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JP2018119171A - Polycrystal group iii nitride target and method for manufacturing the same - Google Patents

Polycrystal group iii nitride target and method for manufacturing the same Download PDF

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JP2018119171A JP2017009664A JP2017009664A JP2018119171A JP 2018119171 A JP2018119171 A JP 2018119171A JP 2017009664 A JP2017009664 A JP 2017009664A JP 2017009664 A JP2017009664 A JP 2017009664A JP 2018119171 A JP2018119171 A JP 2018119171A
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丈洋 吉田
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Masatomo Shibata
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a group III nitride polycrystal target having a high bulk density (a relative density), a high film deposition rate and high in-plane uniformity of raw material discharge.SOLUTION: A group III nitride polycrystal target 100 is formed of a group III nitride polycrystal and has a relative density of 98% or more to the theoretical density of group III nitride. The polycrystal preferably has a columnar structure 120, an orientation rate of 40% or more and an orientation [11-20] or [0002] as a crystal orientation having the highest peak intensity obtained by the 2θ/θ measurement of X ray diffraction. A method for manufacturing the group III nitride polycrystal target 100 comprises the steps of: preparing a base substrate and growing a group III nitride polycrystal right on the base substrate by hydride vapor phase deposition.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、多結晶III族窒化物ターゲットおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a polycrystalline group III nitride target and a method for manufacturing the same.

窒化ガリウム(GaN)等のIII族窒化物半導体は、光デバイス、電子デバイス等の半導体装置の材料として有用である。III族窒化物を、スパッタリング等で堆積させて成膜する技術が検討されており、このためのターゲットが提案されている。   Group III nitride semiconductors such as gallium nitride (GaN) are useful as materials for semiconductor devices such as optical devices and electronic devices. A technique for forming a film by depositing group III nitride by sputtering or the like has been studied, and a target for this purpose has been proposed.

例えば特許文献1に、GaN粉末を焼結させたスパッタリングターゲットが提案されている。しかしながら、焼結によるターゲットは、焼結粒子間に隙間が存在するため、嵩密度(相対密度)を高めることが難しい。   For example, Patent Document 1 proposes a sputtering target obtained by sintering GaN powder. However, it is difficult to increase the bulk density (relative density) of the sintered target because there are gaps between the sintered particles.

特開2012−144424号公報JP 2012-144424 A

本発明の一目的は、嵩密度(相対密度)の高い多結晶III族窒化物ターゲットを提供することである。   One object of the present invention is to provide a polycrystalline group III nitride target having a high bulk density (relative density).

本発明の一態様によれば、
多結晶のIII族窒化物で構成され、前記III族窒化物の理論密度に対する相対密度が、98%以上である多結晶III族窒化物ターゲット
が提供される。
According to one aspect of the invention,
There is provided a polycrystalline group III nitride target composed of polycrystalline group III nitride and having a relative density of 98% or more with respect to the theoretical density of the group III nitride.

本発明の他の態様によれば、
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上の直上に、ハイドライド気相堆積により多結晶III族窒化物を成長させる工程と、
を有する多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法
が提供される。
According to another aspect of the invention,
Preparing a base substrate;
Growing polycrystalline III-nitride by hydride vapor deposition directly on the underlying substrate;
A method for producing a polycrystalline group III-nitride target having the following is provided:

嵩密度(相対密度)の高い多結晶III族窒化物ターゲットが提供される。   A polycrystalline III-nitride target with high bulk density (relative density) is provided.

図1は、本発明の一実施形態による多結晶III族窒化物ターゲットを示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a polycrystalline group III nitride target according to an embodiment of the present invention. 図2は、実施形態による多結晶III族窒化物ターゲットを用いた成膜の状況を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a film formation state using the polycrystalline group III nitride target according to the embodiment. 図3(a)〜図3(c)は、実施形態による多結晶III族窒化物ターゲットの製造工程を示す概略断面図である。FIG. 3A to FIG. 3C are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the polycrystalline group III nitride target according to the embodiment. 図4(a)および図4(b)は、それぞれ、実験例の第1実験による多結晶GaN試料の上面および断面のEBSD像である。FIGS. 4A and 4B are EBSD images of a top surface and a cross section of a polycrystalline GaN sample according to the first experiment of the experimental example, respectively. 図5(a)〜図5(c)は、それぞれ、実験例の第2実験によるPG上試料、可撓性グラファイト上試料、−c面GaN上試料に対するX線回折の2θ/θ測定結果を示すグラフである。FIGS. 5A to 5C show X-ray diffraction 2θ / θ measurement results for the sample on PG, the sample on flexible graphite, and the sample on -c plane GaN, respectively, in the second experiment of the experimental example. It is a graph to show.

本発明の一実施形態による多結晶III族窒化物ターゲット100(以下、ターゲット100)について説明する。   A polycrystalline group III nitride target 100 (hereinafter, target 100) according to an embodiment of the present invention will be described.

まず、ターゲット100の特徴について例示的に説明する。比較対象として、焼結により製造された多結晶III族窒化物ターゲット(以下、焼結ターゲット)を例示しつつ説明を進める。図1は、ターゲット100を示す概略断面図である。   First, the features of the target 100 will be exemplarily described. As a comparison object, description will be given while illustrating a polycrystalline group III nitride target (hereinafter, sintered target) manufactured by sintering. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the target 100.

ターゲット100は、多結晶のIII族窒化物で構成されている。ターゲット100を構成するIII族窒化物は、例えば窒化ガリウム(GaN)であるが、GaNに限定されず、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、窒化インジウム(InN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)等のIII族窒化物、すなわち、AlInGa1−x−yN(0≦x+y≦1)の組成式で表されるIII族窒化物であってよい。 The target 100 is made of polycrystalline group III nitride. The group III nitride constituting the target 100 is, for example, gallium nitride (GaN), but is not limited to GaN. For example, aluminum nitride (AlN), aluminum gallium nitride (AlGaN), indium nitride (InN), indium nitride Group III nitrides such as gallium (InGaN) and aluminum indium gallium nitride (AlInGaN), that is, group III nitrides represented by a composition formula of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x + y ≦ 1) It may be.

ターゲット100は、III族窒化物膜を成膜するための原料を放出する部材として用いられる。ターゲット100を用いて実施される成膜方法は、例えばスパッタリングであるが、その他の成膜方法、例えばパルスレーザ堆積(PLD)等であってもよい。   The target 100 is used as a member that releases a raw material for forming a group III nitride film. The film forming method performed using the target 100 is, for example, sputtering, but other film forming methods, for example, pulse laser deposition (PLD) may be used.

ターゲット100は、ターゲット面を有する。ターゲット面は、エネルギが与えられることで原料が放出される(飛散される)面である。例えば、成膜方法がスパッタリングであるとき、ターゲット面は、スパッタリングガスのイオンを衝突させる面である。図1に例示するターゲット100は、平板形状を有し、一対の主面101、102を有する。少なくとも一方の主面101が、ターゲット面として用いられる。以下の「ターゲット100」の説明や「ターゲット100の使用態様」の説明では、一例として、一方の主面101を「ターゲット面101」と呼ぶこととする。図1は、ターゲット面101と直交する断面を示す。   The target 100 has a target surface. The target surface is a surface from which the material is released (scattered) when energy is applied. For example, when the film forming method is sputtering, the target surface is a surface on which ions of the sputtering gas collide. A target 100 illustrated in FIG. 1 has a flat plate shape and includes a pair of main surfaces 101 and 102. At least one main surface 101 is used as a target surface. In the following description of “target 100” and “use mode of target 100”, one main surface 101 is referred to as “target surface 101” as an example. FIG. 1 shows a cross section orthogonal to the target surface 101.

ターゲット100は、ハイドライド気相堆積(HVPD:Hydride Vapor Phase Deposition)により一体的に成長された多結晶により構成されている。HVPDでの成長において多結晶が堆積する方向、つまり多結晶の厚さ方向を、単に、成長方向と呼ぶことがある。   The target 100 is composed of polycrystals grown integrally by hydride vapor phase deposition (HVPD). The direction in which polycrystals are deposited in the growth by HVPD, that is, the thickness direction of the polycrystals may be simply referred to as the growth direction.

ターゲット100は、HVPDで形成されていることで、多結晶組織中に、焼結ターゲットの多結晶組織中に見られるような隙間(焼結粒子間の隙間)を有さず、焼結ターゲットと比べて高い嵩密度を有している。   Since the target 100 is formed of HVPD, the polycrystalline structure does not have a gap (gap between sintered particles) as seen in the polycrystalline structure of the sintered target. Compared with a higher bulk density.

ターゲット100の嵩密度が高いことは、例えば、ターゲット100を用いた成膜において成膜速度を高める観点から好ましく、また例えば、ターゲット面101内の空隙を減らして原料放出の面内均一性を高める観点から好ましい。   A high bulk density of the target 100 is preferable, for example, from the viewpoint of increasing the film formation speed in film formation using the target 100. For example, the in-plane uniformity of the material discharge is increased by reducing the voids in the target surface 101. It is preferable from the viewpoint.

