特許 6333427 ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6333427

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/38 20060101AFI20180521BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/38 D

【請求項の数】12

【外国語出願】

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-23920(P2017-23920)

(22)【出願日】2017年2月13日

(62)【分割の表示】特願2015-533041(P2015-533041)の分割

【原出願日】2013年3月15日

(65)【公開番号】特開2017-81824(P2017-81824A)

(43)【公開日】2017年5月18日

【審査請求日】2017年2月13日

(31)【優先権主張番号】61/705,540

(32)【優先日】2012年9月25日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】510123264

【氏名又は名称】シックスポイント マテリアルズ， インコーポレイテッド

(73)【特許権者】

【識別番号】308007273

【氏名又は名称】ソウル セミコンダクター カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】橋本 忠朗

(72)【発明者】

【氏名】エドワード レッツ

(72)【発明者】

【氏名】シエラ ホフ

【審査官】 村岡 一磨

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５１６５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３１０２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成るＩＩＩ族窒化物のインゴットを成長させる方法であって、
（ａ）第１のＩＩＩ族窒化物結晶をシードの第１の面上に成長させることと、
（ｂ）第２のＩＩＩ族窒化物結晶を前記シードの第２の面上に成長させることと
を含み、前記シードは、
（１）第１の層であって、前記第１の層は、
ａ）第１のＩＩＩ族窒化物ウエハであって、前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハは、
１）第１の結晶格子配向と、
２）前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁と
を有する、第１のＩＩＩ族窒化物ウエハと、
ｂ）第２のＩＩＩ族窒化物ウエハであって、前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハは、
１）第２の結晶格子配向と、
２）前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁と
を有する、第２のＩＩＩ族窒化物ウエハと
から成り、
ｃ）前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハは、前記第１の層における前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁に隣接するその第１の縁を有し、
ｄ）前記第１の結晶格子配向は、前記第１の層における前記第２の結晶格子配向と同一である、
第１の層と、
（２）第２の層であって、前記第２の層は、
ａ）第３のＩＩＩ族窒化物ウエハであって、前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハは、
１）第３の結晶格子配向と、
２）前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁と
を有する、第３のＩＩＩ族窒化物ウエハと、
ｂ）第４のＩＩＩ族窒化物ウエハであって、前記第４のＩＩＩ族窒化物ウエハは、
１）第４の結晶格子配向と、
２）前記第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁と
を有する、第４のＩＩＩ族窒化物ウエハと
を備え、
ｃ）前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハは、前記第２の層における前記第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁に隣接するその第１の縁を有し、
ｄ）前記第３の結晶格子配向は、前記第２の層における前記第４の結晶格子配向と同じである、
第２の層と
を備え、
（３）前記第１の層の前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁は、前記第２の層の前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面に位置付けられ、
（４）前記第１の層の前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁は、前記第２の層の前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面に位置付けられ、
（５）前記第２の層の前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁は、前記第１の層の前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面に位置付けられ、
（６）前記第２の層の前記第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁は、前記第１の層の前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面に位置付けられ、
（７）前記第１の層の前記第１のウエハの結晶格子配向は、前記第２の層の前記第３のウエハの結晶格子配向と一致する、
方法。

【請求項2】

前記第１、第２、第３、および第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの結晶格子配向は、＋／−１０度以内の不整配向を有するｃ−平面であり、前記第１、第２、第３、および第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面は、互に対向し、前記第１、第２、第３、および第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの第２の面は、窒素極性表面である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１および第２のＩＩＩ族窒化物結晶は、超臨界アンモニア中で同時に成長させられる、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項4】

接着層が、前記第１の層と前記第２の層との間に挿入され、前記層を一緒に接着させる、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

前記接着層は、金属である、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記金属は、ガリウムまたはインジウムを含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記ＩＩＩ族窒化物ウエハから成る、前記第１および第２の層は、圧力を与えることによって、一緒に取り付けられる、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

