apparatus of FIG. 1, but the present invention is not limited to such an embodiment, and can be implemented by appropriately adopting known configurations.

図1の(a)に示す装置は、耐圧性容器(オートクレーブ)1中に内筒として反応容器20を備える装置であり、かかる装置を用いた製造方法では、種結晶、溶媒、原料、さらには原料の溶解度を高める鉱化剤を用いる。反応容器20の内部は、原料を溶解するための原料溶解領域9と、結晶成長させるための結晶成長領域6に分けられた構造となっており、2つの領域を区画するバッフル板5を備えている。例えば、原料溶解領域9には、原料8と鉱化剤を装填することができ、結晶成長領域6には種結晶7をワイヤーに吊るすなどして設置することができる。また、バルブ10を介して窒素ボンベ13から窒素ガスを充填したり、アンモニアボンベ12からマスフローメーター14で流量を確認したりしながらアンモニアを充填することができる。また、真空ポンプ11により必要な減圧を行うこともできる。
また、図1(b)に示す装置のように、耐圧性容器の内部に直接種結晶、周期表第13族金属元素を含む原料を入れ、さらに窒素元素を含有する溶媒を充填する態様であってもよい。
「アモノサーマル法」は、超臨界状態及び/又は亜臨界状態にあるアンモニア溶媒等の窒素を含有する溶媒を用いて、原材料の溶解−析出反応を利用して所望の材料を製造する方法である。アモノサーマル法を結晶成長へ適用するときは、アンモニア溶媒への原料溶解度の温度依存性を利用して温度差により過飽和状態を発生させて結晶を析出させる。アモノサーマル法による結晶成長は、高温高圧の超臨界アンモニア環境下での反応であり、さらに、超臨界状態の純アンモニア中への周期表第13族金属窒化物の溶解度が極めて小さいため、溶解度を向上させ結晶成長を促進させるために通常好ましくは鉱化剤が用いられる。本発明の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法は、種結晶、窒素を含有する溶媒、原料、ならびに鉱化剤を入れた反応容器内の温度及び圧力を、前記溶媒が超臨界状態及び/又は亜臨界状態となるように制御して種結晶の表面に周期表第13族金属窒
化物半導体結晶を成長させる工程を含むことが好ましい。
The apparatus shown in FIG. 1 (a) is an apparatus including a reaction vessel 20 as an inner cylinder in a pressure-resistant vessel (autoclave) 1, and in a production method using such an apparatus, seed crystals, solvents, raw materials, A mineralizer that increases the solubility of the raw material is used. The inside of the reaction vessel 20 has a structure divided into a raw material melting region 9 for melting the raw material and a crystal growth region 6 for crystal growth, and includes a baffle plate 5 that partitions the two regions. Yes. For example, the raw material melting region 9 can be loaded with the raw material 8 and a mineralizer, and the seed crystal 7 can be installed in the crystal growth region 6 by suspending it on a wire. Further, it is possible to fill with ammonia while filling the nitrogen gas from the nitrogen cylinder 13 through the valve 10 or confirming the flow rate with the mass flow meter 14 from the ammonia cylinder 12. In addition, the vacuum pump 11 can perform necessary pressure reduction.
In addition, as in the apparatus shown in FIG. 1B, a seed crystal and a raw material containing a Group 13 metal element of the periodic table are directly placed in the pressure-resistant vessel, and a nitrogen-containing solvent is filled. May be.
“Amonothermal method” is a method for producing a desired material using a dissolution-precipitation reaction of raw materials using a solvent containing nitrogen such as an ammonia solvent in a supercritical state and / or a subcritical state. is there. When the ammonothermal method is applied to crystal growth, a supersaturated state is generated due to a temperature difference using the temperature dependence of the raw material solubility in an ammonia solvent to precipitate crystals. Crystal growth by the ammonothermal method is a reaction in a high-temperature and high-pressure supercritical ammonia environment, and the solubility of the Group 13 metal nitride in the periodic table in pure ammonia in a supercritical state is extremely small. Usually, a mineralizer is preferably used to improve the crystal growth and promote crystal growth. According to the method for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal of the present invention, the temperature and pressure in a reaction vessel containing a seed crystal, a nitrogen-containing solvent, a raw material, and a mineralizer are supercritical. It is preferable to include a step of growing a group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table on the surface of the seed crystal by controlling to be in a state and / or a subcritical state.

以下、図1の(a)に示す装置を使用する場合の具体的な手順について説明する。
(1)種結晶、溶媒、原料、及び鉱化剤等の材料を反応容器に導入し、反応容器を密閉する。
種結晶、溶媒、原料、及び鉱化剤等の材料を反応容器に導入する具体的操作や手順は特に限定されず、材料の種類や装置の構造等に応じて公知の方法を適宜採用することができる。例えば、材料が常温常圧下において気体である場合、反応容器を冷却し、材料を反応容器内で液化させることよって導入することもできる。アンモニア(NH)を溶媒として用いる場合、反応容器をドライアイスエタノール溶媒等によって冷却した後、アンモニアガスを反応容器内に吹き込むことによって、液体として導入(充填)することができる。
なお、材料を導入する前又は導入した後に反応容器内を脱気したり、さらには材料を導入する際に窒素ガス(N)等の不活性ガスを流通させたりして、不純物の混入を抑制する手段を講じることが好ましい。また、種結晶を設置するためのワイヤー等の治具は、耐食性に優れる貴金属製のものを採用することが好ましい。
反応容器を密閉する方法は、結晶成長の圧力条件に耐え得る方法であれば特に限定されないが、通常は導入口を溶接するなどして、封止して密閉する。
(2)反応容器を耐圧性容器に装填し、耐圧性容器と反応容器の間の空隙に溶媒を充填して、耐圧性容器を密閉する。
図1に示すように耐圧性容器中に反応容器を装填する装置の場合、反応容器内部の圧力上昇によって、反応容器の内側と外側に圧力差が生じることになる。従って、結晶成長中に反応容器が破裂することを抑制する観点から、耐圧性容器と反応容器の間の空隙に溶媒を充填することが好ましい。なお、溶媒の充填量は圧力差を軽減することを目的とし、空隙の有効容積を考慮して適宜調節することが好ましい。
(3)耐圧性容器を設定温度まで加熱し、結晶成長を進める。
耐圧性容器を加熱する方法は特に限定されないが、耐圧性容器を電気炉内に収納して加熱する方法が挙げられる。また、前述のように原料溶解領域と結晶成長領域に温度差が生じるように設定して結晶成長させる場合には、複数に分割されたヒーターを備える電気炉を使用する方法が挙げられる。
(4)耐圧性容器を降温し、耐圧性容器及び反応容器を開栓して、周期表第13族金属窒化物半導体結晶を回収する。
Hereinafter, a specific procedure in the case of using the apparatus shown in FIG.
(1) Materials such as seed crystals, solvents, raw materials, and mineralizers are introduced into the reaction vessel, and the reaction vessel is sealed.
Specific operations and procedures for introducing materials such as seed crystals, solvents, raw materials, and mineralizers into the reaction vessel are not particularly limited, and publicly known methods may be adopted as appropriate depending on the type of materials and the structure of the apparatus. Can do. For example, when the material is a gas at normal temperature and pressure, it can be introduced by cooling the reaction vessel and liquefying the material in the reaction vessel. When ammonia (NH 3 ) is used as a solvent, it can be introduced (filled) as a liquid by cooling the reaction vessel with a dry ice ethanol solvent or the like and then blowing ammonia gas into the reaction vessel.
Before or after introducing the material, the inside of the reaction vessel is evacuated, and further, when introducing the material, an inert gas such as nitrogen gas (N 2 ) is circulated to mix impurities. It is preferable to take measures to suppress. Moreover, it is preferable to employ | adopt the thing made from a noble metal excellent in corrosion resistance as jigs, such as a wire for installing a seed crystal.
The method for sealing the reaction vessel is not particularly limited as long as it can withstand the pressure conditions for crystal growth, but it is usually sealed and sealed, for example, by welding the inlet.
(2) The reaction container is loaded into a pressure-resistant container, and a solvent is filled in the space between the pressure-resistant container and the reaction container, and the pressure-resistant container is sealed.
As shown in FIG. 1, in the case of an apparatus in which a reaction vessel is loaded in a pressure-resistant vessel, a pressure difference is generated between the inside and outside of the reaction vessel due to an increase in pressure inside the reaction vessel. Therefore, it is preferable to fill the space between the pressure-resistant vessel and the reaction vessel with a solvent from the viewpoint of suppressing the reaction vessel from bursting during crystal growth. In addition, it is preferable that the filling amount of the solvent is appropriately adjusted in consideration of the effective volume of the void for the purpose of reducing the pressure difference.
(3) The pressure-resistant container is heated to a set temperature to advance crystal growth.
A method for heating the pressure-resistant container is not particularly limited, and a method for heating the pressure-resistant container in an electric furnace is mentioned. Further, as described above, when crystal growth is performed by setting a temperature difference between the raw material melting region and the crystal growth region, a method of using an electric furnace including a plurality of heaters can be used.
(4) The temperature of the pressure-resistant vessel is lowered, the pressure-resistant vessel and the reaction vessel are opened, and the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal is recovered.

(種結晶)
種結晶は、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の結晶成長に用いられる公知のものであればその種類は特に限定されず、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)等の目的とする周期表第13族金属窒化物半導体結晶と同種のものを用いるほか、サファイア(Al)、酸化亜鉛(ZnO)等の金属酸化物、炭化ケイ素(SiC)、シリコン(Si)等の珪素含有物、又はヒ素ガリウム(GaAs)等を用いることができる。但し、目的の周期表第13族金属窒化物半導体結晶と一致し、若しくは適合した格子定数、結晶格子のサイズパラメータを有する種結晶であるか、またはヘテロエピタキシー(すなわち若干の原子の結晶学的位置の一致)を保証するように配置した単結晶材料片若しくは多結晶材料片から構成されている種結晶を用いることが好ましい。
(Seed crystal)
The seed crystal is not particularly limited as long as it is a known one used for crystal growth of Group 13 metal nitride semiconductor crystals of the periodic table. Gallium nitride (GaN), indium gallium nitride (InGaN), aluminum gallium nitride In addition to using the same type of target periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystals such as (AlGaN), metal oxides such as sapphire (Al 2 O 3 ) and zinc oxide (ZnO), silicon carbide (SiC) Silicon-containing materials such as silicon (Si), arsenic gallium (GaAs), or the like can be used. Provided that it is a seed crystal having a lattice constant, a crystal lattice size parameter consistent with or suitable for the desired Group 13 metal nitride semiconductor crystal, or heteroepitaxy (ie, the crystallographic position of some atoms). It is preferable to use a seed crystal composed of a single crystal material piece or a polycrystalline material piece arranged so as to guarantee the same).

種結晶は、溶媒への溶解度及び鉱化剤との反応性を考慮して決定することができる。例えば、窒化ガリウム(GaN)の種結晶としては、MOCVD法やHVPE法でサファイア等の異種基板上にエピタキシャル成長させた後に剥離させて得られた単結晶、金属ガリウム(Ga)からナトリウム(Na)やリチウム(Li)をフラックスとして結晶成長させて得た単結晶、LPE法を用いて得たホモ/ヘテロエピタキシャル成長させた単結晶、
アモノサーマル法により作製された単結晶及びそれらを切断した結晶などを用いることができる。
The seed crystal can be determined in consideration of the solubility in the solvent and the reactivity with the mineralizer. For example, as a seed crystal of gallium nitride (GaN), a single crystal obtained by epitaxial growth on a heterogeneous substrate such as sapphire by MOCVD method or HVPE method, and then separated from metal gallium (Ga) to sodium (Na) or A single crystal obtained by crystal growth using lithium (Li) as a flux, a single crystal obtained by homo / heteroepitaxial growth obtained by using the LPE method,
Single crystals produced by the ammonothermal method and crystals obtained by cutting them can be used.

種結晶の主面の面方位は特に限定されないが、非極性面又は半極性面を主面とする周期表第13族金属窒化物半導体下地基板を効率よく作製する観点から、目的とする周期表第13族金属窒化物半導体結晶に合わせて、非極性面又は半極性面を主面とする種結晶を選択することが好ましい。また、(1)下地基板中の残留歪みを抑制する観点からは、前記下地基板の主面に相当する結晶面を広げるようにアモノサーマル法で成長させた結晶を種結晶として用いることが好ましい。また、(2)種結晶上に結晶成長させる際に、前記下地基板の主面に相当する結晶面を広げるように成長させることでも、残留歪みを抑制した下地基板を得ることができる。
下地基板の主面に相当する結晶面を広げるように成長させる具体的な成長方法としては、(i)下地基板の主面と略同じ結晶面を主面とする結晶の側面から横方向成長させる方法、(ii)下地基板の主面とは異なる結晶面を主面とする結晶の該主面から成長させる方法、(iii)下地基板の主面とは異なる結晶面を主面とする結晶の側面から成長させる方法などが挙げられる。より具体的には、(i)下地基板の主面と略同じ結晶面を主面とする結晶の側面から横方向成長させる方法としては、複数の成長開始面(側面)を有するシード、例えば、V字型シード、コ字型シード、ロ字型シード、L字型シード、O字型シード、任意の1以上の穴が空いたシードを用いる方法や、結晶成長させたい領域を囲うようにガイドを設ける方法などが挙げられる。また、(ii)下地基板の主面とは異なる結晶面を主面とする結晶の該主面から成長させる方法としては、主面の一部をマスクで被覆したシードから成長させる方法、主面の一部に板状部材の側面を密着させたシードから成長させる方法、などが挙げられる。さらに、(iii)下地基板の主面とは異なる結晶面を主面とする結晶の側面から成長させる方法としては、国際公開2008/143166号パンフレットの図4のように、前記側面から主面の法線方向に伸びるように成長させる方法などが挙げられる。
The plane orientation of the main surface of the seed crystal is not particularly limited, but from the viewpoint of efficiently producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor base substrate having a nonpolar plane or a semipolar plane as a main plane, the intended periodic table It is preferable to select a seed crystal having a nonpolar plane or a semipolar plane as a main plane in accordance with the Group 13 metal nitride semiconductor crystal. In addition, (1) From the viewpoint of suppressing residual strain in the base substrate, it is preferable to use, as a seed crystal, a crystal grown by an ammonothermal method so as to widen a crystal plane corresponding to the main surface of the base substrate. . Further, (2) when the crystal is grown on the seed crystal, it is possible to obtain a base substrate in which residual strain is suppressed by growing the crystal face corresponding to the main surface of the base substrate.
As a specific growth method for expanding the crystal plane corresponding to the main surface of the base substrate, (i) lateral growth is performed from the side surface of the crystal whose main surface is substantially the same crystal plane as the main surface of the base substrate. (Ii) a method of growing from a main surface of a crystal whose main surface is a crystal surface different from the main surface of the base substrate, and (iii) a crystal whose main surface is a crystal surface different from the main surface of the base substrate Examples include growing from the side. More specifically, (i) as a method of laterally growing from the side surface of the crystal whose main surface is substantially the same crystal surface as the main surface of the base substrate, a seed having a plurality of growth start surfaces (side surfaces), for example, V-shaped seeds, U-shaped seeds, R-shaped seeds, L-shaped seeds, O-shaped seeds, a method using a seed having one or more holes, and a guide to surround a region where crystals are to be grown The method of providing is mentioned. Further, (ii) a method of growing from a main surface of a crystal having a crystal surface different from the main surface of the base substrate as a main surface includes a method of growing from a seed in which a part of the main surface is covered with a mask, And a method of growing from a seed in which a side surface of a plate-like member is adhered to a part of the plate. Further, (iii) as a method of growing from the side surface of the crystal having a crystal plane different from the main surface of the base substrate as the main surface, as shown in FIG. 4 of International Publication No. 2008/143166, The method of growing so that it may extend in the normal direction is mentioned.