ターゲット100は、ターゲット100を構成するIII族窒化物の理論密度に対する相対密度が、98%以上であることが好ましく、99%以上であることがより好ましい。なお、相対密度の上限値は、特に制限されず、最大値である100%であってもよい。相対密度は、アルキメデス法で測定されたターゲット100の嵩密度を、ターゲット100を構成するIII族窒化物の理論密度で除して百分率で表した値である。   The target 100 preferably has a relative density with respect to the theoretical density of the group III nitride constituting the target 100 of 98% or more, and more preferably 99% or more. The upper limit value of the relative density is not particularly limited, and may be 100% which is the maximum value. The relative density is a value expressed as a percentage by dividing the bulk density of the target 100 measured by the Archimedes method by the theoretical density of the group III nitride constituting the target 100.

例えば、GaNで構成されたターゲット100は、GaNの理論密度6.09g/cmに対して、5.97g/cm以上の嵩密度(相対密度98%以上)を有することが好ましく、6.03g/cm以上の嵩密度(相対密度99%以上)を有することがより好ましい。なお、本願発明者は、HVPDで成長させた多結晶GaNとして、例えば嵩密度6.04g/cm(相対密度99.2%)のもの等が得られることを確認している。 For example, the target 100 made of GaN preferably has a bulk density of 5.97 g / cm 3 or more (relative density of 98% or more) with respect to a theoretical density of GaN of 6.09 g / cm 3 . It is more preferable to have a bulk density of 03 g / cm 3 or more (relative density of 99% or more). The inventor of the present application has confirmed that, for example, a polycrystalline GaN grown by HVPD has a bulk density of 6.04 g / cm 3 (relative density 99.2%).

ターゲット100の多結晶は、柱状組織120を有する。柱状組織120は、柱状結晶粒121を有する。HVPDにおいて成長方向に粒界が生じにくいことで、成長方向に長い柱状結晶粒121が形成される。これに対し、焼結ターゲットの多結晶は、粉末の集合体として構成されているため、柱状組織を有しない。   The polycrystal of the target 100 has a columnar structure 120. The columnar structure 120 has columnar crystal grains 121. In HVPD, since a grain boundary is hardly generated in the growth direction, columnar crystal grains 121 that are long in the growth direction are formed. On the other hand, the polycrystal of the sintered target is configured as an aggregate of powders and therefore does not have a columnar structure.

図1に例示するターゲット100は、ターゲット面101が、成長方向と直交する面として構成されている。「成長方向と直交する面」とは、当該面の法線方向と成長方向とのなす角が0°に近く、例えば±10°以内である面をいう。柱状結晶粒121の成長方向の寸法(以下、長さと呼ぶ)は、例えば、ターゲット100の厚さの70%以上である。柱状結晶粒121の長さは、ターゲット100の厚さの100%であってもよい。つまり、柱状結晶粒121は、ターゲット100の一方の主面101から他方の主面102まで貫通していてもよい。   In the target 100 illustrated in FIG. 1, the target surface 101 is configured as a surface orthogonal to the growth direction. “A plane perpendicular to the growth direction” refers to a plane in which the angle between the normal direction of the plane and the growth direction is close to 0 °, for example, within ± 10 °. The dimension in the growth direction of the columnar crystal grains 121 (hereinafter referred to as length) is, for example, 70% or more of the thickness of the target 100. The length of the columnar crystal grains 121 may be 100% of the thickness of the target 100. That is, the columnar crystal grains 121 may penetrate from one main surface 101 of the target 100 to the other main surface 102.

ターゲット100の多結晶は、六方晶の結晶粒を有し、成長方向と直交する面内に分布する結晶粒の、成長方向を向いた結晶方位が、無配向な多結晶つまり粉末状の多結晶と比べて、特定の方位に多くなっている。つまり、成長方向と直交する面内で、配向が概ね揃っている。このため、ターゲット面101内で配向が揃ったターゲット100を用いて成膜を行うことが好ましい場合は、ターゲット面101を、成長方向と直交する面として構成するとよい。これに対し、焼結ターゲットの多結晶は、粉末状の多結晶と同様な配向を有するとみなせることから、無配向といえる。   The polycrystal of the target 100 has hexagonal crystal grains, and the crystal grains distributed in a plane perpendicular to the growth direction are non-oriented polycrystals, that is, powder-like polycrystals with the crystal orientation facing the growth direction. Compared to, there are more in a specific orientation. That is, the orientation is generally uniform in a plane orthogonal to the growth direction. For this reason, when it is preferable to form a film using the target 100 having a uniform orientation in the target surface 101, the target surface 101 may be configured as a surface orthogonal to the growth direction. On the other hand, the polycrystal of the sintered target can be regarded as non-oriented because it can be regarded as having the same orientation as that of the powdery polycrystal.

多結晶が特定の結晶方位に配向している度合いは、詳細は後述するように、配向率により表すことができる。六方晶のIII族窒化物で構成された無配向な多結晶の配向率は、高々33%程度と見積もられる。ターゲット100を構成する多結晶の配向率は、無配向な多結晶の配向率よりも高く、(例えば)40%以上である。つまり、ターゲット100を構成する多結晶は、配向率が(例えば)40%以上である特定の結晶方位を有する。   The degree of orientation of the polycrystal in a specific crystal orientation can be expressed by an orientation rate as will be described in detail later. The orientation ratio of non-oriented polycrystal composed of hexagonal group III nitride is estimated to be about 33% at most. The orientation ratio of the polycrystal that constitutes the target 100 is higher than the orientation ratio of the non-oriented polycrystal and is 40% or more (for example). That is, the polycrystal constituting the target 100 has a specific crystal orientation in which the orientation rate is (for example) 40% or more.

このような特定の結晶方位を、高配向結晶方位と呼ぶこととする。高配向結晶方位は、ターゲット100の製造条件により制御することができ、例えば[11−20]方位とすることができ、また例えば[0002]方位とすることができる。高配向結晶方位を、矢印122で表す。   Such a specific crystal orientation is referred to as a highly oriented crystal orientation. The highly oriented crystal orientation can be controlled by the manufacturing conditions of the target 100, and can be, for example, [11-20] orientation, and can be, for example, [0002] orientation. The highly oriented crystal orientation is represented by arrow 122.

ターゲット面101は、算術平均表面粗さRaが例えば5μm以下の、表面平滑性の高い面として構成されていることが好ましい。表面平滑性を得るための加工方法としては、例えば、研削、研磨、放電加工等が挙げられる。ターゲット面101の表面平滑性は、必要に応じて適宜調整することができ、ターゲット面101は、鏡面加工されていてもよい。   The target surface 101 is preferably configured as a surface with high surface smoothness having an arithmetic average surface roughness Ra of, for example, 5 μm or less. Examples of the processing method for obtaining the surface smoothness include grinding, polishing, and electric discharge machining. The surface smoothness of the target surface 101 can be appropriately adjusted as necessary, and the target surface 101 may be mirror-finished.

ターゲット100の平面形状は、例えば円形状であるが、円形状に限定されず、その他の形状、例えば四角形状であってもよい。ターゲット100の大きさ(平面視上の寸法)は、特に限定されず、必要に応じて適宜調整することができる。ターゲット100の厚さは、特に限定されず、必要に応じて適宜調整することができるが、成膜に繰り返し使用される観点からは薄すぎないことがよく、例えば、1mm以上が好ましく、2mm以上がより好ましい。ターゲット100の大きさ、厚さ、および形状の一例を挙げると、直径が102mm(4インチ)で厚さが2mmの円板状である。なお、ターゲット100の形状は、平板形状であることが必須ではなく、必要に応じてその他の形状としてもよい。   The planar shape of the target 100 is, for example, a circular shape, but is not limited to a circular shape, and may be another shape, for example, a rectangular shape. The size (dimension in plan view) of the target 100 is not particularly limited and can be adjusted as necessary. The thickness of the target 100 is not particularly limited and can be appropriately adjusted as necessary. However, it is preferably not too thin from the viewpoint of being repeatedly used for film formation, and is preferably 1 mm or more, for example, 2 mm or more. Is more preferable. An example of the size, thickness, and shape of the target 100 is a disk shape having a diameter of 102 mm (4 inches) and a thickness of 2 mm. Note that the shape of the target 100 is not necessarily a flat plate shape, and may be other shapes as necessary.

次に、ターゲット100の使用態様について例示的に説明する。図2は、ターゲット100を用いた成膜の状況を示す概略図である。   Next, an example of how the target 100 is used will be described. FIG. 2 is a schematic diagram showing the state of film formation using the target 100.