前記第１の層は、長縁を有し、前記第１の層の長縁は、＋／−１０度以内の不整配向を伴って、前記第１のウエハおよび前記第２のウエハのａ−平面に整列させられている、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

前記第２の層は、長縁を有し、前記第２の層の長縁は、＋／−１０度以内の不整配向を伴って、前記第３のウエハおよび前記第４のウエハのａ−平面に整列させられている、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。

【請求項10】

前記ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウムを含む、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。

【請求項11】

ＩＩＩ族窒化物シードであって、
（１）第１の層であって、前記第１の層は、
ａ）第１のＩＩＩ族窒化物ウエハであって、前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハは、前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁を有する、第１のＩＩＩ族窒化物ウエハと、
ｂ）第２のＩＩＩ族窒化物ウエハであって、前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハは、前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁を有する、第２のＩＩＩ族窒化物ウエハと
とから成り、
ｃ）前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハは、前記第１の層における前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの前記第１の縁に隣接するその第１の縁を有する、第１の層と、
（２）第２の層であって、前記第２の層は、
ａ）第３のＩＩＩ族窒化物ウエハであって、前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハは、前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁を有する、第３のＩＩＩ族窒化物ウエハと、
ｂ）第４のＩＩＩ族窒化物ウエハであって、前記第４のＩＩＩ族窒化物ウエハは、前記第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁を有する、第４のＩＩＩ族窒化物ウエハと
から成り、
ｃ）前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハは、前記第２の層における前記第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの前記第１の縁に隣接するその第１の縁を有する、第２の層と
を備え、
（３）前記第１の層の前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁は、前記第２の層の前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面に位置付けられ、
（４）前記第１の層の前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁は、前記第２の層の前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面に位置付けられ、
（５）前記第２の層の前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁は、前記第１の層の前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面に位置付けられ、
（６）前記第２の層の前記第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁は、前記第１の層の前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面に位置付けられる、ＩＩＩ族窒化物シード。

【請求項12】

ＩＩＩ族窒化物インゴットであって、
（１）第１の層であって、前記第１の層は、
ａ）第１のＩＩＩ族窒化物シードであって、前記第１のＩＩＩ族窒化物シードは、前記第１のＩＩＩ族窒化物シードの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁を有する、第１のＩＩＩ族窒化物シードと、
ｂ）第２のＩＩＩ族窒化物シードであって、前記第２のＩＩＩ族窒化物シードは、前記第２のＩＩＩ族窒化物シードの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁を有する、第２のＩＩＩ族窒化物シードと
から成り、
ｃ）前記第２のＩＩＩ族窒化物シードは、前記第１の層における前記第１のＩＩＩ族窒化物シードの前記第１の縁に隣接するその第１の縁を有する、第１の層と、
（２）第２の層であって、前記第２の層は、
ａ）第３のＩＩＩ族窒化物シードであって、前記第３のＩＩＩ族窒化物シードは、前記第３のＩＩＩ族窒化物シードの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁を有する、第３のＩＩＩ族窒化物シードと、
ｂ）第４のＩＩＩ族窒化物シードであって、前記第４のＩＩＩ族窒化物シードは、前記第４のＩＩＩ族窒化物シードの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁を有する、第４のＩＩＩ族窒化物シードと
から成り、
ｃ）前記第３のＩＩＩ族窒化物シードは、前記第２の層における前記第４のＩＩＩ族窒化物シードの前記第１の縁に隣接するその第１の縁を有する、第２の層と
を備え、
（３）前記第１の層の前記第１のＩＩＩ族窒化物シードの第１の縁は、前記第２の層の前記第３のＩＩＩ族窒化物シードの第１の面に位置付けられ、
（４）前記第１の層の前記第２のＩＩＩ族窒化物シードの第１の縁は、前記第２の層の前記第３のＩＩＩ族窒化物シードの第１の面に位置付けられ、
（５）前記第２の層の前記第３のＩＩＩ族窒化物シードの第１の縁は、前記第１の層の前記第２のＩＩＩ族窒化物シードの第１の面に位置付けられ、
（６）前記第２の層の前記第４のＩＩＩ族窒化物シードの第１の縁は、前記第１の層の前記第２のＩＩＩ族窒化物シードの第１の面に位置付けられる、ＩＩＩ族窒化物インゴット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の引用）
本願は、米国特許出願第６１／７０５，５４０号（２０１２年９月２５日出願、発明者：Ｔａｄａｏ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｅｄｗａｒｄ Ｌｅｔｔｓ、および、Ｓｉｅｒｒａ
Ｈｏｆｆ、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＧＲＯＷＩＮＧ ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ」）を基礎とする優先権を主張し、該出願は、以下に完全に記載される場合と同様に、参照により本明細書に引用される。

