JP5735420B2 - Method for producing group III metal nitride single crystal - Google Patents
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Description
本発明は、III族金属窒化物単結晶を育成する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for growing a group III metal nitride single crystal.
窒化ガリウム薄膜結晶は、優れた青色発光素子として注目を集めており、発光ダイオードにおいて実用化され、光ピックアップ用の青紫色半導体レーザー素子としても期待されている。 Gallium nitride thin film crystals are attracting attention as an excellent blue light-emitting device, put into practical use in light-emitting diodes, and expected as a blue-violet semiconductor laser device for optical pickups.
特開2004-247711では、テンプレート基板の表面に凹凸形状を形成したものを種基板として用い、Naフラックス法にてGaNを結晶成長させた後、凹部に形成された空隙部の近傍でフラックス法成長部分をテンプレートから分離(剥離)している。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-247711, a template substrate with a concavo-convex shape formed as a seed substrate is used as a seed substrate, and after GaN crystal growth by the Na flux method, flux method growth is performed in the vicinity of the void formed in the recess. The part is separated (peeled) from the template.
特開2005−12171では、テンプレート基板の表面に種結晶膜に間隙を設け、種結晶上にフラックス法によってIII族金属窒化物単結晶を成長させている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-12171, a gap is provided in the seed crystal film on the surface of the template substrate, and a group III metal nitride single crystal is grown on the seed crystal by a flux method.
また、特開2008-239365では、サファイア基板の表面に島状部を加工によって形成し、島状部の表面に種結晶膜を形成し、種結晶膜上にIII 族金属窒化物単結晶をフラックス法によって形成することが記載されている。 In JP 2008-239365, an island portion is formed on the surface of a sapphire substrate by processing, a seed crystal film is formed on the surface of the island portion, and a group III metal nitride single crystal is fluxed onto the seed crystal film. It is described that it is formed by a method.
特開2009-120465では、下地基板上に幅(あるいは直径)10〜100 μmのマスクを250〜2000 μmの間隔で形成し、ついで基板上に気相成長法でGaN結晶を成長させている。 In Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-120465, a mask having a width (or diameter) of 10 to 100 μm is formed on a base substrate at intervals of 250 to 2000 μm, and then a GaN crystal is grown on the substrate by a vapor phase growth method.
特開2004−182551では、多数の種結晶部分を下地基板の表面に形成し、ついで気相法によって窒化ガリウム単結晶を育成している。 In JP-A-2004-182551, a large number of seed crystal portions are formed on the surface of a base substrate, and then a gallium nitride single crystal is grown by a vapor phase method.
上述のように、基板上に例えば帯状の種結晶膜を形成し、隣接する種結晶膜の間に基板非育成面を形成し、次いでIII 族金属窒化物単結晶をフラックス法で形成する方法は特開2004-247711、特開2005−12171、特開2008-239365に記載されている。また、特開2009-120465、特開2004−182551では、種結晶膜上に気相法によってIII 族金属窒化物単結晶を形成している。 As described above, for example, a band-shaped seed crystal film is formed on a substrate, a substrate non-growing surface is formed between adjacent seed crystal films, and then a group III metal nitride single crystal is formed by a flux method. JP-A-2004-247711, JP-A-2005-12171, JP-A-2008-239365. In JP2009-120465 and JP2004-182551, a group III metal nitride single crystal is formed on a seed crystal film by a vapor phase method.
しかし、本発明者が更に検討した結果、III 族金属窒化物単結晶を成長させて冷却したときに、単結晶が基板から剥離しないことが多く、特に単結晶の全面にわたって剥離させることは困難であった。この理由について検討したところ、基板のほうにクラックが入っている場合には、単結晶が基板に強固に接合しており、剥離する面積が小さくなり、全面剥離が生じなくなっていた。 However, as a result of further investigation by the present inventors, when a group III metal nitride single crystal is grown and cooled, the single crystal often does not peel off from the substrate, and it is particularly difficult to peel off the entire surface of the single crystal. there were. When this reason was examined, when the substrate had a crack, the single crystal was firmly bonded to the substrate, the area to be peeled was reduced, and the entire surface was not peeled off.
本発明の課題は、基板に種結晶膜によって被覆されていない非育成面を形成し、種結晶膜上にフラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶を育成するのに際して、成長した単結晶を基板から自然剥離しやすいようにすることである。 An object of the present invention is to form a non-growth surface that is not covered with a seed crystal film on a substrate and grow the group III metal nitride single crystal on the seed crystal film by a flux method. It is to make it easy to peel off naturally.