ターゲット100は、成膜装置200内に配置される。保持部材210が、ターゲット面101が露出した状態で、ターゲット100を保持する。保持部材210にターゲット100が保持された構造を、ターゲット構造211と呼んでもよい。原料放出装置220が、ターゲット面101にエネルギを与えて、ターゲット面101から、III族窒化物膜240を成膜するための原料130を放出させる(飛散させる)。例えば、成膜方法がスパッタリングであるとき、保持部材210は、バッキングプレートであり、原料放出装置220は、スパッタリングガスに高電圧を印加しイオン化させたスパッタリングガスをターゲット面101に衝突させる電圧印加装置を含む。   The target 100 is disposed in the film forming apparatus 200. The holding member 210 holds the target 100 with the target surface 101 exposed. A structure in which the target 100 is held by the holding member 210 may be called a target structure 211. The material release device 220 applies energy to the target surface 101 to release (scatter) the material 130 for forming the group III nitride film 240 from the target surface 101. For example, when the film forming method is sputtering, the holding member 210 is a backing plate, and the raw material discharge device 220 applies a high voltage to the sputtering gas and collides the ionized sputtering gas with the target surface 101. including.

ターゲット面101から放出された原料130が、成膜のための下地基板230上に堆積して、III族窒化物膜240が形成される。なお、III族窒化物膜240を形成するための原料として、ターゲット100から放出される原料130に加えて、他の原料を併用してもよい。なお、導電型決定不純物元素が結晶粒内に添加されたターゲット100を用いることで、ターゲット100から導電型決定不純物元素が供給されるようにしてもよい。   The source material 130 released from the target surface 101 is deposited on the base substrate 230 for film formation, and a group III nitride film 240 is formed. In addition to the raw material 130 emitted from the target 100, other raw materials may be used in combination as a raw material for forming the group III nitride film 240. Note that the conductivity determining impurity element may be supplied from the target 100 by using the target 100 to which the conductivity determining impurity element is added in the crystal grains.

次に、ターゲット100の製造方法について例示的に説明する。図3(a)〜図3(c)は、ターゲット100の製造工程を示す概略断面図である。   Next, an exemplary method for manufacturing the target 100 will be described. FIG. 3A to FIG. 3C are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the target 100.

図3(a)を参照する。まず、多結晶III族窒化物20(以下、多結晶20)を成長させるための下地基板10(以下、基板10)を準備する。基板10の材料としては、例えば、パイロリティックグラファイト(PG)、可撓性グラファイト、金属、III族窒化物、ムライト等が挙げられる。   Reference is made to FIG. First, a base substrate 10 (hereinafter referred to as substrate 10) for growing polycrystalline group III nitride 20 (hereinafter referred to as polycrystalline 20) is prepared. Examples of the material of the substrate 10 include pyrolytic graphite (PG), flexible graphite, metal, group III nitride, and mullite.

これらの材料は、基板10上への多結晶20の成長後に冷却を行う際、基板10と多結晶20との線膨張係数差(熱収縮率差)により多結晶20に発生する応力(基板10から多結晶20に掛かる応力)に起因して多結晶20が割れることを抑制する観点で、好ましい。   When these materials are cooled after the growth of the polycrystal 20 on the substrate 10, the stress (the substrate 10) generated in the polycrystal 20 due to a difference in linear expansion coefficient (difference in thermal shrinkage) between the substrate 10 and the polycrystal 20. From the viewpoint of suppressing the polycrystal 20 from cracking due to the stress applied to the polycrystal 20.

PGを用いる場合、過剰な応力により多結晶20が割れる前に、PGの最表面層が犠牲層となって剥離する。つまり、多結晶20が、PGの最表面層とともに基板10から剥離される。これにより、基板10から多結晶20に応力が掛からないようにできる。なお、このような基材10の材料として、PG以外に、パイロリティック窒化ホウ素(PBN)、雲母等を用いてもよい。   When PG is used, before the polycrystal 20 is cracked due to excessive stress, the outermost surface layer of PG is peeled off as a sacrificial layer. That is, the polycrystal 20 is peeled from the substrate 10 together with the outermost surface layer of PG. As a result, no stress is applied from the substrate 10 to the polycrystal 20. In addition to PG, pyrolytic boron nitride (PBN), mica, or the like may be used as the material of the base material 10.

可撓性グラファイトは、膨張グラファイトを用いて形成された材料であり、可撓性、柔軟性、圧縮復元性等を有し、例えば、厚さ1mm以下の可撓性グラファイトシートの形態で使用される。可撓性グラファイトとしては、例えば、東洋炭素株式会社製のパーマフォイル(登録商標)、グラフテック・インターナショナル・ホールディングス・インコーポレーテッド製のグラフォイル(登録商標)等が挙げられる。なお、可撓性グラファイトと比べて、PGは、可撓性を有しない材料である。可撓性グラファイトを用いる場合、可撓性グラファイトの弾性により、基板10から多結晶20に掛かる応力が低減される。   Flexible graphite is a material formed using expanded graphite, has flexibility, softness, compression recovery, etc., and is used, for example, in the form of a flexible graphite sheet having a thickness of 1 mm or less. The Examples of the flexible graphite include Permafoil (registered trademark) manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd., Grafoil (registered trademark) manufactured by Graphtec International Holdings, Inc., and the like. In addition, compared with flexible graphite, PG is a material that does not have flexibility. In the case of using flexible graphite, the stress applied to the polycrystal 20 from the substrate 10 is reduced by the elasticity of the flexible graphite.

金属としては、例えば、高融点を有しHVPDの成長環境に耐えられるものとして、タングステン(W)、モリブデン(Mo)等が挙げられる。金属を用いる場合、金属の弾性により、基板10から多結晶20に掛かる応力が低減される。   Examples of the metal include tungsten (W) and molybdenum (Mo), which have a high melting point and can withstand the growth environment of HVPD. When a metal is used, the stress applied to the polycrystal 20 from the substrate 10 is reduced due to the elasticity of the metal.

III族窒化物としては、例えば、単結晶のIII族窒化物が挙げられる。基板10と多結晶20の熱収縮率差を抑制するために、多結晶20と同組成であることが好ましい。III族窒化物を用いる場合、基板10と多結晶20の線膨張係数が近いことで、基板10から多結晶20に掛かる応力が抑制される。   Examples of the group III nitride include a single crystal group III nitride. In order to suppress the difference in thermal shrinkage between the substrate 10 and the polycrystal 20, the same composition as that of the polycrystal 20 is preferable. When the group III nitride is used, the stress applied from the substrate 10 to the polycrystal 20 is suppressed because the linear expansion coefficients of the substrate 10 and the polycrystal 20 are close.

ムライトを用いる場合、基板10と多結晶20の線膨張係数が近いことで、基板10から多結晶20に掛かる応力が抑制される。   When mullite is used, the stress applied from the substrate 10 to the polycrystal 20 is suppressed because the linear expansion coefficients of the substrate 10 and the polycrystal 20 are close.

上述のような材料を用いた基板10は、主面11内での配向が、当該材料の有する結晶性に応じて、揃っている。   The substrate 10 using the material as described above is aligned in the main surface 11 according to the crystallinity of the material.

図3(b)を参照する。基板10を、HVPD装置に搬入する。基板10上に、III族原料ガスおよび窒素原料ガスを供給することで、多結晶20を成長させる。   Reference is made to FIG. The substrate 10 is carried into the HVPD device. By supplying a group III source gas and a nitrogen source gas on the substrate 10, the polycrystal 20 is grown.

III族原料ガスおよび窒素原料ガスとしては、それぞれ、HVPDで用いられる原料ガスを、適宜用いることができる。III族原料ガスのうち、アルミニウム(Al)原料ガスとしては、例えば三塩化アルミニウム(AlCl)ガスが用いられ、ガリウム(Ga)原料ガスとしては、例えば塩化ガリウム(GaCl)ガスが用いられ、インジウム(In)原料ガスとしては、例えば三塩化インジウム(InCl)ガスが用いられる。窒素原料ガスとしては、例えばアンモニア(NH)ガスが用いられる。Al原料ガス、Ga原料ガス、および、In原料ガスの供給比率を適宜調整することで、ターゲット100のIII族元素組成を所望の組成にできる。なお、キャリアガスとしては、例えば窒素ガス(Nガス)が用いられる。成長条件は、例えば、圧力は500Torr(約66661Pa)〜760Torr(約101325Pa、常圧)、V/III比は10以下、成長温度は900℃〜1200℃である。なお、本実施形態では、多結晶を成長させればよいため、単結晶を成長させる場合と比べて成長条件の許容範囲が広く、成長条件は、必要に応じ適宜選択してよい。 As the group III source gas and the nitrogen source gas, source gases used in HVPD can be appropriately used. Among group III source gases, for example, aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas is used as the aluminum (Al) source gas, and gallium chloride (GaCl) gas is used as the gallium (Ga) source gas, for example, indium. As the (In) source gas, for example, indium trichloride (InCl 3 ) gas is used. As the nitrogen source gas, for example, ammonia (NH 3 ) gas is used. By appropriately adjusting the supply ratios of the Al source gas, the Ga source gas, and the In source gas, the group III element composition of the target 100 can be set to a desired composition. As the carrier gas, for example, nitrogen gas (N 2 gas) is used. The growth conditions are, for example, a pressure of 500 Torr (about 66661 Pa) to 760 Torr (about 101325 Pa, normal pressure), a V / III ratio of 10 or less, and a growth temperature of 900 ° C. to 1200 ° C. In the present embodiment, since it is sufficient to grow a polycrystal, the allowable range of growth conditions is wider than that in the case of growing a single crystal, and the growth conditions may be appropriately selected as necessary.