(溶媒)
溶媒は、窒素を含有する溶媒を用いる。窒素を含有する溶媒としては、成長させる周期表第13族金属窒化物半導体結晶の安定性を損なうことのない溶媒を挙げることができ、具体的には、アンモニア(NH)、ヒドラジン(N)、尿素(CHO)、アミン類(例えば、メチルアミンのような第1級アミン、ジメチルアミンのような第二級アミン、トリメチルアミンのような第三級アミン、エチレンジアミンのようなジアミン)、メラミン等を挙げることができる。これらの溶媒は単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。
(solvent)
As the solvent, a solvent containing nitrogen is used. Examples of the solvent containing nitrogen include a solvent that does not impair the stability of the group 13 metal nitride semiconductor crystal to be grown. Specifically, ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), urea (CH 4 N 2 O), amines (eg, primary amines such as methylamine, secondary amines such as dimethylamine, tertiary amines such as trimethylamine, ethylenediamine, etc. Diamine) and melamine. These solvents may be used alone or in combination.

溶媒は、水(HO)や酸素(O)等の不純物ができるだけ少ないことが好ましく、これらの含有量は好ましくは1000ppm以下、より好ましくは10ppm以下、さらに好ましくは0.1ppm以下である。アンモニア(NH)を溶媒として用いる場合、その純度は通常99.9%以上、好ましくは99.99%以上、より好ましくは99.999%以上、特に好ましくは99.9999%以上である。 The solvent preferably has as little impurities as possible such as water (H 2 O) and oxygen (O 2 ), and the content thereof is preferably 1000 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and even more preferably 0.1 ppm or less. . When ammonia (NH 3 ) is used as a solvent, the purity is usually 99.9% or more, preferably 99.99% or more, more preferably 99.999% or more, and particularly preferably 99.9999% or more.

(原料)
原料は、目的とする周期表第13族金属窒化物半導体下地基板を構成する元素を含む化合物を用いる。例えば周期表第13族金属窒化物半導体多結晶原料(以下、「多結晶原料」と略す場合がある。)及び/又は周期表第13族元素の金属であり、好ましくは窒化ガリウム及び/又はガリウムである。多結晶原料は、完全な窒化物である必要はなく、条件によっては周期表第13族元素がメタルの状態(ゼロ価)である金属成分を含有してもよく、例えば、結晶が窒化ガリウムである場合には、窒化ガリウムと金属ガリウムの混合物が挙げられる。
(material)
As a raw material, a compound containing an element constituting a target periodic table group 13 metal nitride semiconductor base substrate is used. For example, a periodic table group 13 metal nitride semiconductor polycrystalline raw material (hereinafter sometimes abbreviated as "polycrystalline raw material") and / or a metal of the periodic table group 13 element, preferably gallium nitride and / or gallium. It is. The polycrystalline raw material does not need to be a complete nitride, and may contain a metal component in which the Group 13 element of the periodic table is in a metal state (zero valence) depending on conditions. For example, the crystal is gallium nitride. In some cases, a mixture of gallium nitride and metal gallium may be mentioned.

原料として多結晶原料を用いる場合、その製造方法は特に制限されないが、アンモニアガスを流通させた反応容器内で、金属またはその酸化物若しくは水酸化物をアンモニアと反応させることにより生成したものを用いることができる。また、より反応性の高い金属化合物原料として、ハロゲン化物、アミド化合物、イミド化合物、ガラザンなどの共有結合性M−N結合を有する化合物などを用いることができる。さらに、Gaなどの金属を高温高圧で窒素と反応させて作製した窒化物多結晶を用いることもできる。   When a polycrystalline raw material is used as a raw material, its production method is not particularly limited, but a material produced by reacting a metal or its oxide or hydroxide with ammonia in a reaction vessel in which ammonia gas is circulated is used. be able to. In addition, as a metal compound raw material having higher reactivity, a compound having a covalent MN bond such as a halide, an amide compound, an imide compound, or galazan can be used. Furthermore, a nitride polycrystal produced by reacting a metal such as Ga with nitrogen at a high temperature and a high pressure can also be used.

本発明に係る下地基板は、軽元素を含有する結晶であることが好ましいことを前述したが、下地基板に含まれる不純物濃度は、例えば原料に含まれる不純物の濃度でコントロールすることができる(なお、鉱化剤や溶媒(ガスに不純物を含ませる)に所定の不純物を含ませてコントロールすることもできる。)。従って、下地基板の軽元素濃度、例えば酸素(O)濃度を好適な範囲に設定する観点から、原料多結晶に含まれる酸素濃度は、通常5×1020atoms・cm−3以下、好ましくは1×1020atoms・cm−3以下、特に好ましくは5×1019atoms・cm−3以下である。 Although it has been described above that the base substrate according to the present invention is preferably a crystal containing a light element, the impurity concentration contained in the base substrate can be controlled by, for example, the concentration of impurities contained in the raw material (note that It is also possible to control by adding a predetermined impurity to a mineralizer or a solvent (which includes an impurity in a gas). Therefore, from the viewpoint of setting the light element concentration of the base substrate, for example, the oxygen (O) concentration in a suitable range, the oxygen concentration contained in the raw material polycrystal is usually 5 × 10 20 atoms · cm −3 or less, preferably 1 × 10 20 atoms · cm −3 or less, particularly preferably 5 × 10 19 atoms · cm −3 or less.

(鉱化剤)
鉱化剤は、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の結晶成長に用いられる公知のものであればその種類は特に限定されず、ハロゲン元素を含む鉱化剤やアルカリ金属を含む鉱化剤を用いることができる。但し、前述のように本発明に係る下地基板は、アルカリ金属濃度が低い結晶であることが好ましく、ハロゲン元素を含む鉱化剤を用いることが好ましい。
(Mineralizer)
The mineralizer is not particularly limited as long as it is a known one used for crystal growth of Group 13 metal nitride semiconductor crystals of the periodic table, and a mineralizer containing a halogen element or a mineralizer containing an alkali metal. Can be used. However, as described above, the base substrate according to the present invention is preferably a crystal having a low alkali metal concentration, and a mineralizer containing a halogen element is preferably used.

鉱化剤に含まれるハロゲン元素は1種類でもよいし、2種類以上が組み合わせられていてもよい。2種類以上を組み合わせる場合は、塩素とフッ素、臭素とフッ素、ヨウ素とフッ素といった2元素の組合せであってもよいし、塩素と臭素とフッ素、塩素とヨウ素とフッ素、臭素とヨウ素とフッ素といった3元素の組み合せであってもよいし、塩素と臭素とヨウ素とフッ素といった4元素の組み合せであってもよい。   One type of halogen element contained in the mineralizer may be used, or two or more types may be combined. When two or more types are combined, it may be a combination of two elements such as chlorine and fluorine, bromine and fluorine, iodine and fluorine, or 3 such as chlorine and bromine and fluorine, chlorine and iodine and fluorine, bromine and iodine and fluorine. It may be a combination of elements, or a combination of four elements such as chlorine, bromine, iodine and fluorine.

ハロゲン元素を含む鉱化剤の具体例としては、ハロゲン化アンモニウム、ハロゲン化水素、アンモニウムヘキサハロシリケート、及びヒドロカルビルアンモニウムフルオリド、ハロゲン化テトラメチルアンモニウム、ハロゲン化テトラエチルアンモニウム、ハロゲン化ベンジルトリメチルアンモニウム、ハロゲン化ジプロピルアンモニウム、及びハロゲン化イソプロピルアンモニウム等のアルキルアンモニウム塩、フッ化アルキルナトリウムのようなハロゲン化アルキル金属、ハロゲン化アルカリ土類金属、ハロゲン化金属等が例示される。このうち、好ましくはハロゲン元素を含む添加物(鉱化剤)であるハロゲン化アルカリ、アルカリ土類金属のハロゲン化物、金属のハロゲン化物、ハロゲン化アンモニウム、ハロゲン化水素であり、さらに好ましくはハロゲン化アルカリ、ハロゲン化アンモニウム、周期表第13族金属のハロゲン化物、ハロゲン化水素であり、特に好ましくはハロゲン化アンモニウム、ハロゲン化ガリウム、ハロゲン化水素である。   Specific examples of mineralizers containing halogen elements include ammonium halide, hydrogen halide, ammonium hexahalosilicate, and hydrocarbyl ammonium fluoride, tetramethylammonium halide, tetraethylammonium halide, benzyltrimethylammonium halide, halogen Illustrative examples include alkylammonium salts such as dipropylammonium halide and isopropylammonium halide, alkyl metal halides such as sodium alkyl fluoride, alkaline earth metal halides and metal halides. Of these, an additive (mineralizing agent) containing a halogen element is preferably an alkali halide, an alkaline earth metal halide, a metal halide, an ammonium halide, or a hydrogen halide, more preferably a halogenated. Alkali, ammonium halide, Group 13 metal halide and hydrogen halide are particularly preferred, and ammonium halide, gallium halide and hydrogen halide are particularly preferred.

ハロゲン元素を含有する鉱化剤とともに、ハロゲン元素を含まない鉱化剤を用いることも可能であり、例えばNaNHやKNHやLiNHなどのアルカリ金属アミドと組み合せて用いることもできる。ハロゲン化アンモニウムなどのハロゲン元素含有鉱化剤とアルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素を含む鉱化剤とを組み合せて用いる場合は、ハロゲン元素含有鉱化剤の使用量を多くすることが好ましい。具体的には、ハロゲン元素含有鉱化剤100質量部に対して、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含む鉱化剤を50〜0.01質量部とすることが好ましく、20〜0.1質量部とすることがより好ましく、5〜0.2質量部とすることがさらに好ましい。アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含む鉱化剤を添加することによって、c軸方向の結晶成長速度に
対するm軸の結晶成長速度比(m軸/c軸)を一段と大きくすることも可能である。
A mineralizer that does not contain a halogen element can be used together with a mineralizer that contains a halogen element. For example, it can be used in combination with an alkali metal amide such as NaNH 2 , KNH 2, or LiNH 2 . When a halogen element-containing mineralizer such as ammonium halide and a mineralizer containing an alkali metal element or an alkaline earth metal element are used in combination, it is preferable to increase the amount of the halogen element-containing mineralizer. Specifically, the mineralizer containing an alkali metal element or alkaline earth metal element is preferably 50 to 0.01 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the halogen element-containing mineralizer. It is more preferable to set it as 1 mass part, and it is further more preferable to set it as 5-0.2 mass part. By adding a mineralizer containing an alkali metal element or an alkaline earth metal element, it is possible to further increase the m-axis crystal growth rate ratio (m-axis / c-axis) with respect to the crystal growth rate in the c-axis direction. is there.

鉱化剤は精製、乾燥してから使用することが好ましい。鉱化剤の純度は、通常95%以上、好ましくは99%以上、より好ましくは99.99%以上である。なお、反応容器にハロゲン化アルミニウム、ハロゲン化リン、ハロゲン化シリコン、ハロゲン化ゲルマニウム、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化ヒ素、ハロゲン化スズ、ハロゲン化アンチモン、ハロゲン化ビスマスなどを存在させておいてもよい。   It is preferable to use the mineralizer after purification and drying. The purity of the mineralizer is usually 95% or more, preferably 99% or more, more preferably 99.99% or more. Note that aluminum halide, phosphorus halide, silicon halide, germanium halide, zinc halide, arsenic halide, tin halide, antimony halide, bismuth halide, and the like may be present in the reaction vessel.