本発明は、基板上にIII 族金属窒化物単結晶の種結晶膜を成膜し、この際基板に種結晶膜によって被覆されていない非育成面を形成する種結晶膜作製工程;および
種結晶膜上にフラックス法によって単結晶を育成する育成工程;
を有する方法であって、
基板の厚さが0.8mm以上、1.2mm以下であり、前記基板がサファイアからなり、フラックス法によって育成されるIII 族金属窒化物単結晶が窒化ガリウム単結晶、窒化アルミニウム単結晶または窒化アルミニウムガリウム単結晶からなることを特徴とする。
The present invention provides a seed crystal film production step of forming a group III metal nitride single crystal seed crystal film on a substrate, and forming a non-growth surface not covered with the seed crystal film on the substrate; and seed crystal A growth process for growing a single crystal on the film by a flux method;
A method comprising:
The thickness of the substrate is 0.8mm or more, 1.2 mm Ri der hereinafter, the substrate is made of sapphire, III group metal nitride is grown by the flux method single crystal gallium nitride single crystal, an aluminum single crystal or nitride nitride characterized Rukoto such aluminum gallium single crystal.
本発明者は、種結晶膜を冷却したときに基板に生ずるクラックに着目した。すなわち、冷却時に基板にクラックが発生すると、基板と単結晶との界面付近の応力が基板側に開放され、基板と単結晶との界面に全面剥離を生じさせるに至らないと考えられる。 The inventor paid attention to a crack generated in the substrate when the seed crystal film was cooled. That is, it is considered that when a crack occurs in the substrate during cooling, the stress near the interface between the substrate and the single crystal is released to the substrate side, and the entire surface is not peeled off at the interface between the substrate and the single crystal.
この仮説の当否を確認するために、基板側のクラックの発生原因を検討した。この結果、基板の強度を更に上げると共に、クラックが表面まで進展しにくいようにするために、基板の厚さを0.8mm以上とすることが有効であることを発見した。この結果として、基板側でのクラック発生による応力の開放を防止し、基板と単結晶との界面での自然剥離を促進できることを見いだした。従来、基板材料の厚さの仕様は0.43mm、0.63mmであり、基板を厚くすることでコストが上昇すると共に、基板厚さが単結晶の自然剥離に関連するという知見がなかったことから、基板を厚くする動機付けがなかったものと考えられる。 In order to confirm the validity of this hypothesis, the cause of the occurrence of cracks on the substrate side was examined. As a result, it has been found that it is effective to set the thickness of the substrate to 0.8 mm or more in order to further increase the strength of the substrate and make it difficult for cracks to propagate to the surface. As a result, it has been found that the release of stress due to the occurrence of cracks on the substrate side can be prevented, and the natural peeling at the interface between the substrate and the single crystal can be promoted. Conventionally, the specifications of the thickness of the substrate material are 0.43 mm and 0.63 mm, and there is no knowledge that increasing the thickness of the substrate increases the cost and that the substrate thickness is related to the natural peeling of the single crystal. Therefore, it is considered that there was no motivation to thicken the substrate.
一方、基板の厚さを大きくし過ぎると、かえって基板にクラックが発生し、基板と単結晶との界面における剥離を阻害することが判明した。この理由は明確ではないが、基板の内部における温度分布が大きくなる結果と考えられる。この観点から、基板厚さを1.2mm以下とすることが必要であった。 On the other hand, it has been found that if the thickness of the substrate is excessively increased, cracks are generated in the substrate, which hinders peeling at the interface between the substrate and the single crystal. The reason for this is not clear, but it is considered that the temperature distribution inside the substrate increases. From this point of view, the substrate thickness must be 1.2 mm or less.