【0002】

本願は、以下の米国特許出願に関連する。

【0003】

ＰＣＴ特許出願第ＵＳ２００５／０２４２３９号（２００５年７月８日出願、Ｋｅｎｊｉ Ｆｕｊｉｔｏ，Ｔａｄａｏ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ、および、Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＧＲＯＷＩＮＧ ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＩＮ ＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬ ＡＭＭＯＮＩＡ ＵＳＩＮＧ ＡＮ ＡＵＴＯＣＬＡＶＥ」、代理人事件番号３０７９４．０１２９−ＷＯ−０１（２００５−３３９−１））。

【0004】

米国特許出願第１１／７８４，３３９号（２００７年４月６日出願、Ｔａｄａｏ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍａｋｏｔｏ Ｓａｉｔｏ、および、Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＧＲＯＷＩＮＧ ＬＡＲＧＥ ＳＵＲＦＡＣＥ ＡＲＥＡ
ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＩＮ ＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬ ＡＭＭＯＮＩＡ ＡＮＤ ＬＡＲＧＥ ＳＵＲＦＡＣＥ ＡＲＥＡ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ」、代理人事件番号３０７９４．１７９−ＵＳ−Ｕ１（２００６−２０４））、該出願は、米国特許法§１１９（ｅ）に基づき、米国仮特許出願第６０／７９０，３１０号（２００６年４月７日出願、Ｔａｄａｏ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍａｋｏｔｏ Ｓａｉｔｏ、および、Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＧＲＯＷＩＮＧ ＬＡＲＧＥ ＳＵＲＦＡＣＥ ＡＲＥＡ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＩＮ ＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬ ＡＭＭＯＮＩＡ ＡＮＤ ＬＡＲＧＥ ＳＵＲＦＡＣＥ ＡＲＥＡ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ」、代理人事件番号３０７９４．１７９−ＵＳ−Ｐ１（２００６−２０４））の利益を主張する。

【0005】

米国特許出願第６０／９７３，６６２号（２００７年９月１９日出願、Ｔａｄａｏ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ、および、Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ、名称「ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＵＬＫ ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＡＮＤ ＴＨＥＩＲ ＧＲＯＷＴＨ ＭＥＴＨＯＤ」、代理人事件番号３０７９４．２４４−ＵＳ−Ｐ１（２００７−８０９−１））。

【0006】

米国特許出願第１１／９７７，６６１号（２００７年１０月２５日出願、Ｔａｄａｏ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＧＲＯＷＩＮＧ ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＩＮ Ａ ＭＩＸＴＵＲＥ ＯＦ ＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬ ＡＭＭＯＮＩＡ ＡＮＤ ＮＩＴＲＯＧＥＮ ＡＮＤ ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＧＲＯＷＮ ＴＨＥＲＥＢＹ」、代理人事件番号３０７９４．２５３−ＵＳ−Ｕ１（２００７−７７４−２））。

【0007】

米国特許出願第６１／０６７，１１７号（２００８年２月２５日出願、Ｔａｄａｏ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｅｄｗａｒｄ Ｌｅｔｔｓ，Ｍａｓａｎｏｒｉ Ｉｋａｒｉ、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＷＡＦＥＲＳ ＡＮＤ ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＷＡＦＥＲＳ」、代理人事件番号６２１５８−３０００２．００）。