(反応容器)
図1の(a)に示す装置は、耐圧性容器中に内筒として反応容器を備える装置であるが、かかる反応容器は、結晶成長の際の高温高圧条件に耐え得るものの中から選択する。なお、「反応容器」とは、超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒がその内壁面に直接接触し得る状態で周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造を行うための容器を意味し、図1の(b)に示す装置の場合は、耐圧性容器が「反応容器」に該当するものとする。
反応容器は、特表2003−511326号公報(国際公開第01/024921号パンフレット)や特表2007−509507号公報(国際公開第2005/043638号パンフレット)に記載されるように反応容器の外から反応容器とその内容物にかける圧力を調整する機構を備えたものであってもよいし、そのような機構を有さないオートクレーブであってもよい。
反応容器は、耐圧性と耐食性を有する材料で構成されているものが好ましく、特にアンモニア等の溶媒に対する耐食性に優れたNi系の合金、ステライト(デロロ・ステライト・カンパニー・インコーポレーテッドの登録商標)等のCo系合金を用いることが好ましい。より好ましくはNi系の合金であり、具体的には、Inconel625(Inconelはハンティントン アロイズ カナダ リミテッドの登録商標、以下同じ)、Nimonic90(Nimonicはスペシャル メタルズ ウィギン リミテッドの登録商標、以下同じ)、RENE41(Teledyne Allvac,Incの登録商標)、Inconel718(Inconelはハンティントン アロイズ カナダ リミテッドの登録商標)、ハステロイ(Haynes International,Incの登録商標)、ワスパロイ(United Technologies,Inc.の登録商標)が挙げられる。
これらの合金の組成比率は、系内の溶媒の温度や圧力条件、および系内に含まれる鉱化剤及びそれらの反応物との反応性及び/又は酸化力・還元力、pHの条件に従い、適宜選択すればよい。これら耐圧性の反応容器に用いられる合金の耐食性は高いとはいえ、結晶品質に影響を全く及ぼさないほどに高い耐食性を有しているわけではない。これら合金は超臨界溶媒雰囲気、特に鉱化剤を含有するより厳しい腐食環境下においてはNi、Cr、Fe等の成分が溶液中に溶け出し結晶中に取り込まれることとなる。従って、本発明では、これら耐圧性容器の内面腐食を抑制するために、内面を更に耐食性に優れる材料によって直接ライニング又はコーティングする方法や、更に耐食性に優れる材料からなるカプセルを耐圧性容器内に配置する方法などにより反応容器を形成することが好ましい。
(Reaction vessel)
The apparatus shown in (a) of FIG. 1 is an apparatus provided with a reaction vessel as an inner cylinder in a pressure-resistant vessel. Such a reaction vessel is selected from those capable of withstanding high-temperature and high-pressure conditions during crystal growth. The “reaction vessel” means a vessel for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal in a state where a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state can be in direct contact with the inner wall surface thereof. In the case of the apparatus shown in FIG. 1B, the pressure-resistant vessel corresponds to the “reaction vessel”.
The reaction vessel is formed from the outside of the reaction vessel as described in JP-T-2003-511326 (International Publication No. 01/024921 pamphlet) and JP-T-2007-509507 (International Publication No. 2005/043638 pamphlet). It may be provided with a mechanism for adjusting the pressure applied to the reaction vessel and its contents, or may be an autoclave not having such a mechanism.
The reaction vessel is preferably composed of a material having pressure resistance and corrosion resistance, and particularly Ni-based alloy having excellent corrosion resistance against solvents such as ammonia, Stellite (registered trademark of Deloro Stellite Company, Inc.), etc. It is preferable to use a Co-based alloy. More preferably, it is a Ni-based alloy. Specifically, Inconel 625 (Inconel is a registered trademark of Huntington Alloys Canada Limited, the same applies hereinafter), Nimonic 90 (Nimonic is a registered trademark of Special Metals Wiggin Limited, the same applies hereinafter), RENE41 (Teledyne). Allvac, Inc.), Inconel 718 (Inconel is a registered trademark of Huntington Alloys Canada Limited), Hastelloy (registered trademark of Haynes International, Inc.), Waspaloy (registered trademark of United Technologies, Inc.).
The composition ratio of these alloys depends on the temperature and pressure conditions of the solvent in the system, and the reactivity with mineralizers and their reactants contained in the system and / or the oxidizing power / reducing power, pH conditions, What is necessary is just to select suitably. Although the alloys used in these pressure resistant reaction vessels have high corrosion resistance, they do not have such high corrosion resistance that they have no influence on the crystal quality. In these alloys, in a supercritical solvent atmosphere, particularly in a more severe corrosive environment containing a mineralizer, components such as Ni, Cr, and Fe are dissolved in the solution and taken into the crystal. Therefore, in the present invention, in order to suppress inner surface corrosion of these pressure resistant containers, a method of directly lining or coating the inner surface with a material having further excellent corrosion resistance, or a capsule made of a material having further excellent corrosion resistance is disposed in the pressure resistant container. It is preferable to form the reaction vessel by a method for the above.

温度条件は特に限定されないが、反応容器内の温度は、好ましくは500℃以上、より好ましくは515℃以上、さらに好ましくは530℃以上であり、好ましくは700℃以下、より好ましくは650℃以下、さらに好ましくは630℃以下である。
また、原料溶解領域と結晶成長領域に温度差が生じるように設定する場合、原料溶解領域の温度が、結晶成長領域の温度よりも高いことが好ましい。原料溶解領域と結晶成長領域との温度差(|ΔT|)は、好ましくは5℃以上、より好ましくは10℃以上であり、好ましくは100℃以下、より好ましくは80℃以下である。反応容器内の最適な温度や圧力は、結晶成長の際に用いる鉱化剤や添加剤の種類や使用量等によって、適宜決定することができる。
なお、反応容器内の温度は、反応容器の外面に接するように設けられた熱電対、及び/
又は外表面から一定の深さの穴に差し込まれた熱電対によって測定され、反応容器の内部温度へ換算して推定することができる。これら熱電対で測定された温度の平均値をもって平均温度とする。通常は、原料溶解領域の温度と結晶成長領域の温度の平均値を平均温度とし、反応容器内の温度とする。
The temperature condition is not particularly limited, but the temperature in the reaction vessel is preferably 500 ° C. or higher, more preferably 515 ° C. or higher, further preferably 530 ° C. or higher, preferably 700 ° C. or lower, more preferably 650 ° C. or lower, More preferably, it is 630 degrees C or less.
Moreover, when setting so that a temperature difference may arise between a raw material melt | dissolution area | region and a crystal growth area | region, it is preferable that the temperature of a raw material melt | dissolution area | region is higher than the temperature of a crystal growth area | region. The temperature difference (| ΔT |) between the raw material dissolution region and the crystal growth region is preferably 5 ° C. or higher, more preferably 10 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or lower. The optimum temperature and pressure in the reaction vessel can be appropriately determined depending on the type and amount of mineralizer and additive used during crystal growth.
Note that the temperature in the reaction vessel is a thermocouple provided in contact with the outer surface of the reaction vessel, and / or
Alternatively, it can be measured by a thermocouple inserted into a hole having a certain depth from the outer surface, and converted into the internal temperature of the reaction vessel and estimated. The average value of the temperatures measured with these thermocouples is taken as the average temperature. Usually, the average value of the temperature of the raw material melting region and the temperature of the crystal growth region is defined as the average temperature, and the temperature in the reaction vessel.

反応容器内での周期表第13族金属窒化物半導体の成長は、熱電対を有する電気炉等を用いて反応容器を加熱昇温することにより、反応容器内をアンモニア等の溶媒の亜臨界状態又は超臨界状態に保持することにより行われる。加熱の方法、所定の反応温度への昇温速度に付いては特に限定されないが、通常、数時間から数日かけて行われる。必要に応じて、多段階の昇温を行ったり、温度域において昇温スピードを変えたりすることもできる。また、部分的に冷却しながら加熱したりすることもできる。   The growth of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor in the reaction vessel is performed by heating and heating the reaction vessel using an electric furnace or the like having a thermocouple, so that the reaction vessel is subcritical in a solvent such as ammonia. Alternatively, it is carried out by maintaining a supercritical state. The heating method and the rate of temperature increase to a predetermined reaction temperature are not particularly limited, but are usually performed over several hours to several days. If necessary, the temperature can be raised in multiple stages or the temperature raising speed can be changed in the temperature range. It can also be heated while being partially cooled.

超臨界条件では、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の十分な成長速度が得られる。反応時間は、特に鉱化剤の反応性及び熱力学的パラメータ、即ち温度及び圧力の数値に依存する。周期表第13族金属窒化物半導体結晶の合成中或いは成長中の圧力は120MPa以上にすることが好ましく、150MPa以上にすることがより好ましく、180MPa以上にすることがさらに好ましい。また、700MPa以下にすることが好ましく、500MPa以下にすることがより好ましく、350MPa以下にすることがさらに好ましく、300MPa以下にすることが特に好ましい。   Under supercritical conditions, a sufficient growth rate of Group 13 metal nitride semiconductor crystals of the periodic table can be obtained. The reaction time depends in particular on the reactivity of the mineralizer and the thermodynamic parameters, ie temperature and pressure values. The pressure during the synthesis or growth of the Group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table is preferably 120 MPa or more, more preferably 150 MPa or more, and further preferably 180 MPa or more. Also, it is preferably 700 MPa or less, more preferably 500 MPa or less, further preferably 350 MPa or less, and particularly preferably 300 MPa or less.

所定の温度に達した後の反応時間については、窒化物結晶の種類、原料、鉱化剤の種類、製造する結晶の大きさや量によっても異なるが、通常、数時間から数百日とすることができる。反応中、反応温度は一定にしてもよいし、徐々に昇温又は降温させることもできる。   The reaction time after reaching the prescribed temperature depends on the type of nitride crystal, the raw material, the type of mineralizer, and the size and amount of the crystal to be produced, but it is usually several hours to several hundred days. Can do. During the reaction, the reaction temperature may be constant, or the temperature may be gradually raised or lowered.

なお、窒化ガリウムを製造する場合、上記以外の材料、製造条件、製造装置、工程の詳細については特開2009−263229号公報を好ましく参照することができる。該公開公報の開示全体を本明細書に引用して援用する。   In the case of producing gallium nitride, JP 2009-263229 A can be preferably referred to for details of materials, production conditions, production apparatuses, and processes other than those described above. The entire disclosure of this publication is incorporated herein by reference.

1−2.成長工程
1−2−1.成長方法及び結晶成長装置の構成
本発明の製造方法は、周期表第13族金属窒化物半導体結晶を成長させる成長工程(以下、「本発明に係る成長工程」と略す場合がある。)を含むものであるが、成長工程における具体的な成長方法は特に限定されず、ハイドライド気相成長法(HVPE法)、有機金属化学蒸着法(MOCVD法)、有機金属塩化物気相成長法(MOC法)等の気相成長法、フラックス法等の液相成長法、さらには前述のアモノサーマル法等の公知の成長方法を採用しても行うことができる。これらの中でも、HVPE法、フラックス法、アモノサーマル法が好ましく、成長速度が速い観点から、HVPE法を採用することが特に好ましい。
以下、本発明に係る成長工程の詳細を説明するに当たり、HVPE法によってGaN結晶を製造する場合の結晶成長装置の構成について具体例を挙げて説明するが、以下の態様に限定されるものではない。また、アモノサーマル法を採用する場合には、「1−1−2.下地基板の作製方法」で挙げた方法を、成長工程として実施することができる。
1-2. Growth process 1-2-1. Growth Method and Structure of Crystal Growth Apparatus The manufacturing method of the present invention includes a growth process for growing a group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table (hereinafter sometimes abbreviated as “growth process according to the present invention”). However, the specific growth method in the growth process is not particularly limited, and hydride vapor phase growth method (HVPE method), metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), metal organic chloride vapor phase growth method (MOC method), etc. Alternatively, a liquid phase growth method such as a vapor phase growth method or a flux method, or a known growth method such as the above-described ammonothermal method can be employed. Among these, the HVPE method, the flux method, and the ammonothermal method are preferable, and the HVPE method is particularly preferable from the viewpoint of a high growth rate.
Hereinafter, in describing the details of the growth process according to the present invention, the configuration of the crystal growth apparatus in the case of producing a GaN crystal by the HVPE method will be described with a specific example, but is not limited to the following modes. . When the ammonothermal method is employed, the method described in “1-1-2. Method for manufacturing base substrate” can be performed as the growth step.

図2に示される結晶成長装置は、HVPE法に用いられる一般的な装置であり、リアクター(反応容器)100、下地基板を載置するためのサセプター108、周期表第13族金属源等を入れるリザーバー106、リアクター内にガスを導入するための導入管101〜105、排気するための排気管108、リアクターを加熱するためのヒーター107を備えている。なお、導入管の数は、使用するガスの種類に応じて適宜変更してもよい。   The crystal growth apparatus shown in FIG. 2 is a general apparatus used in the HVPE method, and contains a reactor (reaction vessel) 100, a susceptor 108 for placing a base substrate, a periodic table group 13 metal source, and the like. A reservoir 106, introduction pipes 101 to 105 for introducing gas into the reactor, an exhaust pipe 108 for exhausting, and a heater 107 for heating the reactor are provided. In addition, you may change suitably the number of introduction pipes according to the kind of gas to be used.

リアクターの材質は、石英、焼結体窒化ホウ素、ステンレス等が用いられるが、特に石英であることが好ましい。サセプターの材質はカーボンであることが好ましく、特にSiCで表面をコーティングしているものが好ましい。   Quartz, sintered boron nitride, stainless steel and the like are used as the material of the reactor, and quartz is particularly preferable. The material of the susceptor is preferably carbon, and in particular, the one whose surface is coated with SiC is preferable.

本発明に係る成長工程(HVPE法の場合)に使用するガス種は、ガリウム源(周期表第13族金属原料)の塩化ガリウム(GaCl)、窒素原料のアンモニア(NH)、キャリアガス、セパレートガス、ドーパント等が挙げられる。ガリウム源となる塩化ガリウム(GaCl)は、例えばリザーバー106内にガリウム(Ga)を入れ、導入管103から塩化水素(HCl)等のガリウム(Ga)と反応するガスを供給することにより発生させ、供給することができる。リザーバー106内にはガリウム(Ga)のほか、目的に応じてアルミニウム(Al)、インジウム(In)等を入れることもできる。また、導入管103からは塩化水素(HCl)とともにキャリアガスを供給してもよく、キャリアガスとしては水素ガス(H)、窒素ガス(N)、ヘリウムガス(He)、ネオンガス(Ne)、アルゴンガス(Ar)又はこれらの混合ガス等を挙げることができる。窒素原料となるアンモニアガス(NH)、キャリアガス、セパレートガス、ドーパント等は導入管101、102、104、105から供給することが挙げられ、セパレートガスとしては水素ガス(H)、窒素ガス(N)、ヘリウムガス(He)、ネオンガス(Ne)、アルゴンガス(Ar)又はこれらの混合ガス等が、ドーパントガスとしては酸素(O)、水(HO)、シランガス(SiH4)、硫化水素(H2S)等が挙げられる。 Gas types used in the growth process (in the case of the HVPE method) according to the present invention are gallium chloride (GaCl) as a gallium source (group 13 metal raw material), ammonia (NH 3 ) as a nitrogen raw material, carrier gas, and separate. A gas, a dopant, etc. are mentioned. Gallium chloride (GaCl) serving as a gallium source is generated by, for example, putting gallium (Ga) in the reservoir 106 and supplying a gas that reacts with gallium (Ga) such as hydrogen chloride (HCl) from the introduction tube 103. Can be supplied. In addition to gallium (Ga), aluminum (Al), indium (In), or the like can be placed in the reservoir 106 depending on the purpose. Further, a carrier gas may be supplied from the introduction pipe 103 together with hydrogen chloride (HCl). As the carrier gas, hydrogen gas (H 2 ), nitrogen gas (N 2 ), helium gas (He), neon gas (Ne). , Argon gas (Ar), or a mixed gas thereof. Ammonia gas (NH 3 ), carrier gas, separate gas, dopant, and the like, which are nitrogen raw materials, can be supplied from the introduction pipes 101, 102, 104, and 105. Examples of the separate gas include hydrogen gas (H 2 ) and nitrogen gas. (N 2 ), helium gas (He), neon gas (Ne), argon gas (Ar), or a mixed gas thereof is used as a dopant gas, such as oxygen (O 2 ), water (H 2 O), silane gas (SiH 4 ). ), Hydrogen sulfide (H 2 S), and the like.