以下、図面を参照しつつ、本発明について更に詳細に説明する。
図1(a)に示すように、基板1の表面1aは平滑に加工されており、表面1a上に、よく配向された種結晶膜2が形成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1A, the
次いで、種結晶膜2を加工し、図1(b)に示すように、互いに離間された複数の種結晶膜3を形成する。種結晶膜3の平面形状は限定しないが、例えば帯状である。隣接する種結晶膜3の間には非育成面1bが形成されている。
Next, the
なお、非育成面とは、単結晶4が成長しない面である。具体的には、非育成面は、基板の露出面であり、あるいは、基板上に成膜された他の膜(例えば酸化物薄膜層)の表面である。
The non-growing surface is a surface on which the
次に、図2(a)に示すように、種結晶膜3上にフラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶4を形成する。この工程では、隣接する種結晶膜3上に形成された各単結晶4がつながり、基板1を被覆していく。
Next, as shown in FIG. 2A, a group III metal nitride
次いで、単結晶4の成長後の降温過程において、図2(b)に示すように、単結晶4が基板1から、自然に、あるいは少ない労力をもって容易にテンプレート基板から剥離するので、生産性がきわめて高くなる。
Next, in the temperature lowering process after the growth of the
図3、図4は他の実施形態を示すものである。図3(a)に示すように、基板1の表面1aは平滑に加工されており、表面1aに種結晶膜2が形成されている。次いで、基板1の表面1aを加工し、図3(b)に示すように、互いに離間された複数の種結晶膜3を形成する。ただし、本例では、基板表面1aから内側へと向かって更に加工し、凹部5を形成する。従って、種結晶膜3は、凹部5間の突起8上に残留することになる。突起8には、成膜面1aが残留するとともに、側壁面8aが形成される。側壁面8aおよび凹部底面1bは、加工によって形成された加工面である。種結晶膜3の平面形状は限定しないが、例えば帯状である。
3 and 4 show another embodiment. As shown in FIG. 3A, the
次に、図4(a)に示すように、種結晶膜3上にフラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶4を形成する。この工程では、隣接する種結晶膜3上に形成された各単結晶4がつながり、基板1を被覆していく。
Next, as shown in FIG. 4A, a group III metal nitride
次いで、単結晶4の成長後の降温過程において、図4(b)に示すように、単結晶4が基板1から、自然に、あるいは少ない労力をもって容易にテンプレート基板から剥離するので、生産性がきわめて高くなる。
Next, in the temperature lowering process after the growth of the
本発明に従い、基板1の厚さT(図1、図3参照)を0.8mm以上、1.2mm以下とする。単結晶の基板からの自然剥離を促進するという観点からは、基板の厚さTは、0.9mm以上とすることが更に好ましく、また、1.1mm以下とすることが更に好ましい。
In accordance with the present invention, the thickness T (see FIGS. 1 and 3) of the
隣接する種結晶膜3の間隔(非育成面の幅)G(図1、図3参照)は、単結晶の基板からの自然剥離を促進するという観点からは、550μm以上が好ましく、また,1mm以下が好ましい。
An interval (width of a non-growth surface) G (see FIGS. 1 and 3) between adjacent
各種結晶膜の幅Wは、単結晶の基板からの自然剥離を促進するという観点からは、50μm以上が好ましく、また1mm以下が好ましい。 The width W of the various crystal films is preferably 50 μm or more and preferably 1 mm or less from the viewpoint of promoting natural peeling from the single crystal substrate.
好ましくは、突起8の側壁面8aの長手方向と基板のa軸とがなす角度θが25°以下であり、更に好ましくは20°以下であり、一層好ましくは10°以下である。最も好ましくは、突起の側壁面の長手方向と基板本体のa軸とが平行である。
Preferably, the angle θ formed by the longitudinal direction of the
ここで、a軸とは、六方晶単結晶の<1 1 -2 0 >を示す。サファイア、窒化ガリウムともに、六方晶系なので、a1、a2、a3は等価であり、[2 -1 -1 0 ]、[1 1 -2 0 ]、[-1 2 -1 0 ]、[-2 1 1 0 ]、[-1 -1 2 0 ]、[1 -2 1 0 ]の6つは等価である。この6つのうち、a 軸は慣例で[1 1 -2 0 ]を用いることが多く、本願でいうa 軸はこのすべての等価な軸のことを意味し、[1 1 -2 0 ]と表記する場合でも、前記等価な軸をすべて含む。 Here, the a-axis indicates <1 1 -2 0> of a hexagonal single crystal. Since both sapphire and gallium nitride are hexagonal, a1, a2, and a3 are equivalent, [2 -1 -1 0], [1 1 -2 0], [-1 2 -1 0], [-2 [1 1 0], [-1 -1 2 0], [1 -2 1 0] are equivalent. Of these six, the a-axis often uses [1 1 -2 0] by convention, and the a-axis in this application means all of these equivalent axes and is expressed as [1 1 -2 0] Even when doing so, all of the equivalent axes are included.