【0008】

米国特許出願第６１／０５８，９００号（２００８年６月４日出願、Ｔａｄａｏ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍａｓａｎｏｒｉ Ｉｋａｒｉ、名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＣＲＹＳＴＡＬＬＩＮＩＴＹ ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＦＲＯＭ ＩＮＩＴＩＡＬ ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＳＥＥＤ ＢＹ ＡＭＭＯＮＯＴＨＥＲＭＡＬ ＧＲＯＷＴＨ」、代理人事件番号６２１５８−３０００４．００）。

【0009】

米国特許出願第６１／０５８，９１０号（２００８年６月４日出願、Ｔａｄａｏ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｅｄｗａｒｄ Ｌｅｔｔｓ，Ｍａｓａｎｏｒｉ Ｉｋａｒｉ、名称「ＨＩＧＨ−ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＶＥＳＳＥＬ ＦＯＲ ＧＲＯＷＩＮＧ ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＧＲＯＷＩＮＧ
ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＵＳＩＮＧ ＨＩＧＨ−ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＶＥＳＳＥＬ ＡＮＤ ＧＲＯＵＰ ＩＩＩ ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＲＹＳＴＡＬ」、代理人事件番号６２１５８−３０００５．００）。

【0010】

米国特許出願第６１／１３１，９１７（２００８年６月１２日出願、Ｔａｄａｏ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍａｓａｎｏｒｉ Ｉｋａｒｉ，Ｅｄｗａｒｄ Ｌｅｔｔｓ、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＴＥＳＴＩＮＧ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＷＡＦＥＲＳ ＡＮＤ
ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＷＡＦＥＲＳ ＷＩＴＨ ＴＥＳＴ ＤＡＴＡ」、代理人事件番号６２１５８−３０００６．００）。

【0011】

これらの出願は、以下に完全に記載される場合と同様に、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。

【0012】

（発明の分野）
本発明は、発光ダイオード、（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、光検出器、およびトランジスタ等の光電子および電子素子を含む、種々の素子製作のためのＩＩＩ族窒化物ウエハを製作するために使用される、ＩＩＩ族窒化物結晶に関する。

【背景技術】

【0013】

（注：本特許出願は、括弧内の数字、例えば、［ｘ］を用いて示されるように、いくつかの刊行物および特許を参照する。これらの刊行物および特許の一覧は、「参考文献」という表題の項に見出すことができる。）
窒化ガリウム（ＧａＮ）およびその関連ＩＩＩ族窒化物合金は、ＬＥＤ、ＬＤ、マイクロ波電力トランジスタ、およびソーラー・ブラインド型光検出器等の種々の光電子および電子素子のための重要な材料である。しかしながら、これらの素子の大部分は、ＧａＮウエハが、ヘテロエピタキシャル基板と比較して、非常に高価であるため、サファイアおよび炭化ケイ素等の異種基板（または、ウエハ）上にエピタキシャルに成長させられる。ＩＩＩ族窒化物のヘテロエピタキシャル成長は、著しく欠陥またはさらに亀裂がある膜を生じさせ、そのような高電力マイクロ波トランジスタ等の高性能電子素子の実現を妨害する。

【0014】

へテロエピタキシによって生じるあらゆる基本問題を解決するために、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶からスライスされたＩＩＩ族窒化物ウエハを利用することが不可欠である。素子の大部分に対して、ＧａＮウエハは、ウエハの伝導性を制御することが比較的に容易であり、ＧａＮウエハが、素子層の大部分と最小格子／熱不整合を提供するであろうため、好ましい。しかしながら、高溶融点および高温における高窒素蒸気圧のため、バルクＧａＮ結晶を成長させることは困難である。現在、市販のＧａＮウエハの大部分は、水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）と呼ばれる方法によって生産される。ＨＶＰＥは、気相エピタキシャル膜成長であり、したがって、バルク形状のＩＩＩ族窒化物結晶を生産することが困難である。結晶厚の限界のため、線欠陥（例えば、転位）および粒界の典型的密度は、約１０^５ｃｍ^−２の高いものから１０^６ｃｍ^−２の低いものまで及ぶ。