基板10の直上に、つまり基板10の主面11上に(バッファ層を介さず)直接的にIII族窒化物を成長させることで、(単結晶でなく)多結晶20が得られる。成長方向を、矢印21で示す。HVPDにおいて成長方向に粒界が生じにくいことで、成長方向に長い柱状結晶粒が成長して、柱状組織が形成される。なお、柱状結晶粒同士の隙間に、これらより小さい微小な結晶粒が形成されてもよい。   By growing the group III nitride directly on the substrate 10, that is, on the main surface 11 of the substrate 10 (without a buffer layer), the polycrystal 20 (not a single crystal) is obtained. The growth direction is indicated by an arrow 21. In HVPD, since a grain boundary is hardly generated in the growth direction, columnar crystal grains that are long in the growth direction are grown, and a columnar structure is formed. Note that smaller crystal grains smaller than these may be formed in the gaps between the columnar crystal grains.

基板10の主面11内での配向がある程度揃っていることで、主面11上に成長した多結晶20の、成長方向と直交する面内での配向がある程度揃う、つまり、高配向結晶方位が生じるのではないかと推測される。   By aligning the orientation within the main surface 11 of the substrate 10 to some extent, the orientation of the polycrystal 20 grown on the main surface 11 is aligned to some extent within the plane orthogonal to the growth direction, that is, a highly oriented crystal orientation. It is speculated that this may occur.

詳細は後述の実験例で説明するように、高配向結晶方位は、基板10の材料選択により制御することができる。例えば、基板10にPGを用いることで、高配向結晶方位を[11−20]方位とすることができ、また例えば、基板10に可撓性グラファイトまたはIII族窒化物を用いることで、高配向結晶方位を[0002]方位とすることができる。さらに、可撓性グラファイトかIII族窒化物かの選択により、高配向結晶方位の配向率を変えることもできる。このように、基板10の材料選択により、ターゲット100の配向性を、求められる特性等に応じて変える自由度が高まる。   As will be described in detail in an experimental example described later, the highly oriented crystal orientation can be controlled by selecting the material of the substrate 10. For example, by using PG for the substrate 10, the highly oriented crystal orientation can be set to [11-20] orientation, and for example, by using flexible graphite or group III nitride for the substrate 10, highly oriented The crystal orientation can be the [0002] orientation. Further, the orientation ratio of the highly oriented crystal orientation can be changed by selecting flexible graphite or group III nitride. Thus, the degree of freedom to change the orientation of the target 100 according to the required characteristics is increased by selecting the material of the substrate 10.

図3(c)を参照する。多結晶20は、ターゲット100を1枚または複数枚取得するのに好ましい所望の厚さとなるまで、成長させる。成長が完了した段階での多結晶20を、インゴット22と呼ぶ。基板10の材料として上述のような材料を用いることで、成長後の冷却の際に、インゴット22が割れることが抑制される。   Reference is made to FIG. The polycrystal 20 is grown until a desired thickness is obtained for obtaining one or more targets 100. The polycrystal 20 at the stage where the growth is completed is called an ingot 22. By using the above-described material as the material of the substrate 10, the ingot 22 is prevented from being cracked during the cooling after the growth.

インゴット22の厚さは、特に限定されないが、十分な厚さのターゲット100を得る観点、または、複数枚のターゲット100を効率良く得る観点から、厚いことが好ましく、例えば、少なくとも1mm以上、好ましくは2mm以上、より好ましくは5mm以上である。HVPDを用いることで(例えば他の気相成長であるMOCVDと比較して)、例えば10mm以上の厚いインゴット22であっても、短時間で成長させることが可能となる。インゴット22の厚さの上限は、特に限定されないが、成長時間が過剰に長くなることを抑制する観点からは、例えば20mmである。   The thickness of the ingot 22 is not particularly limited, but is preferably thick from the viewpoint of obtaining a sufficiently thick target 100 or efficiently obtaining a plurality of targets 100, for example, at least 1 mm or more, preferably It is 2 mm or more, more preferably 5 mm or more. By using HVPD (for example, compared with MOCVD which is another vapor phase growth), even a thick ingot 22 of, for example, 10 mm or more can be grown in a short time. The upper limit of the thickness of the ingot 22 is not particularly limited, but is 20 mm, for example, from the viewpoint of suppressing an excessively long growth time.

冷却後、基板10からインゴット22を分離する。なお、基板10の材料としてPGを用いた場合、基板10の最表面層が犠牲層となって剥離することで、インゴット22の分離が容易に行われる。それ以外の材料の基板10を用いた場合、適当なスライサーを用いて基板10からインゴット22を切断する。   After cooling, the ingot 22 is separated from the substrate 10. When PG is used as the material of the substrate 10, the ingot 22 can be easily separated by peeling off the outermost surface layer of the substrate 10 as a sacrificial layer. When the substrate 10 made of other materials is used, the ingot 22 is cut from the substrate 10 using an appropriate slicer.

その後、インゴット22の上面(成長の先端側の面)と下面(成長の根元側の面)とに(少なくとも上面に)、表面平滑化の加工が施される。必要に応じて、側面の表面平滑化の加工を行ってもよい。1枚のターゲット100を得る場合は、このようにしてターゲット100が得られる。複数枚のターゲット100を得る場合は、さらに、例えば、成長方向と直交する方向にインゴット22を切断して、インゴット22を分割することで、複数枚のターゲット100が得られる。「成長方向と直交する方向」とは、成長方向とのなす角が90°に近く、例えば90°±10°以内である方向をいう。複数枚のターゲット100のそれぞれには、必要に応じて、表面平滑化の加工が施される。このようにして、ターゲット100が製造される。   Thereafter, surface smoothing is performed on the upper surface (surface on the tip side of growth) and the lower surface (surface on the root side of growth) of the ingot 22 (at least on the upper surface). If necessary, the side surface may be smoothed. When obtaining one target 100, the target 100 is obtained in this way. In the case of obtaining a plurality of targets 100, for example, the ingot 22 is cut in a direction orthogonal to the growth direction and the ingot 22 is divided to obtain a plurality of targets 100. The “direction perpendicular to the growth direction” refers to a direction in which an angle formed with the growth direction is close to 90 °, for example, within 90 ° ± 10 °. Each of the plurality of targets 100 is subjected to a surface smoothing process as necessary. In this way, the target 100 is manufactured.

なお、ターゲット面としては、ターゲット100に求められる特性等に応じて、ターゲット100のインゴット上面側(成長の先端側)の主面101を用いてもよく、インゴット下面側(成長の根元側)の主面102を用いてもよい。   As the target surface, the main surface 101 on the ingot upper surface side (growth tip side) of the target 100 may be used according to the characteristics required for the target 100 or the like, and the ingot lower surface side (growth root side) may be used. The main surface 102 may be used.

なお、インゴット22を切断する方向として、成長方向と直交する方向を例示しているが、つまり、インゴット22の切断により得られるターゲット面(主面101又は主面102)を、成長方向と直交する面として構成する場合を例示しているが、インゴット22を切断する方向は、これに限定されず、ターゲット100に求められる特性等に応じて、適宜変更してもよい。   In addition, although the direction orthogonal to the growth direction is illustrated as the direction for cutting the ingot 22, the target surface (main surface 101 or main surface 102) obtained by cutting the ingot 22 is orthogonal to the growth direction. Although the case where it comprises as a surface is illustrated, the direction which cut | disconnects the ingot 22 is not limited to this, You may change suitably according to the characteristic etc. which are calculated | required by the target 100. FIG.

なお、III族原料ガスおよび窒素原料ガスに加え、導電型決定不純物元素を含むガスを供給して成長を行うことで、導電型決定不純物元素が結晶粒内に添加されたターゲット100を得るようにしてもよい。n型不純物元素としては、例えばシリコン(Si)が用いられ、n型不純物元素を含むガスとしては、例えばシラン(SiH)ガスおよびジクロロシラン(SiHCl)ガスが用いられる。p型不純物元素としては、例えばマグネシウム(Mg)が用いられ、p型不純物元素を含むガスとしては、例えばビズシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)ガスが用いられる。 In addition to the group III source gas and the nitrogen source gas, a gas containing a conductivity-determining impurity element is supplied for growth to obtain the target 100 in which the conductivity-determining impurity element is added in the crystal grains. May be. For example, silicon (Si) is used as the n-type impurity element, and silane (SiH 4 ) gas and dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas are used as the gas containing the n-type impurity element, for example. For example, magnesium (Mg) is used as the p-type impurity element, and for example, biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) gas is used as the gas containing the p-type impurity element.