基板の材質はサファイアとする。 The material of the substrate is a sapphire.
非育成面1bの形成方法は限定されない。特に、サンドブラストにより、溝入れ加工することで、低コストかつリソグラフィでは作製困難な深い溝(10ミクロン以上の深さ)を作製することができる。また、加工面が平滑かつ、加工歪みが残存し、エピレディで無ければ(すなわちGaN薄膜が成長しない表面状態であれば)良く、例えば、レーザー加工でもよく、プラズマエッチング、ダイシング(ダイヤモンドブレード)でもよい。
The formation method of the
図3(b)及び図4(b)の凹部5の深さdは、本発明によって育成単結晶の剥離を促進し、凹部からの基板1のクラック発生を防止するという観点からは、100
μm以下が好ましく、1μm以下がさらに好ましく、0.1μm以下が最も好ましい。 サンドブラスト加工において、600〜800番のアルミナ砥粒を用いると、サファイア基板の加工速度がGaN薄膜に比べて数10倍遅く、凹部深さの調整に好適である。
The depth d of the
μm or less is preferable, 1 μm or less is more preferable, and 0.1 μm or less is most preferable. In sandblasting, when the 600-800th alumina abrasive grains are used, the processing speed of the sapphire substrate is several tens times slower than that of the GaN thin film, which is suitable for adjusting the depth of the recess.
種結晶膜を構成するIII 族金属窒化物単結晶は、Ga、Al、Inから選ばれた一種以上の金属の窒化物であり、GaN、AlN、GaAlN,GaAlInN等である。好ましくはGaN、AlN、GaAlNである。 The group III metal nitride single crystal constituting the seed crystal film is a nitride of one or more metals selected from Ga, Al, and In, such as GaN, AlN, GaAlN, and GaAlInN. Of these, GaN, AlN, and GaAlN are preferable.
種結晶膜の形成方法は、不純物濃度の制御性や膜厚均一性の観点からMOCVD法が好ましい。 The formation method of the seed crystal film is preferably the MOCVD method from the viewpoint of controllability of impurity concentration and film thickness uniformity.
種結晶膜の厚さは特に限定されない。種結晶膜のメルトバックを抑制するという観点からは、1μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがさらに好ましい。また、下地膜を厚くすると、下地膜の形成に時間がかかるので、メルトバックしない程度のなるべく薄い膜厚が好ましい。この観点からは、種結晶膜の厚さを30μm以下とすることができる。 The thickness of the seed crystal film is not particularly limited. From the viewpoint of suppressing the meltback of the seed crystal film, the thickness is preferably 1 μm or more, and more preferably 5 μm or more. In addition, when the base film is thick, it takes time to form the base film, so that the film thickness is preferably as thin as possible so as not to melt back. From this viewpoint, the thickness of the seed crystal film can be 30 μm or less.
各突起および各種結晶膜の平面形状は、ストライプ状に限られず、三角形、六角形などの形状であってよい。ただし、この場合、突起の各辺における側壁面の長手方向と基板本体のa軸とがなす角度が、30°以下であることが好ましい。また、突起の各辺における側壁面の長手方向と下地膜のa軸とがなす角度が、5°〜30°であることが好ましい。 The planar shape of each protrusion and various crystal films is not limited to a stripe shape, and may be a triangle, a hexagon, or the like. However, in this case, the angle formed by the longitudinal direction of the side wall surface on each side of the protrusion and the a-axis of the substrate body is preferably 30 ° or less. Moreover, it is preferable that the angle which the longitudinal direction of the side wall surface in each side of a processus | protrusion and the a axis | shaft of a base film make is 5 degrees-30 degrees.
また、突起または種結晶膜を基板上に多数一定間隔で形成することも可能である。たとえば、円形、楕円形、三角形、四辺形等の多角形状など、さまざまな形状をした突起を、一定間隔で縦横に基板本体上に多数形成することができる。 It is also possible to form a large number of protrusions or seed crystal films on the substrate at regular intervals. For example, a large number of protrusions having various shapes such as a circular shape, an elliptical shape, a triangular shape, and a polygonal shape such as a quadrilateral shape can be formed on the substrate body vertically and horizontally at regular intervals.