【0015】

転位および／または粒界の密度が１０^６ｃｍ^−２未満である高品質ＩＩＩ族窒化物ウエハを得るために、ＩＩＩ族窒化物結晶を超臨界アンモニア中で成長させる、アモノサーマル成長と呼ばれる新しい方法が、開発されている［１−６］。現在、１０^６ｃｍ^−２未満の転位および／または粒界の密度を有する高品質ＧａＮウエハは、アモノサーマル成長によって得られることができる。アモノサーマル成長は、合成石英の水熱成長に類似する。石英の水熱成長では、自然に成長させられた石英結晶が、シード結晶として使用されることができる。しかしながら、ＩＩＩ族窒化物の自然結晶がないことにより、ＩＩＩ族窒化物の人工的に成長させられた結晶が、アモノサーマル成長では、シード結晶として使用されなければならない。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明は、ＩＩＩ族窒化物のインゴットを成長させる方法を提供する。ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物結晶は、アモノサーマル法によって、シードの両側に成長させられ、インゴットを形成し、インゴットは、ウエハにスライスされる。第一世代のシードを含むウエハは、第一世代のシードを含むウエハが破断しないように、他のウエハより厚くスライスされる。第一世代のシード結晶を含むウエハは、次のアモノサーマル成長のためのシードとして使用されることができる。