次に、実験例について説明する。まず、多結晶III族窒化物を成長させて、結晶粒の状態を観察した第1実験について説明する。   Next, experimental examples will be described. First, a first experiment in which a polycrystalline group III nitride is grown and the state of crystal grains is observed will be described.

第1実験では、PGで形成した基板上に、HVPDにより多結晶GaN試料(以下、試料)を成長させて、電子線後方散乱回折(EBSD)による観察を行った。   In the first experiment, a polycrystalline GaN sample (hereinafter referred to as a sample) was grown by HVPD on a substrate formed of PG, and observation by electron beam backscatter diffraction (EBSD) was performed.

図4(a)は、試料上面(成長の先端側の面)のEBSD像である。試料上面内、つまり、成長方向と直交する面内では、(後述の断面内での結晶粒の状態と比較して)どの領域でもおおよそ均等に、結晶粒が分布している。結晶粒の平均粒径は、143μmである。   FIG. 4A is an EBSD image of the upper surface of the sample (surface on the tip side of growth). Within the upper surface of the sample, that is, within the plane orthogonal to the growth direction, the crystal grains are distributed approximately evenly in any region (compared to the state of crystal grains in the cross section described later). The average grain size of the crystal grains is 143 μm.

図4(b)は、試料上面と直交する試料断面のEBSD像であり、ある1つの柱状結晶粒30の断面部分を示す。試料断面内、つまり、成長方向と平行な面内では、下方側(成長の根元側)から上方側(成長の先端側)に向けて太く成長した柱状結晶粒30が観察される。また、下方側の端部には、成長初期に生成された微小な結晶粒が多く分布している。   FIG. 4B is an EBSD image of a sample cross section orthogonal to the upper surface of the sample, and shows a cross section of one columnar crystal grain 30. In the sample cross section, that is, in a plane parallel to the growth direction, columnar crystal grains 30 that grow thicker from the lower side (growth base side) to the upper side (growth tip side) are observed. Further, many fine crystal grains generated at the initial stage of growth are distributed at the lower end.

図4(a)の試料上面のEBSD像、および、図4(b)の試料断面のEBSD像から、試料の多結晶は、結晶粒間に隙間を有さず、また、柱状組織を有することがわかる。つまり、このような多結晶を用いて製造されたターゲットは、焼結ターゲットの多結晶組織中に見られるような隙間を有さず、焼結ターゲットと比べて高い嵩密度を有し、また、柱状組織を有することがわかる。   From the EBSD image of the upper surface of the sample in FIG. 4A and the EBSD image of the cross section of the sample in FIG. 4B, the polycrystal of the sample has no gap between crystal grains and has a columnar structure. I understand. That is, the target manufactured using such a polycrystal does not have a gap as seen in the polycrystalline structure of the sintered target, has a higher bulk density than the sintered target, It can be seen that it has a columnar structure.

図4(b)に示す試料の厚さは、2.5mmである。図4(b)に示す試料断面内で、柱状結晶粒30の下端31は、下面(成長の根元側の面)より0.27mmの位置に観察され、上端32は、上面に達しており下面から2.5mmの位置に観察されている。つまり、柱状結晶粒30の長さは、少なくとも2.2mm以上であり、試料の全厚さ2.5mmの88%以上である。なお、柱状結晶粒30は、図4(b)に示す試料断面内に現れない領域で、より下方まで存在している可能性がある。   The thickness of the sample shown in FIG. 4 (b) is 2.5 mm. In the cross section of the sample shown in FIG. 4B, the lower end 31 of the columnar crystal grain 30 is observed at a position 0.27 mm from the lower surface (the surface on the root side of growth), and the upper end 32 reaches the upper surface and reaches the lower surface. To 2.5 mm. That is, the length of the columnar crystal grain 30 is at least 2.2 mm or more and 88% or more of the total thickness of 2.5 mm of the sample. Note that the columnar crystal grains 30 are regions that do not appear in the sample cross section shown in FIG.

以下、これを踏まえて、本試料からターゲットを製造した場合に、柱状結晶粒30の長さがターゲットの厚さに対しどの程度の割合となるか、見積もる。なお、説明の煩雑さを避けるため、表面平滑化の加工で減少する厚さ分については考慮していない(下面側の、柱状結晶粒30が生成されていない部分を除去する加工を考慮すれば、当該割合はさらに増える)。   Hereinafter, based on this, when a target is manufactured from this sample, it is estimated how much the length of the columnar crystal grains 30 is relative to the thickness of the target. In addition, in order to avoid the complicated explanation, the thickness that is reduced by the surface smoothing process is not considered (if the process of removing the portion on the lower surface side where the columnar crystal grains 30 are not generated is considered) , The ratio will increase further).

例えば、全体の厚さ2.5mmを用いてターゲットを製造した場合、柱状結晶粒30の長さ2.2mmは、ターゲットの厚さの88%以上、少なくとも80%以上であると見積もられる。また例えば、下面から1mmの厚さを用いてターゲットを製造した場合、柱状結晶粒30の長さは0.73mmとなり、ターゲットの厚さの73%以上、少なくとも70%以上であると見積もられる。また例えば、上面から1mmの厚さを用いてターゲットを製造した場合、柱状結晶粒30の部分の長さは、1mmとなり、ターゲットの厚さの100%となる。以上より、ターゲット中に観察される柱状結晶粒30の長さは、ターゲットの厚さの少なくとも70%以上と見積もられる。   For example, when the target is manufactured using the entire thickness of 2.5 mm, the length of the columnar crystal grains 30 of 2.2 mm is estimated to be 88% or more, at least 80% or more of the target thickness. For example, when the target is manufactured using a thickness of 1 mm from the lower surface, the length of the columnar crystal grains 30 is 0.73 mm, and is estimated to be 73% or more and at least 70% or more of the thickness of the target. For example, when the target is manufactured using a thickness of 1 mm from the upper surface, the length of the columnar crystal grain 30 is 1 mm, which is 100% of the thickness of the target. From the above, it is estimated that the length of the columnar crystal grains 30 observed in the target is at least 70% or more of the thickness of the target.

次に、基板の材料を変化させた場合に、成長する多結晶III族窒化物の配向性がどのように変化するか調べた第2実験について説明する。   Next, a second experiment for examining how the orientation of the growing polycrystalline group III-nitride changes when the substrate material is changed will be described.

第2実験では、PGで形成した基板、可撓性グラファイトで形成した基板、および、単結晶GaNで形成した基板のそれぞれの上に、HVPDにより多結晶GaN試料(以下、試料)を成長させて、X線回折の2θ/θ測定を行った。   In the second experiment, a polycrystalline GaN sample (hereinafter referred to as a sample) was grown by HVPD on each of a substrate formed of PG, a substrate formed of flexible graphite, and a substrate formed of single crystal GaN. 2θ / θ measurement of X-ray diffraction was performed.

試料に対する測定結果の説明の前に、まず、配向率の定義について説明するとともに、無配向な多結晶の配向率について考察する。なお、多結晶における結晶方位の配向性について考察することから、以下では、所定の結晶面としての(hkmn)面(ただしh,k,m,n:整数)での回折ピークのことを、当該結晶面に垂直な結晶方位としての「[hkmn]方位のピーク」と表現する。   Prior to the description of the measurement results for the sample, the definition of the orientation rate will be described first, and the orientation rate of non-oriented polycrystal will be considered. Since the orientation of the crystal orientation in the polycrystal is considered, in the following, the diffraction peak on the (hkmn) plane (where h, k, m, n is an integer) as the predetermined crystal plane is It is expressed as “peak of [hkmn] orientation” as a crystal orientation perpendicular to the crystal plane.

六方晶のIII族窒化物について、ある結晶方位の配向率は、2θ/θ測定における各結晶方位のピーク強度の総和に対する、当該結晶方位のピーク強度の比率で定義される。ここで、角度2θの範囲は、20°以上80°以下とし、対称な面からの回折は除く。つまり、[10−10]方位、[0002]方位、[10−11]方位、[10−12]方位、[11−20]方位、[10−13]方位、[11−22]方位、および、[20−21]方位を対象とし、[20−20]方位、[0004]方位等は除く。   Regarding the hexagonal group III nitride, the orientation ratio of a certain crystal orientation is defined by the ratio of the peak intensity of the crystal orientation to the sum of the peak intensities of each crystal orientation in the 2θ / θ measurement. Here, the range of the angle 2θ is 20 ° or more and 80 ° or less, and diffraction from a symmetrical plane is excluded. [10-10] orientation, [0002] orientation, [10-11] orientation, [10-12] orientation, [11-20] orientation, [10-13] orientation, [11-22] orientation, and , [20-21] orientation, and [20-20] orientation, [0004] orientation, etc. are excluded.