次いで、種結晶膜上にフラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶を育成する。 Next, a group III metal nitride single crystal is grown on the seed crystal film by a flux method.
フラックスの種類は、III 族金属窒化物単結晶を生成可能である限り、特に限定されない。好適な実施形態においては、ナトリウム金属とカルシウム金属との少なくとも一方を含むフラックスを使用し、ナトリウム金属を含むフラックスが特に好ましい。 The type of flux is not particularly limited as long as a group III metal nitride single crystal can be produced. In a preferred embodiment, a flux containing at least one of sodium metal and calcium metal is used, and a flux containing sodium metal is particularly preferred.
フラックスには、目的とするIII 族金属窒化物単結晶の原料を混合し、使用する。このIII 族金属窒化物単結晶は、GaN、AlN、GaAlNである。好ましくはGaN、GaAlNである。 In the flux, the raw material of the target group III metal nitride single crystal is mixed and used. This group III metal nitride single crystal is GaN, AlN, or GaAlN. GaN and GaAlN are preferable.
フラックスを構成する原料は、目的とするIII 族金属窒化物単結晶に合わせて選択する。 The raw material constituting the flux is selected according to the target group III metal nitride single crystal.
ガリウム原料物質としては、ガリウム単体金属、ガリウム合金、ガリウム化合物を適用できるが、ガリウム単体金属が取扱いの上からも好適である。 As the gallium source material, a gallium simple metal, a gallium alloy, and a gallium compound can be applied, but a gallium simple metal is also preferable in terms of handling.
アルミニウム原料物質としては、アルミニウム単体金属、アルミニウム合金、アルミニウム化合物を適用できるが、アルミニウム単体金属が取扱いの上からも好適である。 As the aluminum raw material, an aluminum simple metal, an aluminum alloy, and an aluminum compound can be applied, but an aluminum simple metal is also preferable in terms of handling.
III 族金属窒化物単結晶の育成温度や育成時の保持時間は特に限定されず、目的とするIII 族金属窒化物単結晶の種類やフラックスの組成に応じて適宜変更する。一例では、ナトリウムまたはリチウム含有フラックスを用いて窒化ガリウム単結晶を育成する場合には、育成温度を800〜1000℃とすることができる。 The growth temperature and the holding time during the growth of the group III metal nitride single crystal are not particularly limited, and are appropriately changed according to the type of the target group III metal nitride single crystal and the composition of the flux. In one example, when a gallium nitride single crystal is grown using sodium or lithium-containing flux, the growth temperature can be set to 800 to 1000 ° C.
好適な実施形態においては、窒素ガスを含む混合ガスからなる雰囲気下でIII 族金属窒化物単結晶を育成する。雰囲気の全圧は特に限定されないが、フラックスの蒸発を防止する観点からは、10気圧以上が好ましく、30気圧以上が更に好ましい。ただし、圧力が高いと装置が大がかりとなるので、雰囲気の全圧は、200気圧以下が好ましく、100気圧以下が更に好ましい。 In a preferred embodiment, the group III metal nitride single crystal is grown in an atmosphere composed of a mixed gas containing nitrogen gas. The total pressure of the atmosphere is not particularly limited, but is preferably 10 atm or more, and more preferably 30 atm or more from the viewpoint of preventing evaporation of the flux. However, since the apparatus becomes large when the pressure is high, the total pressure of the atmosphere is preferably 200 atm or less, and more preferably 100 atm or less.
また、雰囲気中の窒素分圧も特に限定されないが、窒化ガリウム単結晶を育成する場合には10〜200気圧が好ましく、30〜100気圧が更に好ましい。窒化アルミニウム単結晶を育成する場合には、0.1〜50気圧が好ましく、1〜10気圧が更に好ましい。
雰囲気中の窒素以外のガスは限定されないが、不活性ガスが好ましく、アルゴン、ヘリウム、ネオンが特に好ましい。窒素以外のガスの分圧は、全圧から窒素ガス分圧を除いた値である。
Also, the nitrogen partial pressure in the atmosphere is not particularly limited, but when growing a gallium nitride single crystal, 10 to 200 atmospheres is preferable, and 30 to 100 atmospheres is more preferable. When growing an aluminum nitride single crystal, 0.1 to 50 atm is preferable, and 1 to 10 atm is more preferable.