【0017】

本発明はまた、各縁が１つの層上に取り付けられ、第１の層における縁が、第２の層の縁に対して互い違いにされた状態で、複数のＩＩＩ族窒化物ウエハを２つの層に設置することによって、インゴットのサイズを拡大させる方法を提供する。
例えば、本が発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成るＩＩＩ族窒化物を作製する方法であって、
（ａ）第１のＩＩＩ族窒化物結晶を第一世代のシードの第１の面上に成長させ、第２のＩＩＩ族窒化物結晶を前記第一世代のシードの第２の面上に成長させ、第１のＩＩＩ族窒化物のインゴットを形成することと、
（ｂ）前記第１のインゴットを第１、第２、および第３のウエハにスライスすることと
を含み、
前記第１のウエハは、前記第一世代のシードを含み、前記第１のウエハは、前記第２のウエハおよび前記第３のウエハの各々の厚さより大きい厚さを有し、前記第一世代のシードを含む前記第１のウエハの厚さは、前記第１のウエハの破断を回避するために十分に大きい、方法。
（項目２）
第３のＩＩＩ族窒化物結晶を前記第１のウエハの第１の面上に成長させ、第４のＩＩＩ族窒化物結晶を前記第１のウエハの第２の面上に成長させることをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記第一世代のシードを含むウエハの表面上に露出された亀裂は、次の成長の間に埋設される、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記第一世代のシードを含む前記第１のウエハの両表面は、前記第一世代のシード上に成長させられたＩＩＩ族窒化物結晶で被覆される、項目１−３のいずれかに記載の方法。
（項目５）
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、超臨界アンモニア中で成長させられる、項目１−４のいずれかに記載の方法。
（項目６）
前記インゴットは、前記第一世代のシードを含むウエハに対して異なるワイヤピッチを有する多ワイヤソーを用いて、ウエハにスライスされる、項目１−５のいずれかに記載の方法。
（項目７）
前記第一世代のシードは、窒素極性表面が両面上に露出されるように、ＩＩＩ族極性表面がともに対向した状態で、ｃ−平面（＋／−１０度以内の不整配向）ＩＩＩ族窒化物ウエハの２つの断片を備えている、項目１−６のいずれかに記載の方法。
（項目８）
前記ｃ−平面（＋／−１０度以内の不整配向）ＩＩＩ族窒化物ウエハの面内結晶配向は、ともに一致している、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記ＩＩＩ族窒化物結晶内に生成された亀裂は、前記ｃ−平面（＋／−１０度以内の不整配向）ＩＩＩ族窒化物ウエハの界面に伝搬しない、項目７または項目８に記載の方法。
（項目１０）
前記ｃ−平面（＋／−１０度以内の不整配向）ＩＩＩ族窒化物ウエハの形状およびサイズは、一致しており、それによって、ＩＩＩ族極性表面の最小面積が露出されている、項目７−９のいずれかに記載の方法。
（項目１１）
前記第一世代のシードは、窒素極性表面が両面上に露出されるように、ＩＩＩ族極性表面がともに対向した状態で、ｃ−平面（＋／−１０度以内の不整配向）ＩＩＩ族窒化物ウエハの２つの層を備え、各層は、縁を揃えて配列されたｃ−平面（＋／−１０度以内の不整配向）ＩＩＩ族窒化物ウエハの複数の断片から成り、前記第１の層における前記ｃ−平面（＋／−１０度以内の不整配向）ＩＩＩ族窒化物ウエハの縁は、前記第２の層における前記ｃ−平面（＋／−１０度以内の不整配向）ＩＩＩ族窒化物ウエハの縁に対応せず、前記第１および第２の層における全ウエハの面内結晶配向は、一致している、項目１−６のいずれかに記載の方法。
（項目１２）
前記ＩＩＩ族窒化物結晶内に生成される亀裂は、ｃ−平面（＋／−１０度以内の不整配向）ＩＩＩ族窒化物ウエハの前記２つの層の界面に伝搬しない、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
各層のサイズおよび形状は、一致しており、それによって、ＩＩＩ族極性表面の最小面積が露出されている、項目１１または項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記層のより長い寸法の縁は、ａ−平面（＋／−１０度以内の不整配向）に整列させられている、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウムを含む、項目１−１４のいずれかに記載の方法。
（項目１６）
前記第２のウエハは、前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶から形成され、前記第３のウエハは、前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶から形成されている、項目１−１５のいずれかに記載の方法。
（項目１７）
前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶は、ある結晶構造極性を有し、前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶は、前記結晶構造極性を有する、項目１−１６のいずれかに記載の方法。
（項目１８）
前記第２のおよび第３のウエハは、３つ以上の複数のウエハの部材であり、前記第１のウエハは、前記複数のウエハの各ウエハより厚い、項目１−１７のいずれかに記載の方法。
（項目１９）
Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成るＩＩＩ族窒化物のインゴットを成長させる方法であって、
（ａ）第１のＩＩＩ族窒化物結晶をシードの第１の面上に成長させることと、
（ｂ）第２のＩＩＩ族窒化物結晶を前記シードの第２の面上に成長させることと
を含み、前記シードは、
（１）第１の層であって、前記第１の層は、
ａ）第１のＩＩＩ族窒化物ウエハであって、前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハは、
１）第１の結晶格子配向と、
２）前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁と
を有する、第１のＩＩＩ族窒化物ウエハと、
ｂ）第２のＩＩＩ族窒化物ウエハであって、前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハは、
１）第２の結晶格子配向と、
２）前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁と