排気管109は、リアクター100内壁の上面、底面、側面の何れの位置に存在してもよいが、ゴミ落ちの観点から結晶成長端よりも下部にあることが好ましく、図2のようにリアクター底面に設置されていることがより好ましい。   The exhaust pipe 109 may exist at any position on the top surface, bottom surface, and side surface of the inner wall of the reactor 100, but is preferably located below the crystal growth end from the viewpoint of dust removal, and as shown in FIG. It is more preferable that it is installed.

1−2−2.成長条件
以下、HVPE法によってGaN結晶を製造する場合の成長条件について具体例を挙げて説明する。
HVPE法によってGaN結晶を製造する場合、温度条件は通常900〜1200℃の範囲に設定して行われる(温度条件とは、結晶成長が進行する下地基板表面近傍の温度を意図するものであるが、厳密には下地基板を設置するサセプターの温度を意味するものとし、以下「成長部の温度」と略すものとする。)。従って、成長部の温度を昇温することが必要になるが、成長工程において成長部の温度を昇温している状態を「昇温過程」と略して表現するものとする。また、結晶成長を進める上での主条件に設定されている状態を「本成長過程」と略して表現するものとする。さらに周期表第13族金属原料及び窒素原料の両原料の同時供給を行いながら成長部の温度を昇温している状態を「昇温成長過程」と略して表現するものとする(実際に結晶成長が進行しているか否かは問わないものとする。)。なお、「昇温過程」は、周期表第13族金属原料及び窒素原料の両原料の同時供給を行わずに、成長部の温度を昇温している状態を意味し、「昇温成長過程」とは区別して使用するものとする。
本発明に係る成長工程としては、例えば、
(a)昇温過程及び本成長過程を含む成長工程(昇温成長過程は含まない)、
(b)昇温過程、昇温成長過程、及び本成長過程を含む成長工程
が挙げられるが(図3(a)及び(b)を参照)、(b)の昇温過程、昇温成長過程、及び本成長過程を含む成長工程が特に好ましい態様である。
昇温成長過程を含むことによって、下地基板表面上に付着する不純物量を低減して表面エネルギーの低下を抑制するとともに、成長開始時の下地基板温度を比較的低温にすることによって2次元成長を促進させることができ、結果積層欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。以下、本成長過程、昇温過程、昇温成長過程について詳細に説明する。なお、本成長過程において設定する成長部の温度を温度T2と略して表現するものとし、さらに昇温過程と昇温成長過程の両方を含む場合の昇温過程において到達する成長部の
温度を温度T1と略して表現するものとする。
1-2-2. Growth Conditions Hereinafter, the growth conditions for producing a GaN crystal by the HVPE method will be described with specific examples.
When producing a GaN crystal by the HVPE method, the temperature condition is usually set in the range of 900 to 1200 ° C. (The temperature condition is intended to mean the temperature in the vicinity of the surface of the base substrate where crystal growth proceeds. Strictly speaking, it means the temperature of the susceptor on which the base substrate is placed, and is hereinafter abbreviated as “temperature of the growth part”). Therefore, it is necessary to raise the temperature of the growth part, but the state in which the temperature of the growth part is raised in the growth process is abbreviated as “heating process”. In addition, the state set as the main condition for advancing crystal growth is abbreviated as “main growth process”. Further, the state in which the temperature of the growth portion is raised while simultaneously supplying both the Group 13 metal raw material and the nitrogen raw material is abbreviated as “temperature rising growth process” (actually crystalline It doesn't matter whether growth is progressing or not). The “temperature rising process” means a state in which the temperature of the growth part is raised without simultaneously supplying both the group 13 metal material and the nitrogen material. "And shall be used separately.
As the growth process according to the present invention, for example,
(A) Growth process including temperature rising process and main growth process (not including temperature rising growth process),
(B) There are growth processes including a temperature rising process, a temperature rising growth process, and a main growth process (see FIGS. 3A and 3B). , And a growth process including this growth process is a particularly preferable embodiment.
By including the temperature rising growth process, the amount of impurities adhering to the surface of the base substrate is reduced to suppress the decrease in surface energy, and the base substrate temperature at the start of growth is set to a relatively low temperature to achieve two-dimensional growth. As a result, the occurrence of stacking faults can be more effectively suppressed. Hereinafter, the main growth process, the temperature rising process, and the temperature rising growth process will be described in detail. Note that the temperature of the growth part set in the main growth process is abbreviated as temperature T2, and the temperature of the growth part reached in the temperature rising process when both the temperature rising process and the temperature rising growth process are included is expressed as temperature. It will be expressed as T1.

(本成長過程)
本成長過程において設定する成長部の温度T2は、通常900℃以上、好ましくは920℃以上、より好ましくは940℃以上であり、通常1200℃以下、好ましくは1100℃以下、より好ましくは1050℃以下、さらに好ましくは1020℃以下である。上記のような範囲であれば、良質な周期表第13族金属窒化物半導体結晶を効率よく成長させることができる。
本成長過程の圧力(リアクター内の圧力)は、通常10kPa以上、好ましくは30kPa以上、より好ましくは50kPa以上であり、通常200kPa以下、好ましくは150kPa以下、より好ましくは120kPa以下である。
(This growth process)
The temperature T2 of the growth part set in this growth process is usually 900 ° C. or higher, preferably 920 ° C. or higher, more preferably 940 ° C. or higher, and usually 1200 ° C. or lower, preferably 1100 ° C. or lower, more preferably 1050 ° C. or lower. More preferably, it is 1020 ° C. or lower. If it is the above ranges, a good periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal can be grown efficiently.
The pressure during this growth process (pressure in the reactor) is usually 10 kPa or more, preferably 30 kPa or more, more preferably 50 kPa or more, and usually 200 kPa or less, preferably 150 kPa or less, more preferably 120 kPa or less.

本成長過程における周期表第13族金属原料の供給量は、GaClを使用する場合、成長部の圧力1.01×10PaにおけるGaClの分圧として、通常1.20×10Pa以上、好ましくは1.60×10Pa以上、より好ましくは2.00×10Paであり、通常9.00×10Pa以下、好ましくは7.00×10Pa以下、より好ましくは5.00×10Pa以下である。
窒素原料としてNHを使用する場合、成長部の圧力1.01×10PaにおけるNHの分圧として、通常3.5×10Pa以上、好ましくは6.2×10Pa以上、より好ましくは9.3×10Paであり、通常2.7×10Pa以下、好ましくは圧力2.0×10Pa以下、より好ましくは1.2×10Pa以下である。
キャリアガスとして水素(H)を使用する場合、成長部の圧力1.01×10PaにおけるHの分圧として、1.00×10Pa以上、好ましくは5.00×10Pa以上、より好ましくは1.00×10Pa以上である。
The supply amount of the periodic table group 13 metal raw material in this growth process is usually 1.20 × 10 2 Pa or more as a partial pressure of GaCl at a growth portion pressure of 1.01 × 10 5 Pa when using GaCl. Preferably it is 1.60 × 10 2 Pa or more, more preferably 2.00 × 10 2 Pa, usually 9.00 × 10 2 Pa or less, preferably 7.00 × 10 2 Pa or less, more preferably 5. It is 00 × 10 2 Pa or less.
When NH 3 is used as the nitrogen raw material, the partial pressure of NH 3 at the growth portion pressure of 1.01 × 10 5 Pa is usually 3.5 × 10 3 Pa or more, preferably 6.2 × 10 3 Pa or more, More preferably, it is 9.3 × 10 3 Pa, usually 2.7 × 10 4 Pa or less, preferably pressure 2.0 × 10 4 Pa or less, more preferably 1.2 × 10 4 Pa or less.
When hydrogen (H 2 ) is used as the carrier gas, the partial pressure of H 2 at the growth portion pressure of 1.01 × 10 5 Pa is 1.00 × 10 3 Pa or more, preferably 5.00 × 10 3 Pa. Above, more preferably 1.00 × 10 4 Pa or more.

本成長過程における雰囲気ガスについて、全体のガス流量の40体積%以上を窒素等の不活性ガス種とすることが好ましく、全体のガス流量の70体積%以上を不活性ガス種とすることよりが好ましく、90体積%以上を不活性ガス種とすることがより好ましい。
また不活性ガス種の濃度は、成長工程中一定であっても、或いは成長工程中に変更するものであってもよい。但し、不活性ガス種の濃度を変更する場合には、変更時間は1秒以上であることが好ましく、1分以上であることがより好ましく、1時間以上であることが更に好ましい。前記変更は、全ガス種を同時に変更してもよいし、ガス種毎に順次変更してもよい。また、成長工程中の間にガス種を変更せずに一定にしてもよいし、変更してもよく、例えば成長初期の不活性ガスとしてNを用い、本成長は不活性ガスとしてArを用いるといった場合が考えられる。
Regarding the atmospheric gas in this growth process, it is preferable that 40% by volume or more of the total gas flow rate is an inert gas species such as nitrogen, and 70% by volume or more of the total gas flow rate is an inert gas species. Preferably, 90% by volume or more is an inert gas species.
The concentration of the inert gas species may be constant during the growth process or may be changed during the growth process. However, when changing the concentration of the inert gas species, the change time is preferably 1 second or longer, more preferably 1 minute or longer, and even more preferably 1 hour or longer. The change may be made by changing all gas types at the same time or sequentially for each gas type. In addition, the gas species may be constant without changing during the growth process, or may be changed. For example, N 2 is used as an inert gas at the initial stage of growth, and Ar is used as an inert gas in this growth. There are cases.

(昇温過程)
昇温過程及び本成長過程を含む成長工程(昇温成長過程は含まない)の場合、昇温過程において到達する成長部の温度は、前述の本成長過程の設定する成長部の温度T2と同義である。
一方、(b)昇温過程、昇温成長過程、及び本成長過程を含む成長工程の場合、昇温過程において到達する成長部の温度T1は、通常700℃以上、好ましくは750℃以上、より好ましくは790℃以上、さらに好ましくは830℃以上であり、通常950℃以下、好ましくは940℃以下、より好ましくは910℃以下、さらに好ましくは870℃以下である。上記範囲内であると、結晶性の悪い周期表第13族金属窒化物半導体結晶の形成や不純物の付着を抑制して、積層欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。
(Heating process)
In the case of the growth process including the temperature rising process and the main growth process (not including the temperature rising growth process), the temperature of the growth part reached in the temperature rising process is synonymous with the temperature T2 of the growth part set in the above-described main growth process. It is.
On the other hand, in the case of the growth process including (b) the temperature rising process, the temperature rising growth process, and the main growth process, the temperature T1 of the growth portion reached in the temperature rising process is usually 700 ° C. or higher, preferably 750 ° C. or higher. Preferably it is 790 degreeC or more, More preferably, it is 830 degreeC or more, Usually, it is 950 degrees C or less, Preferably it is 940 degrees C or less, More preferably, it is 910 degrees C or less, More preferably, it is 870 degrees C or less. Within the above range, formation of periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystals with poor crystallinity and adhesion of impurities can be suppressed, and the generation of stacking faults can be more effectively suppressed.

昇温過程における昇温速度は、通常5℃/min以上、好ましくは8℃/min以上、より好ましくは12℃/min以上であり、通常20℃/min以下、好ましくは25℃/min以下、より好ましくは30℃/min以下である。上記範囲内であると、結晶性
の悪い周期表第13族金属窒化物半導体結晶の形成や不純物の付着を抑制して、積層欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。
The rate of temperature rise in the temperature raising process is usually 5 ° C./min or more, preferably 8 ° C./min or more, more preferably 12 ° C./min or more, and usually 20 ° C./min or less, preferably 25 ° C./min or less. More preferably, it is 30 ° C./min or less. Within the above range, formation of periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystals with poor crystallinity and adhesion of impurities can be suppressed, and the generation of stacking faults can be more effectively suppressed.

昇温過程における雰囲気ガスの種類は特に限定されないが、水素(H)、アンモニア(NH)、若しくは窒素(N)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)等の不活性ガス種、又はこれらの混合ガスが挙げられる。この中でも、水素(H)、アンモニア(NH)、窒素(N)を含むことが好ましく、アンモニア(NH)および窒素(N)であることがより好ましい。
また、雰囲気ガス中の各ガス濃度も特に限定されないが、不活性ガス種の濃度は、通常10体積%以上、好ましくは20体積%以上、より好ましくは30%体積%以上である。水素(H)の濃度は、通常1体積%以上、好ましくは5体積%以上、より好ましくは8%体積%以上であり、通常90体積%以下、好ましくは80体積%以下、より好ましくは70%体積%以下である。アンモニア(NH)の濃度は、通常5体積%以上、好ましくは10体積%以上、より好ましくは15%体積%以上である。
さらに昇温過程は、密閉系で行われても、或いは雰囲気ガスを逐次導入する流通系で行われてもよいが、雰囲気ガスの条件を制御し易くなる観点から、雰囲気ガスを逐次導入する流通系で行われることが好ましい。
There are no particular limitations on the type of atmospheric gas in the temperature raising process, but hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), nitrogen (N 2 ), helium (He), neon (Ne), argon (Ar), etc. An active gas species or a mixed gas thereof may be used. Among these, hydrogen (H 2), ammonia (NH 3), preferably contains a nitrogen (N 2), more preferably ammonia (NH 3) and nitrogen (N 2).
The concentration of each gas in the atmospheric gas is not particularly limited, but the concentration of the inert gas species is usually 10% by volume or more, preferably 20% by volume or more, more preferably 30% by volume or more. The concentration of hydrogen (H 2 ) is usually 1% by volume or more, preferably 5% by volume or more, more preferably 8% by volume or more, and usually 90% by volume or less, preferably 80% by volume or less, more preferably 70%. % Volume% or less. The concentration of ammonia (NH 3 ) is usually 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more.
Further, the temperature raising process may be performed in a closed system or in a circulation system that sequentially introduces atmospheric gas, but from the viewpoint of easily controlling the conditions of the atmospheric gas, the circulation in which atmospheric gas is sequentially introduced. It is preferred to be carried out in a system.