国際回析データセンター(ICDD)カードによれば、粉末状のつまり無配向のGaN、AlN、InNの配向率(大きい方から3つ)は、以下のように見積もられる。無配向のGaNの配向率は、[10−11]方位の32.1%、[10−10]方位の17.9%、[0002]方位の14.4%である。無配向のAlNの配向率は、[10−10]方位の27.0%、[10−11]方位の21.6%、[0002]方位の16.2%である。無配向のInNの配向率は、[10−11]方位の33.4%、[10−10]方位の14.7%、[0002]方位の13.7%である。   According to the International Diffraction Data Center (ICDD) card, the orientation ratios (three from the largest) of powdery, that is, non-oriented GaN, AlN, and InN are estimated as follows. The orientation ratio of non-oriented GaN is 32.1% in the [10-11] orientation, 17.9% in the [10-10] orientation, and 14.4% in the [0002] orientation. The orientation ratio of non-oriented AlN is 27.0% in the [10-10] orientation, 21.6% in the [10-11] orientation, and 16.2% in the [0002] orientation. The orientation ratio of non-oriented InN is 33.4% in the [10-11] orientation, 14.7% in the [10-10] orientation, and 13.7% in the [0002] orientation.

無配向のGaN、AlN、InNの配向率のうち、最大のものは、無配向のInNの[10−11]方位の配向率33.4%である。このことから、AlInGa1−x−yN(0≦x+y≦1)の組成式で表される任意の組成を有する、無配向のIII族窒化物では、どの結晶方位の配向率も、高々33.4%以下と見積もられる。 Among the orientation ratios of non-oriented GaN, AlN, and InN, the maximum is the orientation ratio of 33.4% in the [10-11] orientation of non-oriented InN. From this, in the non-oriented group III nitride having an arbitrary composition represented by the composition formula of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x + y ≦ 1), the orientation ratio of which crystal orientation Is estimated to be no more than 33.4%.

なお、無配向のGaN、AlN、InNについて、[10−10]方位の配向率は、GaNが17.9%、AlNが27.0%、InNが14.7%であり、高々27.0%と見積もられ、[0002]方位の配向率は、GaNが14.4%、AlNが16.2%、InNが13.7%であり、高々16.2%と見積もられ、[11−20]方位の配向率は、GaNが9.9%、AlNが10.8%、InNが11.4%であり高々11.4%と見積もられる。   As for non-oriented GaN, AlN, and InN, the orientation ratio in the [10-10] orientation is 17.9% for GaN, 27.0% for AlN, and 14.7% for InN, and 27.0 at most. The orientation ratio in the [0002] orientation is 14.4% for GaN, 16.2% for AlN, and 13.7% for InN, and is estimated to be 16.2% at most. The orientation ratio in the −20] orientation is estimated to be 11.4% at most, with 9.9% for GaN, 10.8% for AlN, and 11.4% for InN.

以上の考察より、概略的な基準として、六方晶の多結晶III族窒化物が、配向率が33.4%超、例えば40%以上、また例えば45%以上である特定の結晶方位を有するとき、無配向な多結晶と比べて、高い配向性を有するということができる。   From the above considerations, as a rough criterion, when the hexagonal polycrystalline group III nitride has a specific crystal orientation with an orientation ratio of more than 33.4%, for example 40% or more, for example 45% or more It can be said that it has higher orientation than non-oriented polycrystals.

また、個々の方位に関し、[10−10]方位の配向率については、27.0%超、例えば30%以上であるとき、[0002]方位の配向率については、16.2%超、例えば20%以上であるとき、[11−20]方位の配向率については、11.4%超、例えば20%以上であるとき、無配向な多結晶と比べて、高い配向性を有するということができる。   Further, regarding the individual orientations, when the orientation rate of the [10-10] orientation is more than 27.0%, for example, 30% or more, the orientation rate of the [0002] orientation is more than 16.2%, for example, When it is 20% or more, the orientation ratio of [11-20] orientation is higher than 11.4%, for example, when it is 20% or more, it has higher orientation than non-oriented polycrystal. it can.

なお、無配向のGaNおよびInNにおいて、最も配向率が高い、つまり、最もピーク強度の高い方位は[10−11]方位であり、無配向のAlNにおいて、最も配向率が高い、つまり、最もピーク強度の高い方位は[10−10]方位である。したがって、ピーク強度が最も高い結晶方位として、これら以外の方位、例えば、[11−20]方位、[0002]方位等を有する多結晶は、無配向な多結晶と比べて、配向性が制御されているということができる。   In non-oriented GaN and InN, the highest orientation ratio, that is, the direction with the highest peak intensity is the [10-11] orientation, and in non-oriented AlN, the highest orientation ratio, that is, the highest peak. The direction with high intensity is the [10-10] direction. Therefore, the orientation of the polycrystal having the crystal orientation with the highest peak intensity other than these, for example, the [11-20] orientation, the [0002] orientation, etc., is controlled as compared with the non-oriented polycrystal. It can be said that

次に、PGで形成した基板上に成長させた試料(以下、PG上試料)、可撓性グラファイトで形成した基板上に成長させた試料(以下、可撓性グラファイト上試料)、および、単結晶GaNで形成した基板上に成長させた試料(以下、−c面GaN上試料)の2θ/θ測定結果について説明する。試料上面(成長の先端側の面)に対して、2θ/θ測定を行った。   Next, a sample grown on a substrate formed of PG (hereinafter referred to as a sample on PG), a sample grown on a substrate formed of flexible graphite (hereinafter referred to as a sample on flexible graphite), and a single sample. The 2θ / θ measurement results of a sample grown on a substrate formed of crystalline GaN (hereinafter, a sample on the −c plane GaN) will be described. 2θ / θ measurement was performed on the upper surface of the sample (the surface on the tip side of the growth).

PG上試料、可撓性グラファイト上試料、−c面GaN上試料の多結晶GaNは、それぞれ、厚さ2.7mm成長させた。可撓性グラファイト上試料では、可撓性グラファイトとして、東洋炭素株式会社製のパーマフォイル(登録商標)の、厚さ20μmのものを用いた。なお、パーマフォイルは、X線回折の2θ/θ測定により、六方晶系グラファイトの[0002]方位(27°付近)のピークおよび[0004]方位(54°付近)のピークを明瞭に示す。−c面GaN上試料では、単結晶GaNの−c面上に、多結晶を成長させた。   The polycrystalline GaN samples on the PG, the flexible graphite, and the -c-plane GaN were each grown to a thickness of 2.7 mm. In the sample on the flexible graphite, as the flexible graphite, Permafoil (registered trademark) manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd., having a thickness of 20 μm was used. Permafoil clearly shows a peak in the [0002] orientation (around 27 °) and a peak in the [0004] orientation (around 54 °) of hexagonal graphite by X-ray diffraction 2θ / θ measurement. In the -c plane GaN sample, a polycrystal was grown on the single crystal GaN -c plane.

図5(a)〜図5(c)は、それぞれ、PG上試料、可撓性グラファイト上試料、−c面GaN上試料の2θ/θ測定結果を示すグラフである。各グラフとも、横軸は、°単位で表した2θを示し、縦軸は、cps単位で表した回折強度を示す。   FIG. 5A to FIG. 5C are graphs showing 2θ / θ measurement results of the sample on PG, the sample on flexible graphite, and the sample on -c-plane GaN, respectively. In each graph, the horizontal axis indicates 2θ expressed in ° units, and the vertical axis indicates the diffraction intensity expressed in cps units.

図5(a)に示すように、PG上試料では、[11−20]方位(57.95°)のピーク強度が最も高く、その配向率は82.1%である。PG上試料のそれに次ぐ配向率は、[0002]方位(34.75°)の9.4%、[10−13]方位(63.45°)の3.1%である。   As shown in FIG. 5A, the sample on PG has the highest peak intensity in the [11-20] orientation (57.95 °), and the orientation rate is 82.1%. The orientation ratio next to that of the sample on PG is 9.4% in the [0002] orientation (34.75 °) and 3.1% in the [10-13] orientation (63.45 °).

図5(b)に示すように、可撓性グラファイト上試料では、[0002]方位(34.29°)のピーク強度が最も高く、その配向率は45.8%である。可撓性グラファイト上試料のそれに次ぐ配向率は、[10−13]方位(63.25°)の25.1%、[10−11]方位(36.63°)の7.5%である。   As shown in FIG. 5 (b), the sample on flexible graphite has the highest peak intensity in the [0002] orientation (34.29 °), and its orientation rate is 45.8%. The orientation rate next to that of the sample on flexible graphite is 25.1% in the [10-13] orientation (63.25 °) and 7.5% in the [10-11] orientation (36.63 °). .

