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NITRIDE SEMICONDUCTOR CRYSTAL, MANUFACTURING METHOD, AND MANUFACTURING APPARATUS

Foreign code F150008384
Posted date Jul 13, 2015
Country WIPO
International application number 2014JP004655
International publication number WO 2015037232
Date of international filing Sep 10, 2014
Date of international publication Mar 19, 2015
Priority data
  • P2013-188805 (Sep 11, 2013) JP
Title NITRIDE SEMICONDUCTOR CRYSTAL, MANUFACTURING METHOD, AND MANUFACTURING APPARATUS
Abstract Provided is a nitride semiconductor crystal, the diameter of the crystal being at least 4 inches, the curvature radius of warping thereof being at least 100 m, and the concentration of impurities in the crystal being 1×1017/cm3 or less. Also provided is: a method for manufacturing a nitride semiconductor crystal for which the growth temperature of a GaN crystal is at least 1200°C, the method provided with a step for preparing a substrate, a step for supplying trihalogenated gallium gas at a partial pressure of 9.0×10-3 atm or greater onto the substrate, and a step for growing a GaN crystal on the substrate in the –C axis direction; or a method for manufacturing a nitride semiconductor crystal for which the growth temperature of an AlN crystal is at least 1400°C, the method provided with a step for preparing a substrate, a step for supplying trihalogenated aluminum gas at a partial pressure of 9.0×10-3 atm or greater onto the substrate, and a step for growing an AlN crystal on the substrate in the –C axis direction.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
Conventional, laser diode (LD), light emitting diode (LED), solar cell, power devices and the like in various fields, nitride semiconductor crystal is used.
Vapor phase growth method trihalide (THVPE method, Tri-halide Vapor Phase Epitaxy) is, hydride vapor phase epitaxy method (HVPE method, Hydride Vapor Phase Epitaxy) as compared with, high temperature, and, the growth of the nitride semiconductor crystal at high speed.
Scope of claims (In Japanese)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1×10 17/cm 3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1×10 5cm -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。

  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULTURE AND TECHNOLOGY
  • Inventor
  • KOUKITU, Akinori
  • KUMAGAI, Yoshinao
  • MURAKAMI, Hisashi
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BN BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IR IS JP KE KG KN KP KR KZ LA LC LK LR LS LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PA PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SA SC SD SE SG SK SL SM ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW KM ML MR NE SN ST TD TG
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