昇温過程から昇温成長過程又は本成長過程に移行するまでの間に、リアクター内の温度条件等が安定するまで、設定条件を短時間保持するような保持過程が含まれるものであってもよい。例えば、温度T1に達した後、昇温成長過程に移行する前、即ち、周期表第13族金属原料及び窒素原料の両原料の同時供給が始まる前に保持過程が含まれる態様が挙げられる(以下、温度T1に達した後、第13族原料および窒素原料の両方が供給されている状態になるまでの所定の時間を「時間M1」と略す場合がある。)。時間M1は、不純物の付着を低減する観点から極力短い方が好ましいが、製造装置の構造等によって、リアクター内の温度が安定するまでに時間を要する場合もある。従って、M1の具体的な時間は、製造装置の構造等によって適宜設定されるべきものであるが、通常60分以下、好ましくは30分以下、より好ましくは10以下である。上記範囲内であれば、不純物の付着量を低減して、積層欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。   There may be a holding process in which the set conditions are held for a short time until the temperature conditions in the reactor are stabilized during the period from the temperature rising process to the temperature rising growth process or the main growth process. Good. For example, after the temperature T1 is reached, before the transition to the temperature rising growth process, that is, before the simultaneous supply of both raw materials of Group 13 metal raw material and nitrogen raw material starts, a holding process is included ( Hereinafter, after reaching the temperature T1, a predetermined time until both the Group 13 raw material and the nitrogen raw material are supplied may be abbreviated as “time M1”. The time M1 is preferably as short as possible from the viewpoint of reducing the adhesion of impurities, but it may take time for the temperature in the reactor to stabilize depending on the structure of the manufacturing apparatus and the like. Therefore, the specific time of M1 should be appropriately set according to the structure of the manufacturing apparatus and the like, but is usually 60 minutes or less, preferably 30 minutes or less, more preferably 10 or less. If it is in the said range, the adhesion amount of an impurity can be reduced and generation | occurrence | production of a stacking fault can be suppressed more effectively.

(昇温成長過程)
昇温成長過程におけるT2までの昇温速度は、通常5℃/min以上、好ましくは8℃/min以上、より好ましくは11℃/min以上であり、通常30℃/min以下、好ましくは27℃/min以下、より好ましくは24℃/min以下である。上記範囲内であると、結晶性の悪い周期表第13族金属窒化物半導体結晶の形成や不純物の付着を抑制して、積層欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。
(Temperature growth process)
The temperature rising rate up to T2 in the temperature rising growth process is usually 5 ° C./min or more, preferably 8 ° C./min or more, more preferably 11 ° C./min or more, and usually 30 ° C./min or less, preferably 27 ° C. / Min or less, more preferably 24 ° C./min or less. Within the above range, formation of periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystals with poor crystallinity and adhesion of impurities can be suppressed, and the generation of stacking faults can be more effectively suppressed.

昇温過程における周期表第13族金属原料及び窒素原料の供給量は特に限定されないが、周期表第13族金属原料としてGaClを使用する場合、成長部の圧力1.01×10PaにおけるGaClの分圧は、通常1.20×10Pa以上、好ましくは1.60×10Pa以上、より好ましくは2.00×10Paであり、通常9.00×10Pa以下、好ましくは7.00×10Pa以下、より好ましくは5.00×10Pa以下である。
窒素原料としてNHを使用する場合、成長部の圧力1.01×10PaにおけるNHの分圧は、通常3.5×10Pa以上、好ましくは6.2×10Pa以上、より好ましくは9.3×10Paであり、通常2.7×10Pa以下、好ましくは圧力2.0×10Pa以下、より好ましくは1.2×10Pa以下である。
キャリアガスとして水素(H)を使用する場合、成長部の圧力1.01×10PaにおけるHの分圧として、1.00×10Pa以上、好ましくは5.00×10Pa以上、より好ましくは1.00×10Pa以上である。上記範囲内であると、、昇温
成長過程における結晶成長速度を適度な範囲に制御し、積層欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。
The supply amount of the periodic table group 13 metal raw material and the nitrogen raw material in the temperature raising process is not particularly limited, but when using GaCl as the periodic table group 13 metal raw material, GaCl at a growth portion pressure of 1.01 × 10 5 Pa is used. Is usually 1.20 × 10 2 Pa or more, preferably 1.60 × 10 2 Pa or more, more preferably 2.00 × 10 2 Pa, and usually 9.00 × 10 2 Pa or less, preferably Is 7.00 × 10 2 Pa or less, more preferably 5.00 × 10 2 Pa or less.
When NH 3 is used as a nitrogen raw material, the partial pressure of NH 3 at a growth portion pressure of 1.01 × 10 5 Pa is usually 3.5 × 10 3 Pa or more, preferably 6.2 × 10 3 Pa or more, More preferably, it is 9.3 × 10 3 Pa, usually 2.7 × 10 4 Pa or less, preferably pressure 2.0 × 10 4 Pa or less, more preferably 1.2 × 10 4 Pa or less.
When hydrogen (H 2 ) is used as the carrier gas, the partial pressure of H 2 at the growth portion pressure of 1.01 × 10 5 Pa is 1.00 × 10 3 Pa or more, preferably 5.00 × 10 3 Pa. Above, more preferably 1.00 × 10 4 Pa or more. Within the above range, the crystal growth rate in the temperature rising growth process can be controlled to an appropriate range, and the generation of stacking faults can be more effectively suppressed.

昇温成長過程の雰囲気ガスについて、全体のガス流量の40体積%以上を窒素等の不活性ガス種とすることが好ましい。なお、全体のガス流量の70体積%以上を不活性ガス種とすることが好ましく、90%体積%以上を不活性ガス種とすることがより好ましい。全体のガス流量における不活性ガス種の濃度は、反応装置に流通させたすべてのガスの流量の総和に対する反応装置に流通させたすべての不活性ガス種の流量の総和から算出することができる。不活性ガス種の具体的種類も特に限定されず、窒素(N)のほか、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)等も挙げられる。 Regarding the atmospheric gas in the temperature rising growth process, 40% by volume or more of the total gas flow rate is preferably an inert gas species such as nitrogen. Note that 70% by volume or more of the entire gas flow rate is preferably an inert gas species, and 90% by volume or more is more preferably an inert gas species. The concentration of the inert gas species at the total gas flow rate can be calculated from the sum of the flow rates of all the inert gas species circulated through the reaction apparatus with respect to the sum of the flow rates of all the gases circulated through the reaction apparatus. Specific types of the inert gas species are not particularly limited, and examples include nitrogen (N 2 ), helium (He), neon (Ne), and argon (Ar).

成長工程のガス導入に際して、各ガスが所定のガス分圧(ガス流量)に達するまでにかかる時間(以下、ガス導入時間と称する)を、比較的短時間にすることで、初期成長層の表面モフォロジーや成長様式に影響を与え、その後に第13族窒化物層を厚膜化する場合にも、成長方向と成長面との間の異方的な歪みの発生が抑制され、積層欠陥の拡大・伝播を抑制することが可能となるので好ましい。具体的には、10分以下であることが好ましく、5分以下であることがより好ましく、2分以下であることがさらに好ましい。特に、成長工程において、水素ガスを含むキャリアガスを用いる場合に、上述の効果が得やすいため好ましい。   When introducing the gas in the growth process, the time required for each gas to reach a predetermined gas partial pressure (gas flow rate) (hereinafter referred to as gas introduction time) is set to a relatively short time, so that the surface of the initial growth layer Even when the thickness of the group 13 nitride layer is increased after affecting the morphology and growth mode, the generation of anisotropic strain between the growth direction and the growth surface is suppressed, and stacking faults are increased. -It is preferable because propagation can be suppressed. Specifically, it is preferably 10 minutes or less, more preferably 5 minutes or less, and even more preferably 2 minutes or less. In particular, it is preferable to use a carrier gas containing hydrogen gas in the growth step because the above-described effects can be easily obtained.

本発明に係る成長工程は、下地基板を回転させながら実施することが好ましい。下地基板の回転速度は、特に限定されないが、1〜50rpmであることが好ましく、5〜20rpmであることがより好ましい。   The growth process according to the present invention is preferably performed while rotating the base substrate. Although the rotational speed of a base substrate is not specifically limited, It is preferable that it is 1-50 rpm, and it is more preferable that it is 5-20 rpm.

本発明に係る成長工程の成長速度は、通常80μm/h〜300μm/hの範囲であり、100μm/h以上が好ましく、120μm/h以上がより好ましく、150μm/h以上が特に好ましい。   The growth rate of the growth step according to the present invention is usually in the range of 80 μm / h to 300 μm / h, preferably 100 μm / h or more, more preferably 120 μm / h or more, and particularly preferably 150 μm / h or more.

本発明に係る成長工程において成長させる成長層の厚みは、最終的に取得したい周期表第13族金属窒化物半導体結晶のサイズ等に応じて適宜設定することができるが、より厚く成長させるほど本発明の効果をより好適に利用することができる。具体的な厚みとしては、通常100μm以上、好ましくは1mm以上、より好ましくは3mm以上、さらに好ましくは10mm以上であり、通常51mm以下、好ましくは24mm以下、より好ましくは14mm以下である。なお、「厚み」は、下地基板の主面に対して垂直な方向の厚さを意味する。   The thickness of the growth layer grown in the growth process according to the present invention can be appropriately set according to the size of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal to be finally obtained, but the thickness of the growth layer increases as the thickness grows. The effects of the invention can be used more suitably. The specific thickness is usually 100 μm or more, preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more, further preferably 10 mm or more, and is usually 51 mm or less, preferably 24 mm or less, more preferably 14 mm or less. The “thickness” means a thickness in a direction perpendicular to the main surface of the base substrate.

本発明の製造方法には、前述した成長工程のほかに、得られた結晶を下地基板と分離する分離工程、その他スライス工程、表面研磨工程等の公知の処理工程が含まれてもよい。スライス工程としては、具体的にはワイヤースライス、内周刃スライス等が挙げられ、表面研磨工程としては、例えばダイヤモンドやコロイダルシリカ等の砥粒を用いて表面を研磨する操作、CMP(chemical mechanical polishing)、機械研磨後RIEでダメージ層エッチングする操作が挙げられる。また、スライスする面方位は、目的に応じて適宜設定することができるが、C面、A面、M面のそれぞれに対して通常±90°以内、好ましくは±60°以内、より好ましくは±30°以内である。   In addition to the growth step described above, the production method of the present invention may include a known treatment step such as a separation step of separating the obtained crystal from the base substrate, other slicing steps, and a surface polishing step. Specific examples of the slicing step include wire slicing and inner peripheral edge slicing. The surface polishing step includes, for example, an operation of polishing the surface using abrasive grains such as diamond and colloidal silica, and CMP (chemical mechanical polishing). ), An operation of etching the damaged layer by RIE after mechanical polishing. The plane orientation for slicing can be appropriately set according to the purpose, but is usually within ± 90 °, preferably within ± 60 °, more preferably ± with respect to each of the C-plane, A-plane, and M-plane. It is within 30 °.

本発明の製造方法が目的とする周期表第13族金属窒化物半導体結晶は、周期表第13族金属を構成元素として含む窒化物結晶であればその種類は特に限定されないが、GaN、AlN、InN等の1種類の周期表第13族金属を構成元素として含む窒化物のほかに、GaInN、AlGaN等の2種類以上の周期表第13族金属を構成元素として含む混晶も挙げられる。   The type of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal targeted by the production method of the present invention is not particularly limited as long as it is a nitride crystal containing a periodic table group 13 metal as a constituent element, but GaN, AlN, In addition to nitrides containing one kind of periodic table group 13 metal such as InN as constituent elements, mixed crystals containing two or more kinds of periodic table group 13 metals such as GaInN and AlGaN as constituent elements may also be mentioned.

本発明の製造方法によって製造される周期表第13族金属窒化物半導体結晶は、さまざまな用途に用いることができる。特に紫外〜青色の発光ダイオード又は半導体レーザー等の比較的短波長側の発光素子、及び緑色〜赤色の比較的長波長側の発光素子を製造するための半導体基板として、さらに電子デバイス等の半導体デバイスの半導体基板としても有用である。   The periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal produced by the production method of the present invention can be used for various applications. In particular, a semiconductor device such as an electronic device as a semiconductor substrate for manufacturing a relatively short wavelength side light emitting element such as an ultraviolet to blue light emitting diode or a semiconductor laser, and a green to red light emitting element on a relatively long wavelength side It is also useful as a semiconductor substrate.

2.周期表第13族金属窒化物半導体結晶
前述した本発明の製造方法によって、積層欠陥の極めて少ない非極性面又は半極性面を主面とする周期表第13族金属窒化物半導体結晶を効率よく製造することができるが、本発明の製造方法によって製造される周期表第13族金属窒化物半導体結晶の具体的な積層欠陥密度は特に限定されない。但し、本発明の製造方法によって、通常10cm−1以下、好ましくは8cm−1以下、より好ましくは5cm−1以下の周期表第13族金属窒化物半導体結晶を得ることができる。
2. Periodic Table Group 13 Metal Nitride Semiconductor Crystal By the manufacturing method of the present invention described above, a periodic table Group 13 metal nitride semiconductor crystal whose main surface is a nonpolar or semipolar surface with very few stacking faults is efficiently manufactured. However, the specific stacking fault density of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal manufactured by the manufacturing method of the present invention is not particularly limited. However, according to the production method of the present invention, a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal of usually 10 cm −1 or less, preferably 8 cm −1 or less, more preferably 5 cm −1 or less can be obtained.