図5(c)に示すように、−c面GaN上試料では、[0002]方位(34.57°)のピーク強度が最も高く、その配向率は69.3%である。−c面GaN上試料のそれに次ぐ配向率は、[11−20]方位(57.47°)の11%、[10−10]方位(32.27°)の5.8%である。   As shown in FIG. 5C, the sample on the −c-plane GaN has the highest peak intensity in the [0002] orientation (34.57 °), and its orientation rate is 69.3%. The orientation ratio next to that of the sample on the -c-plane GaN is 11% of the [11-20] orientation (57.47 °) and 5.8% of the [10-10] orientation (32.27 °).

このように、PG上試料、可撓性グラファイト上試料、−c面GaN上試料のいずれも、試料上面内、つまり、成長方向と直交する面内に分布する結晶粒の、成長方向を向いた結晶方位が、無配向な多結晶つまり粉末状の多結晶と比べて、特定の方位に多くなっていることがわかる。つまり、成長方向と直交する面内で、配向が概ね揃っていることがわかる。より具体的に説明すると、PG上試料、可撓性グラファイト上試料、−c面GaN上試料のいずれの多結晶も、配向率が40%以上の結晶方位(高配向結晶方位)を有していることがわかる。   Thus, all of the sample on PG, the sample on flexible graphite, and the sample on -c-plane GaN faced the growth direction of crystal grains distributed in the upper surface of the sample, that is, in a plane orthogonal to the growth direction. It can be seen that the crystal orientation increases in a specific orientation as compared with non-oriented polycrystals, that is, powdery polycrystals. That is, it can be seen that the orientation is generally aligned within a plane orthogonal to the growth direction. More specifically, all the polycrystals of the sample on PG, the sample on flexible graphite, and the sample on -c-plane GaN have a crystal orientation (highly oriented crystal orientation) with an orientation rate of 40% or more. I understand that.

また、多結晶を成長させる下地基板の材料の違いによって、成長する多結晶の配向性が制御されることがわかる。PG上試料は、[11−20]方位へ配向する傾向が強く、当該方位への配向率は82.1%であり、80%以上を示す。つまり、基板にPGを用いることで、高配向結晶方位を[11−20]方位にできることがわかる。   It can also be seen that the orientation of the growing polycrystal is controlled by the difference in the material of the base substrate on which the polycrystal is grown. The sample on PG has a strong tendency to be oriented in the [11-20] orientation, and the orientation ratio in the orientation is 82.1%, which indicates 80% or more. That is, it can be seen that by using PG for the substrate, the highly oriented crystal orientation can be changed to the [11-20] orientation.

可撓性グラファイト上試料、および、−c面GaN上試料は、[0002]方位へ配向する傾向が強い。当該方位への配向率は、可撓性グラファイト上試料で45.8%であり、40%以上を示し、−c面GaN上試料で69.3%であり、60%以上を示す。つまり、基板に可撓性グラファイトまたはIII族窒化物を用いることで、高配向結晶方位を[0002]方位にできることがわかる。   The sample on flexible graphite and the sample on -c-plane GaN tend to be oriented in the [0002] direction. The orientation ratio in this direction is 45.8% for the sample on flexible graphite, showing 40% or more, 69.3% for the sample on -c-plane GaN, and showing 60% or more. That is, it can be seen that the highly oriented crystal orientation can be changed to the [0002] orientation by using flexible graphite or group III nitride for the substrate.

なお、その他、サファイアで形成した基板上(サファイアのc面上)にHVPDで多結晶GaNを成長させた試料(以下、サファイア上試料)も作製して、測定を行った。サファイア上試料では、[0002]方位の配向率として99.8%と非常に高い値が得られたものの、成長後の冷却の際に、多結晶が割れてしまった。したがって、多結晶の割れを抑制する観点からは、サファイアは基板の材料として適さないといえる。   In addition, the sample (henceforth a sapphire sample) which grew polycrystalline GaN by HVPD on the board | substrate (on the c surface of sapphire) formed with sapphire was also measured. In the sample on sapphire, although an extremely high value of 99.8% was obtained as the orientation rate in the [0002] orientation, the polycrystal was broken during cooling after growth. Therefore, it can be said that sapphire is not suitable as a material for the substrate from the viewpoint of suppressing polycrystalline cracks.

以上説明したように、本実施形態によれば、ハイドライド気相成長を用いることで、例えば焼結よりも容易に、嵩密度(相対密度)の高い多結晶III族窒化物ターゲットを得ることができる。このような多結晶III族窒化物ターゲットの多結晶は、柱状組織を有し、また、配向率が例えば40%以上である結晶方位を有する。多結晶III族窒化物ターゲットの多結晶の配向性は、成長に用いる下地基板の材料選択により制御することができる。   As described above, according to the present embodiment, by using hydride vapor phase growth, a polycrystalline group III nitride target having a high bulk density (relative density) can be obtained more easily than, for example, sintering. . Such a polycrystal of the group III nitride target has a columnar structure and a crystal orientation with an orientation rate of, for example, 40% or more. The orientation of the polycrystalline group III nitride target can be controlled by selecting the material of the underlying substrate used for growth.

以上、実施形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   As mentioned above, although this invention was demonstrated along embodiment, this invention is not restrict | limited to these. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

(付記1)
多結晶のIII族窒化物で構成され、前記III族窒化物の理論密度に対する相対密度が、好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上である多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 1)
A polycrystalline group III nitride target composed of polycrystalline group III nitride and having a relative density to the theoretical density of group III nitride of preferably 98% or more, more preferably 99% or more.

(付記2)
前記多結晶は、一体的に成長された多結晶である付記1に記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 2)
The polycrystalline group III nitride target according to appendix 1, wherein the polycrystal is an integrally grown polycrystal.

(付記3)
前記多結晶は、ハイドライド気相成長で成長された多結晶である付記1または2に記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 3)
The polycrystalline group III nitride target according to appendix 1 or 2, wherein the polycrystal is a polycrystal grown by hydride vapor phase epitaxy.

(付記4)
前記多結晶は、柱状組織を有する付記1〜3のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 4)
The polycrystalline group III nitride target according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein the polycrystal has a columnar structure.

(付記5)
前記柱状組織の有する柱状結晶粒の長さは、前記多結晶III族窒化物ターゲットの厚さの70%以上である付記4に記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 5)
The polycrystalline group III nitride target according to supplementary note 4, wherein a length of columnar crystal grains of the columnar structure is 70% or more of a thickness of the polycrystalline group III nitride target.

(付記6)
前記柱状組織の有する柱状結晶粒は、前記多結晶III族窒化物ターゲットの一方の主面から他方の主面まで貫通している付記4または5に記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 6)
6. The polycrystalline group III nitride target according to appendix 4 or 5, wherein the columnar crystal grains of the columnar structure penetrate from one main surface to the other main surface of the polycrystalline group III nitride target.

(付記7)
前記多結晶は、配向率が、好ましくは40%以上であり、より好ましくは45%以上である結晶方位を有する付記1〜6のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 7)
The polycrystalline group III nitride target according to any one of supplementary notes 1 to 6, wherein the polycrystal has a crystal orientation in which an orientation ratio is preferably 40% or more, and more preferably 45% or more.

(付記8)
前記多結晶は、X線回折の2θ/θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、[11−20]方位を有する付記1〜6のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 8)
The polycrystalline group III nitride according to any one of appendices 1 to 6, wherein the polycrystal has a [11-20] orientation as a crystal orientation having the highest peak intensity obtained by 2θ / θ measurement of X-ray diffraction. Object target.

(付記9)
前記多結晶は、[11−20]方位の配向率が、好ましくは20%以上であり、より好ましくは80%以上である付記1〜6のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 9)
The polycrystalline group III nitride according to any one of supplementary notes 1 to 6, wherein the polycrystal has an orientation ratio of [11-20] orientation of preferably 20% or more, more preferably 80% or more. target.

(付記10)
前記多結晶は、X線回折の2θ/θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、[0002]方位を有する付記1〜6のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 10)
The polycrystalline group III nitride target according to any one of supplementary notes 1 to 6, wherein the polycrystal has a [0002] orientation as a crystal orientation having the highest peak intensity obtained by 2θ / θ measurement of X-ray diffraction. .

(付記11)
前記多結晶は、[0002]方位の配向率が、好ましくは20%以上であり、より好ましくは40%以上であり、さらに好ましくは60%以上である付記1〜6のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 11)
The polycrystal has an orientation rate of [0002] orientation of preferably 20% or more, more preferably 40% or more, and further preferably 60% or more, according to any one of Supplementary notes 1 to 6. Polycrystalline III-nitride target.

