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窒化物半導体結晶、製造方法および製造装置

国内特許コード P170014020
整理番号 (S2013-1388-N0)
掲載日 2017年4月7日
出願番号 特願2015-536448
出願日 平成26年9月10日(2014.9.10)
国際出願番号 JP2014004655
国際公開番号 WO2015037232
国際出願日 平成26年9月10日(2014.9.10)
国際公開日 平成27年3月19日(2015.3.19)
優先権データ
  • 特願2013-188805 (2013.9.11) JP
発明者
  • 纐纈 明伯
  • 熊谷 義直
  • 村上 尚
出願人
  • 国立大学法人東京農工大学
発明の名称 窒化物半導体結晶、製造方法および製造装置
発明の概要 結晶の直径が4インチ以上、かつ、反りの曲率半径が100m以上であり、結晶の不純物濃度が1×1017/cm以下である窒化物半導体結晶を提供する。基板を用意する工程と、分圧が9.0×10-3atm以上である三ハロゲン化ガリウムガスを基板上に供給する工程と、基板上に、GaN結晶を-C軸方向に成長させる工程とを備え、GaN結晶の成長温度が1200℃以上である窒化物半導体結晶の製造方法、もしくは、基板を用意する工程と、分圧が9.0×10-3atm以上である三ハロゲン化アルミニウムガスを基板上に供給する工程と、基板上に、AlN結晶を-C軸方向に成長させる工程とを備え、AlN結晶の成長温度が1400℃以上である窒化物半導体結晶の製造方法を提供する。
従来技術、競合技術の概要


従来、レーザーダイオード(LD)、発光ダイオード(LED)、ソーラーセル、パワーデバイス等様々な分野において、窒化物半導体結晶が利用されている。



トリハライド気相成長法(THVPE法、Tri-halide Vapor Phase Epitaxy)は、ハイドライド気相成長法(HVPE法、Hydride Vapor Phase Epitaxy)に比べて、高温、かつ、高速に窒化物半導体結晶を成長できる。

産業上の利用分野


本発明は、窒化物半導体結晶、製造方法および製造装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
基板を用意する工程と、
分圧が9.0×10-3atm以上である三ハロゲン化ガリウムガスを前記基板上に供給する工程と、
前記基板上に、GaN結晶を-C軸方向に成長させる工程と
を備え、
前記GaN結晶の成長温度が1200℃以上である窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項2】
金属ガリウムとハロゲンガスとを反応させて一ハロゲン化ガリウムガスを生成する第1工程と、
生成した前記一ハロゲン化ガリウムガスとハロゲンガスとを反応させて前記三ハロゲン化ガリウムガスを生成する第2工程と
をさらに備える請求項1に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項3】
基板を用意する工程と、
分圧が9.0×10-3atm以上である三ハロゲン化アルミニウムガスを前記基板上に供給する工程と、
前記基板上に、AlN結晶を-C軸方向に成長させる工程と
を備え、
前記AlN結晶の成長温度が1400℃以上である窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項4】
金属アルミニウムとハロゲンガスとを反応させて前記三ハロゲン化アルミニウムガスを生成する第1工程と
をさらに備える請求項3に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項5】
前記第1工程が行われる第1反応室と前記第2工程が行われる第2反応室の間の抑制構造において、前記第1工程で生成された前記一ハロゲン化ガリウムガスの濃度が低下することを抑制する請求項2に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項6】
前記抑制構造は、前記第1反応室および前記第2反応室の間の経路であり、
前記経路の断面積は、前記第1反応室および前記第2反応室の断面積よりも小さい請求項5に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項7】
前記第2反応室は、前記三ハロゲン化ガリウムガスの流速を減速させる複数の仕切り板を備える請求項5または6に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項8】
前記基板は、前記窒化物半導体結晶と異なる材料である請求項1から7のいずれか一項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項9】
前記第1工程が行われる第1反応室に供給される前記ハロゲンガスの分圧は、9.0×10-3atm以上である請求項2または4に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項10】
前記GaN結晶、もしくは、前記AlN結晶を-C軸方向に成長させる工程の後に、前記窒化物半導体結晶の上面を切り出す工程と、切り出された前記窒化物半導体結晶の上面にさらに結晶を成長させる工程と、を繰り返す工程
をさらに備える請求項1から9のいずれか一項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項11】
前記三ハロゲン化ガリウムガス、または、前記三ハロゲン化アルミニウムガスは、それぞれ三塩化ガリウムガス、または、三塩化アルミニウムガスである請求項1から10のいずれか一項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項12】
前記GaN結晶、もしくは、前記AlN結晶を-C軸方向に成長させる工程は、THVPE法(トリハライド気相成長法)で成長させる請求項1から11のいずれか一項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項13】
分圧が9.0×10-3atm以上である三ハロゲン化ガリウムガスを生成して、基板上に供給するガス供給部と、
前記基板が設置され、前記基板上に、GaN結晶を-C軸方向に成長させる成長室と、
前記GaN結晶の成長温度を1200℃以上に制御する温度制御部と
を備える窒化物半導体結晶の製造装置。

【請求項14】
前記ガス供給部は、
金属ガリウムとハロゲンガスとを反応させて一ハロゲン化ガリウムガスを生成する第1反応室と、
生成した前記一ハロゲン化ガリウムガスとハロゲンガスとを反応させて前記三ハロゲン化ガリウムガスを生成する第2反応室と
を備える請求項13に記載の窒化物半導体結晶の製造装置。

【請求項15】
分圧が9.0×10-3atm以上である三ハロゲン化アルミニウムガスを生成して、基板上に供給するガス供給部と、
前記基板が設置され、前記基板上に、AlN結晶を-C軸方向に成長させる成長室と、
前記AlN結晶の成長温度を1400℃以上に制御する温度制御部と
を備える窒化物半導体結晶の製造装置。

【請求項16】
前記ガス供給部は、
金属アルミニウムとハロゲンガスとを反応させて前記三ハロゲン化アルミニウムガスを生成する第1反応室と
を備える請求項15に記載の窒化物半導体結晶の製造装置。

【請求項17】
前記第1反応室において生成された前記一ハロゲン化ガリウムガスの濃度が低下することを抑制する抑制構造を、前記第1反応室と前記第2反応室との間に備える請求項14に記載の窒化物半導体結晶の製造装置。

【請求項18】
前記抑制構造は、前記第1反応室および前記第2反応室の間の経路であり、
前記経路の断面積は、前記第1反応室および前記第2反応室の断面積よりも小さい請求項17に記載の窒化物半導体結晶の製造装置。

【請求項19】
前記第2反応室は、前記三ハロゲン化ガリウムガスの流速を減速させる複数の仕切り板を備える請求項14に記載の窒化物半導体結晶の製造装置。

【請求項20】
前記第1反応室に供給される前記ハロゲンガスの分圧は、9.0×10-3atm以上である請求項14または16に記載の窒化物半導体結晶の製造装置。

【請求項21】
結晶の直径が4インチ以上、かつ、反りの曲率半径が100m以上であり、
前記結晶の不純物濃度が1×1017/cm以下であり、
前記結晶は、GaN結晶、もしくは、AlN結晶である窒化物半導体結晶。

【請求項22】
-C面の結晶面積が、+C面の結晶面積よりも大きい請求項21に記載の窒化物半導体結晶。

【請求項23】
100μm以上の厚みを有する請求項21または22に記載の窒化物半導体結晶。

【請求項24】
-C面の転位密度が1×10cm-2以下である請求項21から23のいずれか一項に記載の窒化物半導体結晶。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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