また、本発明の製造方法によって製造される周期表第13族金属窒化物半導体結晶のその他の物性については特に限定されないが、好ましい物性を以下に説明する。
(キャリア濃度)
周期表第13族金属窒化物半導体結晶のキャリア濃度は、GaN結晶の場合、通常5.0×1017cm−3以上、好ましくは9.0×1017cm−3以上であり、通常1×1019cm−3以下、好ましくは8.0×1018cm−3以下である。
Further, other physical properties of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal manufactured by the manufacturing method of the present invention are not particularly limited, but preferable physical properties will be described below.
(Carrier concentration)
In the case of a GaN crystal, the carrier concentration of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal is usually 5.0 × 10 17 cm −3 or more, preferably 9.0 × 10 17 cm −3 or more, and usually 1 × It is 10 19 cm −3 or less, preferably 8.0 × 10 18 cm −3 or less.

(不純物濃度)
周期表第13族金属窒化物半導体結晶の水素濃度は、通常1.0×1016atoms・cm−3以上、好ましくは5.0×1016atoms・cm−3以上であり、通常1.0×1020atoms・cm−3以下、好ましくは5.0×1019atoms・cm−3以下、より好ましくは3.0×1019atoms・cm−3以下、さらに好ましくは5.0×1018atoms・cm−3以下、特に好ましくは1.0×1018atoms・cm−3以下である。特に、成長工程における成長方法として気相成長法を採用することで1.0×1018atoms・cm−3以下の結晶を得ることができる。前記上限値以下とすると発光特性や電気特性に優れる傾向があり、発光素子等の発光デバイス形成用の下地基板として、またはトランジスタ等のパワーデバイス形成用の下地基板として好適に用いることができる。
周期表第13族金属窒化物半導体結晶の酸素濃度は、通常1.0×1017atoms・cm−3以上、好ましくは2.5×1017atoms・cm−3以上、より好ましくは5.0×1017atoms・cm−3以上であり、通常1.0×1020atoms・cm−3以下、好ましくは5.0×1019atoms・cm−3以下、より好ましくは3.0×1019atoms・cm−3以下である。
周期表第13族金属窒化物半導体結晶のハロゲン濃度は、通常5.0×1018atoms・cm−3以下、好ましくは3.0×1018atoms・cm−3以下、より好ましくは1.0×1018atoms・cm−3以下、さらに好ましくは1.0×1017atoms・cm−3以下、特に好ましくは5.0×1016atoms・cm−3以下である。特に、成長工程における成長方法として気相成長法を採用することで、5.0×1016atoms・cm−3以下の結晶を得ることができる。前記上限値以下とすると発光特性や電気特性に優れる傾向があり、発光素子等の発光デバイス形成用の下地基板として、またはトランジスタ等のパワーデバイス形成用の下地基板として好適に用いることができる。
周期表第13族金属窒化物半導体結晶のアルカリ金属濃度は、通常1.0×1017atoms・cm−3以下、好ましくは1.0×1016atoms・cm−3以下、より好ましくは1.0×1015atoms・cm−3以下である。
周期表第13族金属窒化物半導体結晶の遷移金属濃度は、通常1.0×1017atoms・cm−3以下、好ましくは1.0×1016atoms・cm−3以下、より好ましくは1.0×1015atoms・cm−3以下である。
(Impurity concentration)
The hydrogen concentration of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal is usually 1.0 × 10 16 atoms · cm −3 or more, preferably 5.0 × 10 16 atoms · cm −3 or more, and usually 1.0 × 10 20 atoms · cm −3 or less, preferably 5.0 × 10 19 atoms · cm −3 or less, more preferably 3.0 × 10 19 atoms · cm −3 or less, more preferably 5.0 × 10 18 atoms · cm −3 or less, particularly preferably 1.0 × 10 18 atoms · cm −3 or less. In particular, a crystal of 1.0 × 10 18 atoms · cm −3 or less can be obtained by employing a vapor phase growth method as a growth method in the growth process. If it is not more than the above upper limit value, it tends to be excellent in light emission characteristics and electrical characteristics, and can be suitably used as a base substrate for forming light emitting devices such as light emitting elements or as a base substrate for forming power devices such as transistors.
The oxygen concentration of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal is usually 1.0 × 10 17 atoms · cm −3 or more, preferably 2.5 × 10 17 atoms · cm −3 or more, more preferably 5.0. × 10 17 atoms · cm −3 or more, usually 1.0 × 10 20 atoms · cm −3 or less, preferably 5.0 × 10 19 atoms · cm −3 or less, more preferably 3.0 × 10 19 atoms · cm −3 or less.
The halogen concentration of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal is usually 5.0 × 10 18 atoms · cm −3 or less, preferably 3.0 × 10 18 atoms · cm −3 or less, more preferably 1.0. × 10 18 atoms · cm −3 or less, more preferably 1.0 × 10 17 atoms · cm −3 or less, and particularly preferably 5.0 × 10 16 atoms · cm −3 or less. In particular, by adopting a vapor phase growth method as a growth method in the growth process, a crystal of 5.0 × 10 16 atoms · cm −3 or less can be obtained. If it is not more than the above upper limit value, it tends to be excellent in light emission characteristics and electrical characteristics, and can be suitably used as a base substrate for forming light emitting devices such as light emitting elements or as a base substrate for forming power devices such as transistors.
The alkali metal concentration of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal is usually 1.0 × 10 17 atoms · cm −3 or less, preferably 1.0 × 10 16 atoms · cm −3 or less, more preferably 1. 0 × 10 15 atoms · cm −3 or less.
The transition metal concentration of the group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table is usually 1.0 × 10 17 atoms · cm −3 or less, preferably 1.0 × 10 16 atoms · cm −3 or less, more preferably 1. 0 × 10 15 atoms · cm −3 or less.

(光の吸収係数)
周期表第13族金属窒化物半導体結晶の波長405nmにおける光の吸収係数は、通常5cm−1以下、好ましくは3cm−1以下であり、通常0.01cm−1以上、好ましくは0.1cm−1以上である。
周期表第13族金属窒化物半導体結晶の波長455nmにおける光の吸収係数は、通常3cm−1以下、好ましくは2cm−1以下であり、通常0.01cm−1以上、好ましくは0.1cm−1以上である
(Light absorption coefficient)
The light absorption coefficient of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal at a wavelength of 405 nm is usually 5 cm −1 or less, preferably 3 cm −1 or less, and usually 0.01 cm −1 or more, preferably 0.1 cm −1. That's it.
The light absorption coefficient of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal at a wavelength of 455 nm is usually 3 cm −1 or less, preferably 2 cm −1 or less, and usually 0.01 cm −1 or more, preferably 0.1 cm −1. That's it

(X線回折ピークのロッキングカーブの半値幅)
周期表第13族金属窒化物半導体結晶のX線回折の(100)回折ピークのロッキングカーブの半値幅は、通常50arcsec以下、好ましくは40arcsec以下、より好ましくは35arcsec以下、さらに好ましくは30arcsecである。
(Half width of rocking curve of X-ray diffraction peak)
The full width at half maximum of the rocking curve of the (100) diffraction peak of the X-ray diffraction of the Group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table is usually 50 arcsec or less, preferably 40 arcsec or less, more preferably 35 arcsec or less, and further preferably 30 arcsec.

(曲率半径)
周期表第13族金属窒化物半導体結晶の曲率半径は、通常5m以上、好ましくは7m以上、より好ましくは10m以上であり、通常100m以下である。
(curvature radius)
The curvature radius of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal is usually 5 m or more, preferably 7 m or more, more preferably 10 m or more, and usually 100 m or less.

(積層欠陥密度)
周期表第13族金属窒化物半導体結晶の積層欠陥密度は、通常10cm−1以下、好ましくは5cm−1以下、より好ましく1cm−1以下である。
なお、積層欠陥密度は、カソードルミネッセンス法(SEM−CL法)によって測定できるほか、低温PL測定によって見積もることができる。
(Stacking fault density)
The stacking fault density of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal is usually 10 cm −1 or less, preferably 5 cm −1 or less, more preferably 1 cm −1 or less.
The stacking fault density can be measured by a cathodoluminescence method (SEM-CL method) or can be estimated by a low temperature PL measurement.

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below.

<実施例1>
[下地基板の準備]
本実施例では、図1に示すような反応装置を用いて窒化物結晶を成長させた。
(1)ニッケル基合金製のオートクレーブ1を耐圧容器として用い、Pt−Ir製カプセル20を反応容器として下地基板を得るための結晶成長を行なった。
原料8として多結晶GaN粒子をカプセル下部領域(原料溶解領域9)内に設置し鉱化剤として高純度のNHFをカプセル内に投入した。さらに下部の原料溶解領域9と上部の結晶成長領域6の間には白金製のバッフル板5を設置した。種結晶7として、HVPE法で得られた直径50mmのC面基板を、白金製のワイヤーとシード支持枠を用いて吊るし、カプセル上部の結晶成長領域6に設置した。種結晶7の主面(−C面)表面にはCMP仕上げされた領域を一部露出させ、横方向成長によりM面が広がるように結晶成長させた。
(2)カプセル20の上部にPt−Ir製のキャップを溶接により接続したのち、カプセル下部を液体窒素で冷却し、バルブを開け外気に触れることなくHIを充填した。次いで、カプセルをNHガスラインに接続し、外気に触れることなくNHを充填した。流量制御に基づき、NHをカプセルの有効容積の約55%に相当する液体として充填(−33℃のNH密度で換算)した後、再びバルブを閉じた。その後、キャップ上部のチューブを溶接機により封じ切った。なお、カプセル中に導入されたF濃度はNHに対して0
.5mol%、I濃度は2.0mol%であった。
(3)カプセルをオートクレーブに挿入し、オートクレーブを密封した。
(4)バルブを開けて真空脱気し、真空状態を維持しながらオートクレーブ1をドライアイスメタノール溶媒によって冷却し、導管をNHボンベ12に通じて外気に触れることなくNHをオートクレーブ1に充填した。NHをオートクレーブ1の有効容積(オートクレーブ容積−充填物容積)の約56%に相当する液体として充填(−33℃のNH密度で換算)した後、再びバルブ10を閉じた。
(5)オートクレーブ1を複数に分割されたヒーターで構成された電気炉内に収納した。オートクレーブ内部の平均温度が600℃、内部の温度差が20℃になるようにオートクレーブ外面温度で制御しながら昇温し、設定温度に達した後、その温度にて30日間保持した。オートクレーブ内の圧力は215MPaであった。また保持中のオートクレーブ外面制御温度のバラツキは±0.3℃以下であった。
(6)オートクレーブ1を冷却しながら、オートクレーブに付属したバルブ10を開放し、オートクレーブ内のNHを取り除いた。この時、オートクレーブとカプセルとの圧力差を利用しカプセルを割り、カプセル内に充填したNHも取り除いた。
(7)オートクレーブ1を計量しNHの排出を確認した後、オートクレーブの蓋を開け、カプセル20を取り出し、更に内部の結晶を取り出した。種結晶上に窒化ガリウム結晶が成長しており、c軸厚みは7mmであった。
上記窒化ガリウム結晶より、C軸に沿ってM面を主面とする窒化ガリウムウエハを複数切り出すことができた。このウエハをM主面の表裏と4側面をエッチングしてダメージを除去し、更にM主面の表裏をミラー研磨した。得られた両面研磨結晶のX線回折測定を行い、結晶系は六方晶系で立方晶GaNは含まれていないことが確認された。続いてその他の物性について分析評価を行った。結果を表1に記載する。
<Example 1>
[Preparation of base substrate]
In this example, a nitride crystal was grown using a reactor as shown in FIG.
(1) Using the nickel-based alloy autoclave 1 as a pressure vessel, Pt-Ir capsules 20 were used as reaction vessels to perform crystal growth for obtaining a base substrate.
Polycrystalline GaN particles were placed in the capsule lower region (raw material dissolution region 9) as the raw material 8, and high-purity NH 4 F was charged into the capsule as a mineralizer. Further, a platinum baffle plate 5 was installed between the lower raw material dissolution region 9 and the upper crystal growth region 6. A C-plane substrate having a diameter of 50 mm obtained by the HVPE method was suspended as a seed crystal 7 using a platinum wire and a seed support frame, and was placed in the crystal growth region 6 above the capsule. A part of the CMP-finished region was exposed on the main surface (-C plane) surface of the seed crystal 7, and the crystal was grown so that the M-plane was expanded by lateral growth.
(2) After a cap made of Pt—Ir was connected to the upper part of the capsule 20 by welding, the lower part of the capsule was cooled with liquid nitrogen, and the valve was opened and filled with HI without touching the outside air. The capsule was then connected to an NH 3 gas line and filled with NH 3 without touching the outside air. Based on the flow rate control, NH 3 was filled as a liquid corresponding to about 55% of the effective volume of the capsule (in terms of NH 3 density at −33 ° C.), and then the valve was closed again. Thereafter, the tube at the top of the cap was sealed with a welder. Note that the concentration of F introduced into the capsule is 0 with respect to NH 3 .
. 5 mol% and I concentration were 2.0 mol%.
(3) The capsule was inserted into the autoclave and the autoclave was sealed.
(4) Open the valve, vacuum deaerate, cool the autoclave 1 with dry ice methanol solvent while maintaining the vacuum state, and fill the autoclave 1 with NH 3 through the NH 3 cylinder 12 without touching the outside air did. The NH 3 effective volume of the autoclave 1 - after (converted at NH 3 density of -33 ° C.) filling the corresponding liquid to approximately 56% of (autoclave volume filling volume), closed valve 10 again.
(5) The autoclave 1 was stored in an electric furnace composed of a plurality of heaters. The temperature was raised while controlling the autoclave outer surface temperature so that the average temperature inside the autoclave was 600 ° C. and the internal temperature difference was 20 ° C. After reaching the set temperature, the temperature was maintained for 30 days. The pressure in the autoclave was 215 MPa. Further, the variation in the control temperature of the outer surface of the autoclave during the holding was ± 0.3 ° C. or less.
(6) While the autoclave 1 was cooled, the valve 10 attached to the autoclave was opened, and NH 3 in the autoclave was removed. At this time, the capsule was divided using the pressure difference between the autoclave and the capsule, and NH 3 filled in the capsule was also removed.
(7) The autoclave 1 was weighed to confirm the discharge of NH 3 , the autoclave lid was opened, the capsule 20 was taken out, and the crystals inside were taken out. A gallium nitride crystal was grown on the seed crystal, and the c-axis thickness was 7 mm.
From the gallium nitride crystal, a plurality of gallium nitride wafers having the M surface as the main surface along the C axis could be cut out. The wafer was etched on the front and back sides and four side surfaces of the M main surface to remove damage, and the front and back surfaces of the M main surface were mirror-polished. The obtained double-side polished crystal was subjected to X-ray diffraction measurement, and it was confirmed that the crystal system was hexagonal and cubic GaN was not contained. Subsequently, other physical properties were analyzed and evaluated. The results are listed in Table 1.