A gas other than nitrogen in the atmosphere is not limited, but an inert gas is preferable, and argon, helium, and neon are particularly preferable. The partial pressure of a gas other than nitrogen is a value obtained by subtracting the nitrogen gas partial pressure from the total pressure.
本発明における実際の育成手法は特に限定されない。例えばるつぼ内でテンプレート基板をフラックス中に浸漬し、るつぼを耐圧容器に収容し、耐圧容器内に窒素含有雰囲気を供給しつつ加熱できる。また、テンプレート基板を所定位置に固定し、フラックスが収容されたルツボを上方向へと上昇させることにより、種結晶膜の表面にフラックスを接触させることができる。 The actual training method in the present invention is not particularly limited. For example, the template substrate can be immersed in a flux in a crucible, the crucible can be accommodated in a pressure resistant container, and heated while supplying a nitrogen-containing atmosphere in the pressure resistant container. In addition, the flux can be brought into contact with the surface of the seed crystal film by fixing the template substrate at a predetermined position and raising the crucible containing the flux upward.
(実施例1)
図3、図4を参照しつつ説明した方法に従い、窒化ガリウム単結晶を作製した。
Example 1
In accordance with the method described with reference to FIGS. 3 and 4, a gallium nitride single crystal was produced.
具体的には、直径4インチ、厚さ0.8mmのc面サファイア基板1の表面に、まず550℃にてGaN低温バッファ層を70nm成膜し、その後、厚さ30ミクロンのGaN薄膜2を1050℃にて気相法により成膜した。このGaNテンプレートの表面の外周部1.5mmの領域を除いた全面に、深さd=30ミクロン、幅G=600ミクロン、周期650ミクロンのストライプ状の溝5を形成した。種結晶膜3の幅Wは50ミクロンとなる。このとき、図5に示すように、ストライプ溝の方向XはGaN薄膜結晶のa軸と垂直方向とした。この溝部はサンドブラストにより形成した。また、外周部1.5mmの領域のGaN薄膜も同時にサンドブラストにより除去加工した。
Specifically, a GaN low-temperature buffer layer is first deposited to a thickness of 70 nm at 550 ° C. on the surface of a c-
次いで、フラックス法によって、テンプレート基板上に窒化ガリウム単結晶4を育成した。具体的には、まず、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で、内径φ120mmの育成容器内の底の中央に種結晶基板として溝加工したφ4インチGaNテンプレートを配置した。さらに金属ナトリウム130g、金属ガリウム90g、炭素350mgを育成容器内に充填した。この育成容器を耐熱金属製の容器に入れて密閉した後、結晶育成炉の揺動および回転が可能な台上に設置した。870℃に昇温しながら窒素ガスで4.5MPaに加圧、フラックス溶液を揺動および回転で撹拌しながら100時間保持することにより結晶成長させた。その後30時間かけて室温まで徐冷した。その後、結晶育成炉から育成容器を取り出し、エタノールを用いて、フラックスを除去し、成長した窒化ガリウム結晶板を回収した。
Next, the gallium nitride
得られた窒化ガリウム結晶板4は、大きさはφ4インチであり、厚さは約1.5mmであった。同条件で10枚結晶育成を行った結果、3枚において、サファイア基板から、成長した窒化ガリウム結晶4が全面剥離した。
The obtained gallium
(実施例2)
実施例1と同様に窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、サファイア基板の厚さTは0.9mmとした。得られた窒化ガリウム結晶板4は、大きさはφ4インチであり、厚さは約1.5mmであった。同条件で10枚結晶育成を行った結果、8枚において、サファイア基板から、成長した窒化ガリウム結晶4が全面剥離した。
(Example 2)
A gallium nitride single crystal was grown in the same manner as in Example 1. However, the thickness T of the sapphire substrate was 0.9 mm. The obtained gallium
(実施例3)
実施例1と同様に窒化ガリウム単結晶4を育成した。ただし、基板1の厚さは1.0mmとした。得られた窒化ガリウム結晶板は、大きさはφ4インチであり、厚さは約1.5mmであった。同条件で10枚結晶育成を行った結果、9枚において、基板1から、成長した窒化ガリウム結晶4が全面剥離した。
(Example 3)
A gallium nitride
(実施例4)
実施例1と同様に窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、基板1の厚さは1.1mmとした。得られた窒化ガリウム結晶板4は、大きさはφ4インチであり、厚さは約1.5mmであった。同条件で10枚結晶育成を行った結果、8枚において、サファイア基板から、成長した窒化ガリウム結晶4が全面剥離した。
Example 4
A gallium nitride single crystal was grown in the same manner as in Example 1. However, the thickness of the
(実施例5)
実施例1と同様に窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、基板1の厚さは1.2mmとした。得られた窒化ガリウム結晶板は、大きさはφ4インチであり、厚さは約1.5mmであった。同条件で10枚結晶育成を行った結果、4枚において、サファイア基板1から、成長した窒化ガリウム結晶4が全面剥離した。
(Example 5)