(付記12)
算術平均表面粗さRaが5μm以下のターゲット面を有する付記1〜11のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 12)
The polycrystalline group III nitride target according to any one of appendices 1 to 11, having a target surface with an arithmetic average surface roughness Ra of 5 μm or less.

(付記13)
厚さが、好ましくは1mm以上であり、より好ましくは2mm以上である付記1〜12のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 13)
The polycrystalline group III nitride target according to any one of supplementary notes 1 to 12, wherein the thickness is preferably 1 mm or more, more preferably 2 mm or more.

(付記14)
前記多結晶は、導電型決定不純物元素が結晶粒内に添加されている付記1〜13のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲット。
(Appendix 14)
The polycrystalline group III nitride target according to any one of appendices 1 to 13, wherein a conductivity determining impurity element is added in the crystal grain.

(付記15)
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上の直上に、ハイドライド気相堆積により多結晶III族窒化物を成長させる工程と、
を有する多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。
(Appendix 15)
Preparing a base substrate;
Growing polycrystalline III-nitride by hydride vapor deposition directly on the underlying substrate;
A method for producing a polycrystalline group III-nitride target having

(付記16)
前記下地基板から前記多結晶III族窒化物を分離する工程、
をさらに有する付記15に記載の多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。
(Appendix 16)
Separating the polycrystalline III-nitride from the underlying substrate;
The method for producing a polycrystalline group III nitride target according to supplementary note 15, further comprising:

(付記17)
前記多結晶III族窒化物を切断する工程、
をさらに有する付記15または16に記載の多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。
(Appendix 17)
Cutting the polycrystalline III-nitride;
The method for producing a polycrystalline group III nitride target according to supplementary note 15 or 16, further comprising:

(付記18)
前記下地基板の材料として、結晶性を有し、前記多結晶III族窒化物の成長後に冷却を行う際、前記多結晶III族窒化物に割れが生じない材料が用いられる付記15〜17のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。
(Appendix 18)
Any of Supplementary Notes 15 to 17, wherein a material that has crystallinity and that does not cause cracks in the polycrystalline III-nitride when cooling after the growth of the polycrystalline III-nitride is used as the material of the base substrate A method for producing a polycrystalline group III nitride target according to claim 1.

(付記19)
前記下地基板の材料として、パイロリティックグラファイト、可撓性グラファイト、金属、(単結晶の)III族窒化物、ムライトのうちの1つが用いられる付記15〜18のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。
(Appendix 19)
The polycrystalline according to any one of appendices 15 to 18, wherein one of a pyrolytic graphite, a flexible graphite, a metal, a (single crystal) group III nitride, and a mullite is used as the material of the base substrate. A method for producing a group III nitride target.

(付記20)
前記下地基板の材料として、パイロリティックグラファイトが用いられ、
X線回折の2θ/θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、[11−20]方位を有する前記多結晶III族窒化物が成長する付記15〜19のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。
(Appendix 20)
Pyrolytic graphite is used as the material of the base substrate,
The crystal group III nitride having the [11-20] orientation as a crystal orientation having the highest peak intensity obtained by 2θ / θ measurement of X-ray diffraction grows as described in any one of appendices 15 to 19 A method for producing a polycrystalline group III nitride target.

(付記21)
前記下地基板の材料として、可撓性グラファイトが用いられ、
X線回折の2θ/θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、[0002]方位を有する前記多結晶III族窒化物が成長する付記15〜19のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。
(Appendix 21)
As a material for the base substrate, flexible graphite is used,
The polycrystalline according to any one of supplementary notes 15 to 19, wherein the polycrystalline group III nitride having a [0002] orientation is grown as a crystal orientation having the highest peak intensity obtained by 2θ / θ measurement of X-ray diffraction. A method for producing a group III nitride target.

(付記22)
前記下地基板の材料として、(単結晶の)III族窒化物が用いられ、
X線回折の2θ/θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、[0002]方位を有する前記多結晶III族窒化物が成長する付記15〜19のいずれか1つに記載の多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。
(Appendix 22)
As the material of the base substrate, a (single crystal) group III nitride is used,
The polycrystalline according to any one of supplementary notes 15 to 19, wherein the polycrystalline group III nitride having a [0002] orientation is grown as a crystal orientation having the highest peak intensity obtained by 2θ / θ measurement of X-ray diffraction. A method for producing a group III nitride target.

10 (多結晶成長のための)下地基板
20 多結晶III族窒化物
21 成長方向
22 インゴット
30 柱状結晶粒
31 (柱状結晶粒の)下端
32 (柱状結晶粒の)上端
100 III族窒化物ターゲット
101、102 主面
120 柱状組織
121 柱状結晶粒
122 高配向結晶方位
200 成膜装置
210 保持部材
220 原料放出装置
230 (成膜のための)下地基板
240 III族窒化物膜
10 Underlying substrate 20 (for polycrystal growth) Polycrystalline group III nitride 21 Growth direction 22 Ingot 30 Columnar crystal grain 31 Lower end 32 (columnar crystal grain) Upper end 100 (columnar crystal grain) Upper end 100 Group III nitride target 101 , 102 Main surface 120 Columnar structure 121 Columnar crystal grain 122 Highly oriented crystal orientation 200 Film formation device 210 Holding member 220 Raw material release device 230 Base substrate 240 (for film formation) Group III nitride film

Claims (10)

多結晶のIII族窒化物で構成され、前記III族窒化物の理論密度に対する相対密度が、98%以上である多結晶III族窒化物ターゲット。   A polycrystalline group III nitride target composed of polycrystalline group III nitride and having a relative density of 98% or more with respect to the theoretical density of the group III nitride. 前記多結晶は、柱状組織を有する請求項1に記載の多結晶III族窒化物ターゲット。   The polycrystalline group III nitride target according to claim 1, wherein the polycrystal has a columnar structure. 前記多結晶は、配向率が40%以上である結晶方位を有する請求項1または2に記載の多結晶III族窒化物ターゲット。   The polycrystalline group III nitride target according to claim 1, wherein the polycrystal has a crystal orientation with an orientation ratio of 40% or more. 前記多結晶は、X線回折の2θ/θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、[11−20]方位を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の多結晶III族窒化物ターゲット。   The polycrystal group III according to any one of claims 1 to 3, wherein the polycrystal has a [11-20] orientation as a crystal orientation having the highest peak intensity obtained by 2θ / θ measurement of X-ray diffraction. Nitride target. 前記多結晶は、X線回折の2θ/θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、[0002]方位を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の多結晶III族窒化物ターゲット。   The polycrystalline group III nitride according to any one of claims 1 to 3, wherein the polycrystal has a [0002] orientation as a crystal orientation having the highest peak intensity obtained by 2θ / θ measurement of X-ray diffraction. target. 下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上の直上に、ハイドライド気相堆積により多結晶III族窒化物を成長させる工程と、
を有する多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。
Preparing a base substrate;
Growing polycrystalline III-nitride by hydride vapor deposition directly on the underlying substrate;
A method for producing a polycrystalline group III-nitride target having
前記下地基板の材料として、パイロリティックグラファイト、可撓性グラファイト、金属、III族窒化物、ムライトのうちの1つが用いられる請求項6に記載の多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。   The method for producing a polycrystalline group III nitride target according to claim 6, wherein one of a pyrolytic graphite, a flexible graphite, a metal, a group III nitride, and a mullite is used as a material for the base substrate. 前記下地基板の材料として、パイロリティックグラファイトが用いられ、
X線回折の2θ/θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、[11−20]方位を有する前記多結晶III族窒化物が成長する請求項6または7に記載の多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。
Pyrolytic graphite is used as the material of the base substrate,
The polycrystalline group III according to claim 6 or 7, wherein the polycrystalline group III nitride having a [11-20] orientation grows as a crystal orientation having the highest peak intensity obtained by 2θ / θ measurement of X-ray diffraction. A method for manufacturing a nitride target.
前記下地基板の材料として、可撓性グラファイトが用いられ、
X線回折の2θ/θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、[0002]方位を有する前記多結晶III族窒化物が成長する請求項6または7に記載の多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。
As a material for the base substrate, flexible graphite is used,
The polycrystalline group III nitride according to claim 6 or 7, wherein the polycrystalline group III nitride having a [0002] orientation as a crystal orientation having the highest peak intensity obtained by 2θ / θ measurement of X-ray diffraction grows. Target manufacturing method.
前記下地基板の材料として、III族窒化物が用いられ、
X線回折の2θ/θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、[0002]方位を有する前記多結晶III族窒化物が成長する請求項6または7に記載の多結晶III族窒化物ターゲットの製造方法。
Group III nitride is used as the material of the base substrate,
The polycrystalline group III nitride according to claim 6 or 7, wherein the polycrystalline group III nitride having a [0002] orientation as a crystal orientation having the highest peak intensity obtained by 2θ / θ measurement of X-ray diffraction grows. Target manufacturing method.
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