[下地基板の主面上にホモ成長させる成長工程]
前述のように作製したM面を主面とする長辺35mm×短辺7mm、厚み330umのウエハを下地基板とし、鉱化剤をF濃度0.5mol%、I濃度1.5mol%、育成日数を20日とした。下地基板は、M面方向へホモ成長させるため主面(M面)全面をCMP仕上げした。その他は前述の[下地基板の準備]と同じ方法で結晶成長を行った。
取り出した結晶を観察したところ、M面を主面とする窒化ガリウム結晶が成長しており、そのサイズはc軸10mm×a軸40mm×m軸6mmであった。
続いて得られた窒化ガリウム結晶をM主面として複数切り出し、M主面の表裏と4側面をエッチングしてダメージを除去し、更にM主面の表裏をミラー研磨した。得られた両面研磨結晶のX線回折測定を行い、結晶系は六方晶系で立方晶GaNは含まれていないことが確認された。続いてその他の物性について分析評価を行った。結果を表2に記載する。積層欠陥が無いM面結晶が得られた。
[Growth process for homo-growth on the main surface of the underlying substrate]
A wafer having a long side of 35 mm × short side of 7 mm and a thickness of 330 μm, which is prepared as described above, is a base substrate. The mineralizer is an F concentration of 0.5 mol%, an I concentration of 1.5 mol%, and the number of growing days. Was 20 days. The base substrate was subjected to CMP finishing on the entire main surface (M surface) in order to perform homo-growth in the M surface direction. Other than that, crystal growth was performed in the same manner as in [Preparation of base substrate] described above.
When the extracted crystal was observed, a gallium nitride crystal having an M plane as a main surface was grown, and the size was c-axis 10 mm × a-axis 40 mm × m-axis 6 mm.
Subsequently, a plurality of the obtained gallium nitride crystals were cut out as the M main surface, the front and back surfaces and the four side surfaces of the M main surface were etched to remove damage, and the front and back surfaces of the M main surface were mirror-polished. The obtained double-side polished crystal was subjected to X-ray diffraction measurement, and it was confirmed that the crystal system was hexagonal and cubic GaN was not contained. Subsequently, other physical properties were analyzed and evaluated. The results are listed in Table 2. An M-plane crystal free from stacking faults was obtained.

<実施例2>
[下地基板の主面上にホモ成長させる成長工程]
実施例1「下地基板の主面上にホモ成長させる工程」で得られたM面基板を下地基板として用い、鉱化剤をF濃度0.5mol%、I濃度1.5mol%とした他は前述の[下地基板の準備]と同じ方法で結晶成長を行った。
取り出した結晶を観察したところ、M面を主面とする窒化ガリウム結晶が成長しており、そのサイズはc軸10mm×a軸40mm×m軸6mmであった。
続いて得られた窒化ガリウム結晶を実施例1と同様にM主面の表裏をミラー研磨した。得られた両面研磨結晶のX線回折測定を行い、結晶系は六方晶系で立方晶GaNは含まれていないことが確認された。続いてその他の物性について分析評価を行った。結果を表2に記載する。積層欠陥が無いM面結晶が得られた。
<Example 2>
[Growth process for homo-growth on the main surface of the underlying substrate]
Example 1 except that the M-plane substrate obtained in “Step of homo-growing on the main surface of the base substrate” was used as the base substrate, and the mineralizer was made an F concentration of 0.5 mol% and an I concentration of 1.5 mol%. Crystal growth was performed in the same manner as in [Preparation of base substrate] described above.
When the extracted crystal was observed, a gallium nitride crystal having an M plane as a main surface was grown, and the size was c-axis 10 mm × a-axis 40 mm × m-axis 6 mm.
Subsequently, the obtained gallium nitride crystal was mirror-polished in the same manner as in Example 1 on both sides of the M main surface. The obtained double-side polished crystal was subjected to X-ray diffraction measurement, and it was confirmed that the crystal system was hexagonal and cubic GaN was not contained. Subsequently, other physical properties were analyzed and evaluated. The results are listed in Table 2. An M-plane crystal free from stacking faults was obtained.

<実施例3>
[下地基板の主面上にホモ成長させる成長工程]
実施例1「下地基板の主面上にホモ成長させる工程」で得られた長辺17mm×短辺8mmの四角形、および330μmの厚さを有する単結晶GaNを下地基板として準備した。なお、下地基板の主面は(10−10)面から[0001]方向に−2°、[−12−10]方向に0°のオフ角を有する面である。
図2に示すようなHVPE装置を用い、準備した単結晶GaN下地基板を、サセプター108(基板ホルダー110)上に置き、反応室の温度を850℃まで上げ、15分間保持した。その後、周期表第13族金属原料であるGaClと窒素原料であるNHを主面方向から供給し、成長温度950℃(昇温速度:21℃/min)まで昇温して、該温度に到達後GaNを30時間成長させた。この成長工程においては成長圧力を1.01×10Paとし、GaClガスの分圧を3.54×10Paとし、NHガスの分圧を1.13×10Paとし、全体のガス流量中の不活性ガス(N)の割合を48体積%とした。成長工程が終了後室温まで降温し、GaN結晶を得た。
<Example 3>
[Growth process for homo-growth on the main surface of the underlying substrate]
A single crystal GaN having a long side of 17 mm × a short side of 8 mm and a thickness of 330 μm obtained in Example 1 “Process for Homo Growth on the Main Surface of the Base Substrate” was prepared as a base substrate. The main surface of the base substrate is a surface having an off angle of −2 ° in the [0001] direction and 0 ° in the [-12-10] direction from the (10-10) plane.
Using the HVPE apparatus as shown in FIG. 2, the prepared single crystal GaN base substrate was placed on the susceptor 108 (substrate holder 110), the temperature of the reaction chamber was raised to 850 ° C., and held for 15 minutes. Thereafter, GaCl which is a Group 13 metal raw material and NH 3 which is a nitrogen raw material are supplied from the main surface direction, and the temperature is raised to a growth temperature of 950 ° C. (temperature increase rate: 21 ° C./min). After reaching, GaN was grown for 30 hours. In this growth process, the growth pressure is 1.01 × 10 5 Pa, the partial pressure of GaCl gas is 3.54 × 10 2 Pa, the partial pressure of NH 3 gas is 1.13 × 10 4 Pa, The ratio of inert gas (N 2 ) in the gas flow rate was 48% by volume. After the growth process was completed, the temperature was lowered to room temperature to obtain a GaN crystal.

得られたGaN単結晶のm軸方向の膜厚は約0.8mmであった。
得られたGaN結晶の転位密度をas−grownの状態で3kV、100pA、1000倍視野でカソードルミネッセンス(CL)観察にて評価した。CL観察にて結晶内の転位を暗点密度より算出したところ、9.4×10cm−2であった。
次に得られたGaNバルク結晶の積層欠陥密度をas−grownの状態で、5kV、500pA、200倍視野で低温カソードルミネッセンス(LTCL)観察にて評価した。LTCL観察像のC面と平行方向に存在する横線が積層欠陥であるが、観測されなかった。続いてその他の物性について分析評価を行った。結果を表2に記載する。積層欠陥が無いM面結晶が得られた。
The film thickness in the m-axis direction of the obtained GaN single crystal was about 0.8 mm.
The dislocation density of the obtained GaN crystal was evaluated by cathodoluminescence (CL) observation in a 3 kV, 100 pA, 1000-fold field in an as-grown state. It was 9.4 * 10 < 5 > cm <-2 > when the dislocation within a crystal | crystallization was computed from the dark spot density by CL observation.
Next, the stacking fault density of the obtained GaN bulk crystal was evaluated by low-temperature cathodoluminescence (LTCL) observation in an as-grown state at 5 kV, 500 pA, and 200-fold field of view. The horizontal line existing in the direction parallel to the C-plane of the LTCL observation image is a stacking fault, but was not observed. Subsequently, other physical properties were analyzed and evaluated. The results are listed in Table 2. An M-plane crystal free from stacking faults was obtained.

<比較例1>
[下地基板の準備]
サファイア基板上に有機金属化学堆積(MOCVD)法により窒化ガリウム(GaN)を成長した、ノンドープで主面をC面とするGaNテンプレートを準備し、テンプレート上にSiのマスクを形成し、マスクの開口部を通じるエピタキシャル横方向過度成長でC面−GaN層を成長させて、種基板を準備した。
次いで、図2に示すようなHVPE装置を用い、種基板のC面−GaN層が上面に露出するようにサセプター108上に配置した。このときのガス導入管104の先端と下地基板の距離は、9cmとした。その後、反応室の温度を1010℃まで上げ、GaN単結晶を成長させた。この成長工程においては成長圧力を1.01×10Paとし、GaClガスの分圧を6.55×10Paとし、NHガスの分圧を7.58×10Paとした。成長時間は64時間とした。
成長終了後、室温まで降温し、GaN単結晶を得た。種基板上に厚さが8.3mmであって主面がC面であるGaN単結晶(以下、C面−GaN単結晶と称する)が得られた。C面−GaN単結晶の厚みと成長時間から成長速度を算出したところ、130μm/hであった。
<Comparative Example 1>
[Preparation of base substrate]
A non-doped GaN template having a C-plane principal surface is prepared by growing gallium nitride (GaN) on a sapphire substrate by metal organic chemical deposition (MOCVD), and a Si 3 N 4 mask is formed on the template. A C-plane-GaN layer was grown by epitaxial lateral overgrowth through the mask opening to prepare a seed substrate.
Next, the HVPE apparatus as shown in FIG. 2 was used to place the seed substrate on the susceptor 108 so that the C-plane-GaN layer of the seed substrate was exposed on the upper surface. At this time, the distance between the tip of the gas introduction tube 104 and the base substrate was 9 cm. Thereafter, the temperature of the reaction chamber was raised to 1010 ° C. to grow a GaN single crystal. In this growth step, the growth pressure was 1.01 × 10 5 Pa, the partial pressure of GaCl gas was 6.55 × 10 2 Pa, and the partial pressure of NH 3 gas was 7.58 × 10 3 Pa. The growth time was 64 hours.
After the growth was completed, the temperature was lowered to room temperature to obtain a GaN single crystal. A GaN single crystal having a thickness of 8.3 mm and a principal surface being a C plane (hereinafter referred to as C plane-GaN single crystal) was obtained on the seed substrate. When the growth rate was calculated from the thickness of the C-plane GaN single crystal and the growth time, it was 130 μm / h.

得られた結晶から、主面として、(10−10)面から[0001]方向に−2°、
[−12−10]方向に0°のオフ角を有する面となる様に、スライスを行い、小片基板を複数枚得た。これらの中から、長辺50mm×短辺5mmの四角形、および330μmの厚さを有する単結晶GaN(自立)を、下地基板として準備した。
得られた両面研磨結晶のX線回折測定を行い、結晶系は六方晶系で立方晶GaNは含まれていないことが確認された。続いてその他の物性について分析評価を行った。結果を表1に記載する。
From the obtained crystal, as the main surface, -2 ° in the [0001] direction from the (10-10) plane,
Slicing was performed so that a surface having an off angle of 0 ° in the [-12-10] direction was obtained to obtain a plurality of small-sized substrates. Among these, a single crystal GaN (self-supporting) having a square of 50 mm long side × 5 mm short side and a thickness of 330 μm was prepared as a base substrate.
The obtained double-side polished crystal was subjected to X-ray diffraction measurement, and it was confirmed that the crystal system was hexagonal and cubic GaN was not contained. Subsequently, other physical properties were analyzed and evaluated. The results are listed in Table 1.

[下地基板の主面上にホモ成長させる成長工程]
得られた下地基板を、図2に示すようなHVPE装置のサセプター108(基板ホルダー110)上に置き、反応室の温度を850℃まで上げ、15分間保持した。その後、周期表第13族金属原料であるGaClと窒素原料であるNHを主面方向から供給し、成長温度950℃(昇温速度:21℃/min)まで昇温して、該温度に到達後GaNを30時間成長させた。この成長工程においては成長圧力を1.01×10Paとし、GaClガスの分圧を3.54×10Paとし、NHガスの分圧を1.13×10Paとし全体のガス流量中の不活性ガス(N)の割合を48体積%とした。成長工程が終了後室温まで降温し、GaN結晶を得た。
[Growth process for homo-growth on the main surface of the underlying substrate]
The obtained base substrate was placed on the susceptor 108 (substrate holder 110) of the HVPE apparatus as shown in FIG. 2, and the temperature of the reaction chamber was raised to 850 ° C. and held for 15 minutes. Thereafter, GaCl which is a Group 13 metal raw material and NH 3 which is a nitrogen raw material are supplied from the main surface direction, and the temperature is raised to a growth temperature of 950 ° C. (temperature increase rate: 21 ° C./min). After reaching, GaN was grown for 30 hours. In this growth process, the growth pressure is set to 1.01 × 10 5 Pa, the partial pressure of GaCl gas is set to 3.54 × 10 2 Pa, the partial pressure of NH 3 gas is set to 1.13 × 10 4 Pa, and the entire gas is supplied. The ratio of inert gas (N 2 ) in the flow rate was 48% by volume. After the growth process was completed, the temperature was lowered to room temperature to obtain a GaN crystal.

得られたGaN単結晶のm軸方向の膜厚は約0.8mmであった。
得られたGaN結晶の転位密度をas−grownの状態で3kV、100pA、1000倍視野でカソードルミネッセンス(CL)観察にて評価した。CL観察にて結晶内の転位を暗点密度より算出したところ、1.5×10cm−2であった。
次に得られたGaNバルク結晶の積層欠陥密度をas−grownの状態で、5kV、500pA、200倍視野で低温カソードルミネッセンス(LTCL)観察にて評価した。
LTCL観察像のC面と平行方向に存在する横線が積層欠陥であり、積層欠陥密度は1.5×10cm−1であった。
The film thickness in the m-axis direction of the obtained GaN single crystal was about 0.8 mm.
The dislocation density of the obtained GaN crystal was evaluated by cathodoluminescence (CL) observation in a 3 kV, 100 pA, 1000-fold field in an as-grown state. It was 1.5 * 10 < 6 > cm <-2> when the dislocation in a crystal | crystallization was computed from the dark spot density by CL observation.
Next, the stacking fault density of the obtained GaN bulk crystal was evaluated by low-temperature cathodoluminescence (LTCL) observation in an as-grown state at 5 kV, 500 pA, and 200-fold field of view.
The horizontal line existing in the direction parallel to the C-plane of the LTCL observation image was a stacking fault, and the stacking fault density was 1.5 × 10 2 cm −1 .