A gallium nitride single crystal was grown in the same manner as in Example 1. However, the thickness of the
(比較例1)
実施例1と同様に窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、サファイア厚さは0.6mmとした。大きさφ4インチ、厚さ約1.5mmの窒化ガリウム結晶がテンプレート基板上に成長した。同条件で10枚結晶育成を行った結果、すべてのサファイア基板1に多数クラックが発生しており、面積比で20〜60%のサファイアが窒化ガリウム単結晶に付着したままで、基板1は全面剥離しなかった。
(Comparative Example 1)
A gallium nitride single crystal was grown in the same manner as in Example 1. However, the sapphire thickness was 0.6 mm. A gallium nitride crystal having a size of 4 inches and a thickness of about 1.5 mm was grown on the template substrate. As a result of growing 10 crystals under the same conditions,
(比較例2)
実施例1と同様に窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、基板1の厚さは0.7mmとした。大きさφ4インチ、厚さ約1.5mmの窒化ガリウム結晶がテンプレート基板上に成長した。同条件で10枚結晶育成を行った結果、すべてのサファイア基板1に多数クラックが発生しており、面積比で10〜50%のサファイアが窒化ガリウム単結晶に付着したままで、基板1は全面剥離しなかった。
(Comparative Example 2)
A gallium nitride single crystal was grown in the same manner as in Example 1. However, the thickness of the
(比較例3)
実施例1と同様に窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、サファイア基板1の厚さは1.3mmとした。大きさφ4インチ、厚さ約1.5mmの窒化ガリウム結晶がテンプレート基板上に成長した。同条件で10枚結晶育成を行った結果、すべてのサファイア基板1に多数クラックが発生しており、面積比で10〜50%のサファイアが窒化ガリウム単結晶に付着したままで、基板1は全面剥離しなかった。
(Comparative Example 3)
A gallium nitride single crystal was grown in the same manner as in Example 1. However, the thickness of the
(比較例4)
実施例1と同様に窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、サファイア基板1の厚さは1.4mmとした。大きさφ4インチ、厚さ約1.5mmの窒化ガリウム結晶がテンプレート基板上に成長した。同条件で10枚結晶育成を行った結果、すべての基板1に多数クラックが発生しており、面積比で20〜60%のサファイアが窒化ガリウム単結晶に付着したままで、基板1は全面剥離しなかった。
実施例1〜5、比較例1〜4のデータを図6に示す。
(Comparative Example 4)
A gallium nitride single crystal was grown in the same manner as in Example 1. However, the thickness of the
The data of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-4 are shown in FIG.
本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。 Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to these specific embodiments and can be implemented with various changes and modifications without departing from the scope of the claims.
Claims (9)
前記種結晶膜上にフラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶を育成する育成工程;
を有する方法であって、
前記基板の厚さが0.8mm以上、1.2mm以下であり、前記基板がサファイアからなり、前記フラックス法によって育成される前記III 族金属窒化物単結晶が窒化ガリウム単結晶、窒化アルミニウム単結晶または窒化アルミニウムガリウム単結晶からなることを特徴とする、III 族金属窒化物単結晶の製造方法。 Forming a seed crystal film of a group III metal nitride single crystal on the substrate, and forming a non-growth surface not covered by the seed crystal film on the substrate; and on the seed crystal film; A growth process for growing a group III metal nitride single crystal by a flux method;
A method comprising:
The thickness of the substrate is 0.8mm or more, 1.2 mm Ri der hereinafter, the substrate is made of sapphire, the group III metal nitride single crystal gallium nitride single crystal is grown by the flux method, the aluminum nitride single characterized Rukoto such a crystal or aluminum gallium nitride single crystal, manufacturing method of a group III metal nitride single crystal.
The method according to claim 1, wherein the grown group III metal nitride single crystal is naturally separated from the seed crystal film.
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