<比較例2>
[下地基板の準備]
比較例1の[下地基板の準備]と同じ方法で得られた結晶から、主面として、(10−10)面から[0001]方向に0°、[−12−10]方向に0°のオフ角を有する面となる様に、スライスを行い、小片基板を複数枚得た。続いてM主面の表裏と4側面をエッチングしてダメージを除去し、更にM主面の表裏をミラー研磨した。得られた両面研磨結晶のX線回折測定を行い、結晶系は六方晶系で立方晶GaNは含まれていないことが確認された。続いてその他の物性について分析評価を行った。結果を表1に記載する。
<Comparative example 2>
[Preparation of base substrate]
From the crystal obtained by the same method as [Preparation of base substrate] in Comparative Example 1, the main surface is 0 ° in the [0001] direction and 0 ° in the [-12-10] direction from the (10-10) plane. Slicing was performed so that the surface had an off angle, and a plurality of small-sized substrates were obtained. Subsequently, the front and back and the four side surfaces of the M main surface were etched to remove damage, and the front and back of the M main surface were mirror-polished. The obtained double-side polished crystal was subjected to X-ray diffraction measurement, and it was confirmed that the crystal system was hexagonal and cubic GaN was not contained. Subsequently, other physical properties were analyzed and evaluated. The results are listed in Table 1.

[下地基板の主面上にホモ成長させる成長工程]
前述のように作製した下地基板の中から長辺20mm×短辺10mmの四角形、および330μmの厚さを有する単結晶GaNを下地基板7とし、鉱化剤をF濃度0.2mol%、I濃度1.5mol%、育成日数を9.1日とした他は実施例1の[下地基板の準備]と同じ方法で結晶成長を行った。
取り出した結晶を観察したところ、M面を主面とする窒化ガリウム結晶が成長しており、そのサイズはc軸11mm×a軸20mm×m軸1.8mmであった。
続いて得られた窒化ガリウム結晶をm主面として複数切り出し、M主面の表裏と4側面をエッチングしてダメージを除去し、更にM主面の表裏をミラー研磨した。得られた両面研磨基板のX線回折測定を行い、結晶系は六方晶系で立方晶GaNは含まれていないことが確認された。続いてその他の物性について分析評価を行った。結果を表2に記載する。積層欠陥密度は1.0×10cm−1であった。
[Growth process for homo-growth on the main surface of the underlying substrate]
Single-crystal GaN having a long side of 20 mm × short side of 10 mm square and a thickness of 330 μm is used as the base substrate 7 from the base substrate manufactured as described above, and the mineralizer is F concentration 0.2 mol% and I concentration. Crystal growth was performed in the same manner as in [Preparation of base substrate] in Example 1 except that 1.5 mol% and the number of days for growth were set to 9.1 days.
When the extracted crystal was observed, a gallium nitride crystal having an M-plane as a main surface was grown, and the size was c-axis 11 mm × a-axis 20 mm × m-axis 1.8 mm.
Subsequently, a plurality of the obtained gallium nitride crystals were cut out as an m main surface, the front and back surfaces and the four side surfaces of the M main surface were etched to remove damage, and the front and back surfaces of the M main surface were mirror-polished. X-ray diffraction measurement was performed on the obtained double-side polished substrate, and it was confirmed that the crystal system was hexagonal and cubic GaN was not included. Subsequently, other physical properties were analyzed and evaluated. The results are listed in Table 2. The stacking fault density was 1.0 × 10 2 cm −1 .

<比較例3>
[下地基板の準備]
比較例1の[下地基板の主面上にホモ成長させる成長工程]で得られた結晶から、主面として、(10−10)面から[0001]方向に0°、[−12−10]方向に0°のオフ角を有する面となる様に、スライスを行い、小片基板を複数枚得た。続いてM主面の表裏と4側面をエッチングしてダメージを除去し、更にM主面の表裏をミラー研磨した。得られた両面研磨基板のX線回折測定を行い、結晶系は六方晶系で立方晶GaNは含まれていないことが確認された。続いてその他の物性について分析評価を行った。結果を表1に記載する。
<Comparative Example 3>
[Preparation of base substrate]
From the crystal obtained in the [growth step of homo-growing on the main surface of the base substrate] of Comparative Example 1, as the main surface, 0 ° in the [0001] direction from the (10-10) plane, [-12-10] Slicing was performed so that a surface having an off angle of 0 ° in the direction was obtained, thereby obtaining a plurality of small piece substrates. Subsequently, the front and back and the four side surfaces of the M main surface were etched to remove damage, and the front and back of the M main surface were mirror-polished. X-ray diffraction measurement was performed on the obtained double-side polished substrate, and it was confirmed that the crystal system was hexagonal and cubic GaN was not included. Subsequently, other physical properties were analyzed and evaluated. The results are listed in Table 1.

[下地基板の主面上にホモ成長させる成長工程]
前述のように作製した下地基板の中から長辺14mm×短辺10mmの四角形、および330μmの厚さを有する単結晶GaNを下地基板7とし、鉱化剤をF濃度0.5mol%、I濃度1.5mol%、育成日数を12日とした他は実施例1の[下地基板の準備]と同じ方法で結晶成長を行った。
取り出した結晶を観察したところ、M面を主面とする窒化ガリウム結晶が成長しており、そのサイズはc軸10mm×a軸14mm×m軸2mmであった。
続いて得られた窒化ガリウム結晶をM主面として複数切り出し、M主面の表裏と4側面をエッチングしてダメージを除去し、更にm主面の表裏をミラー研磨した。得られた両面研磨結晶のX線回折測定を行い、結晶系は六方晶系で立方晶GaNは含まれていないことが確認された。続いてその他の物性について分析評価を行った。結果を表2に記載する。積層欠陥密度は1.5×10cm−1であった。
[Growth process for homo-growth on the main surface of the underlying substrate]
A single crystal GaN having a long side of 14 mm × a short side of 10 mm and a single crystal GaN having a thickness of 330 μm is used as the base substrate 7 from the base substrate manufactured as described above, and the mineralizer is F concentration 0.5 mol% and I concentration. Crystal growth was performed in the same manner as in [Preparation of base substrate] in Example 1, except that 1.5 mol% and the number of days for growth were 12 days.
When the extracted crystal was observed, a gallium nitride crystal having an M-plane as a main surface was grown, and the size was c-axis 10 mm × a-axis 14 mm × m-axis 2 mm.
Subsequently, a plurality of the obtained gallium nitride crystals were cut out as the M main surface, the front and back surfaces and the four side surfaces of the M main surface were etched to remove damage, and the front and back surfaces of the m main surface were mirror-polished. The obtained double-side polished crystal was subjected to X-ray diffraction measurement, and it was confirmed that the crystal system was hexagonal and cubic GaN was not contained. Subsequently, other physical properties were analyzed and evaluated. The results are listed in Table 2. The stacking fault density was 1.5 × 10 2 cm −1 .

<参考例1>
実施例1と同じ方法で得られたM面結晶から切り出したM面基板(実施例2,3で使用した下地基板と同じ方法で作ったM面基板)の格子面間隔の伸縮Δd/daveは2.0×10−6、M面主面における転位密度は0〜1×10個/cmであった。なお、格子面間隔(Δd)はXRDを用いて(30−30)面を測定し、測定範囲はc軸方向へ4mm、測定間隔は0.1mmで合計40点の測定データから格子面間隔の伸縮(Δd/dave)を算出した。転位密度はSEM−CLにより測定した。
<Reference Example 1>
Expansion and contraction Δd / d ave of the lattice spacing of the M-plane substrate cut out from the M-plane crystal obtained by the same method as in Example 1 (M-plane substrate made by the same method as the base substrate used in Examples 2 and 3) Was 2.0 × 10 −6 , and the dislocation density in the M-plane principal surface was 0 to 1 × 10 3 pieces / cm 2 . Note that the lattice spacing (Δd) is measured by measuring the (30-30) plane using XRD, the measurement range is 4 mm in the c-axis direction, the measurement interval is 0.1 mm, and the lattice spacing is calculated from 40 points in total. Expansion (Δd / d ave ) was calculated. The dislocation density was measured by SEM-CL.

<参考例2>
比較例1、2で使用した下地基板と同じ方法で作ったM面基板の格子面間隔の伸縮Δd/daveは3.0×10−5、M面主面における転位密度は1〜5×10個/cmであった。なお、格子面間隔(Δd)はXRDを用いて(30−30)面を測定し、測定範囲はc軸方向へ4mm、測定間隔は0.1mmで合計40点の測定データから格子面間隔の伸縮(Δd/dave)を算出した。転位密度はSEM−CLにより測定した。
<Reference Example 2>
The expansion and contraction Δd / d ave of the lattice spacing of the M-plane substrate made by the same method as the base substrate used in Comparative Examples 1 and 2 is 3.0 × 10 −5 , and the dislocation density in the M-plane main surface is 1 to 5 ×. 10 6 pieces / cm 2 . Note that the lattice spacing (Δd) is measured by measuring the (30-30) plane using XRD, the measurement range is 4 mm in the c-axis direction, the measurement interval is 0.1 mm, and the lattice spacing is calculated from 40 points in total. Expansion (Δd / d ave ) was calculated. The dislocation density was measured by SEM-CL.

1 耐圧性容器(オートクレーブ)
2 耐圧性容器の内部
3 ライニング
4 ライニング内面
5 バッフル板
6 結晶成長領域
7 種結晶
8 原料
9 原料溶解領域
10 バルブ
11 真空ポンプ
12 アンモニア(NH)ボンベ
13 窒素(N)ボンベ
14 マスフローメーター
20 反応容器
21 反応容器内部
100 リアクター(反応容器)
101〜105 導入管
106 リザーバー
107 ヒーター
108 サセプター
109 排気管
110 基板ホルダー
1 Pressure resistant container (autoclave)
2 pressure vessel internal 3 lining 4 lining the inner surface 5 baffle plate 6 crystal growth region 7 seed crystal 8 material 9 Raw material region 10 valve 11 vacuum pump 12 ammonia (NH 3) gas cylinder 13 of nitrogen (N 2) gas cylinder 14 mass flow meters 20 Reaction vessel 21 100 inside reaction vessel Reactor (reaction vessel)
101 to 105 Introduction pipe 106 Reservoir 107 Heater 108 Susceptor 109 Exhaust pipe 110 Substrate holder

Claims (9)

非極性面又は半極性面を主面とする周期表第13族金属窒化物半導体下地基板上に、周期表第13族金属窒化物半導体結晶を成長させる成長工程を含む周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法であって、
前記下地基板が、超臨界状態及び/又は亜臨界状態の溶媒存在下で結晶成長させて得られる周期表第13族金属窒化物半導体結晶であることを特徴とする、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
A periodic table group 13 metal nitride semiconductor including a growth step of growing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal on a periodic table group 13 metal nitride semiconductor base substrate having a nonpolar plane or a semipolar plane as a main surface A method for producing a semiconductor crystal comprising:
The periodic substrate group 13 metal nitride semiconductor crystal, wherein the base substrate is a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal obtained by crystal growth in the presence of a solvent in a supercritical state and / or a subcritical state. Of manufacturing a semiconductor crystal.
前記下地基板が、下記(a)〜(d)の条件を少なくとも1つを満たす結晶である、請求項1に記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
(a)水素濃度が1.0×1017atoms・cm−3以上。
(b)酸素濃度が1.0×1017〜1.0×1020atoms・cm−3
(c)アルカリ金属濃度が1.0×1017atoms・cm−3以下。
(d)キャリア濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm−3
2. The method for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to claim 1, wherein the base substrate is a crystal satisfying at least one of the following conditions (a) to (d).
(A) The hydrogen concentration is 1.0 × 10 17 atoms · cm −3 or more.
(B) Oxygen concentration is 1.0 * 10 < 17 > -1.0 * 10 < 20 > atoms * cm < -3 >.
(C) Alkali metal concentration is 1.0 × 10 17 atoms · cm −3 or less.
(D) Carrier concentration is 1.0 * 10 < 17 > -1.0 * 10 < 19 > cm < -3 >.
前記下地基板が、3100〜3200cm−1に赤外線吸収ピークを有する結晶である、請求項1又は2に記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。 The manufacturing method of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal of Claim 1 or 2 whose said base substrate is a crystal | crystallization which has an infrared absorption peak in 3100-3200cm < -1 >. 前記下地基板が、波長405nmにおける光の吸収係数が1.0〜30cm−1の結晶である、請求項1〜3の何れか1項に記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。 The production of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein the base substrate is a crystal having a light absorption coefficient of 1.0 to 30 cm -1 at a wavelength of 405 nm. Method. 前記下地基板が、波長445nmにおける光の吸収係数が0.5〜5cm−1の結晶である、請求項1〜4の何れか1項に記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。 The production of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein the base substrate is a crystal having a light absorption coefficient of 0.5 to 5 cm -1 at a wavelength of 445 nm. Method. 前記下地基板が、主面における基底面転位密度が1.0×10cm−2以下の結晶である、請求項1〜5の何れか1項に記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。 6. The periodic table group 13 metal nitride semiconductor according to claim 1, wherein the base substrate is a crystal having a basal plane dislocation density of 1.0 × 10 5 cm −2 or less on a main surface. Crystal production method. 前記下地基板が、積層欠陥密度10cm−1以下の結晶である、請求項1〜6の何れか1項に記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。 The method for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to claim 1 , wherein the base substrate is a crystal having a stacking fault density of 10 cm −1 or less. 前記成長工程が、気相成長法によって周期表第13族金属窒化物半導体結晶を成長させる工程である、請求項1〜7の何れか1項に記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。 The periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to any one of claims 1 to 7, wherein the growth step is a step of growing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal by a vapor phase growth method. Manufacturing method. 請求項1〜8の何れか1項に記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法によって製造されたことを特徴とする周期表第13族金属窒化物半導体結晶。 A periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal produced by the method for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to any one of claims 1 to 8.
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