を有する、第２のＩＩＩ族窒化物ウエハと
から成り、
ｃ）前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハは、前記第１の層における前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁に隣接するその第１の縁を有し、
ｄ）前記第１の結晶格子配向は、前記第１の層における前記第２の結晶格子配向と同一である、
第１の層と、
（２）第２の層であって、前記第２の層は、
ａ）第３のＩＩＩ族窒化物ウエハであって、前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハは、
１）第３の結晶格子配向と、
２）前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁と
を有する、第３のＩＩＩ族窒化物ウエハと、
ｂ）第４のＩＩＩ族窒化物ウエハであって、前記第４のＩＩＩ族窒化物ウエハは、
１）第４の結晶格子配向と、
２）前記第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面および第２の面に隣接する第１の縁と
を有する、第４のＩＩＩ族窒化物ウエハと
を備え、
ｃ）前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハは、前記第２の層における前記第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁に隣接するその第１の縁を有し、
ｄ）前記第３の結晶格子配向は、前記第２の層における前記第４の結晶格子配向と同じである、
第２の層と
を備え、
（３）前記第１の層の前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁は、前記第２の層の前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面に位置付けられ、
（４）前記第１の層の前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁は、前記第２の層の前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面に位置付けられ、
（５）前記第２の層の前記第３のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁は、前記第１の層の前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面に位置付けられ、
（６）前記第２の層の前記第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の縁は、前記第１の層の前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面に位置付けられ、
（７）前記第１の層の前記第１のウエハの結晶格子配向は、前記第２の層の前記第３のウエハの結晶格子配向と一致する、
方法。
（項目２０）
前記第１、第２、第３、および第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの結晶格子配向は、＋／−１０度以内の不整配向を有するｃ−平面であり、前記第１、第２、第３、および第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の面は、互に対向し、前記第１、第２、第３、および第４のＩＩＩ族窒化物ウエハの第２の面は、窒素極性表面である、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
前記第１および第２のＩＩＩ族窒化物結晶は、超臨界アンモニア中で同時に成長させられる、項目１９または項目２０に記載の方法。
（項目２２）
接着層が、前記第１の層と前記第２の層との間に挿入され、前記層を一緒に接着させる、項目１９−２１のいずれかに記載の方法。
（項目２３）
前記接着層は、金属である、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記金属は、ガリウムまたはインジウムを含む、項目２３に記載の方法。
（項目２５）
前記ＩＩＩ族窒化物ウエハから成る、前記第１および第２の層は、圧力を与えることによって、一緒に取り付けられる、項目１９−２４のいずれかに記載の方法。
（項目２６）
前記第１の層は、長縁を有し、前記第１の層の長縁は、＋／−１０度以内の不整配向を伴って、前記第１のウエハおよび前記第２のウエハのａ−平面に整列させられている、項目１９−２５のいずれかに記載の方法。
（項目２７）
前記第２の層は、長縁を有し、前記第２の層の長縁は、＋／−１０度以内の不整配向を伴って、前記第３のウエハおよび前記第４のウエハのａ−平面に整列させられている、項目１９−２６のいずれかに記載の方法。
（項目２８）
前記ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウムを含む、項目１９−２７のいずれかに記載の方法。
（項目２９）
Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成るＩＩＩ族窒化物ウエハを製作する方法であって、
（ａ）ＩＩＩ族窒化物結晶をＩＩＩ族窒化物のシードの両面上に成長させ、ＩＩＩ族窒化物のインゴットを形成することと、
（ｂ）多ワイヤソーを用いて、前記ＩＩＩ族窒化物のインゴットをウエハにスライスすることと
を含み、
前記ワイヤのピッチは、前記シードを含むウエハが前記インゴットからスライスされる他のウエハより厚いように、変更される、方法。
（項目３０）
前記シード結晶を含むウエハの厚さは、前記ウエハの破断を回避するために十分に大きい、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、超臨界アンモニア中で成長させられる、項目２９または項目３０に記載の方法。
（項目３２）
前記ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウムを含む、項目２９−３１のいずれかに記載の方法。
（項目３３）
項目１−２８のいずれかに記載の方法によって成長させられたＩＩＩ族窒化物インゴット。
（項目３４）
項目２９−３２のいずれかに記載の方法によって製作されたＩＩＩ族窒化物ウエハ。
（項目３５）
第１の非亀裂表面および第２の非亀裂表面を有するＩＩＩ族窒化物シードであって、前記ＩＩＩ族窒化物シードは、
ＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の層であって、前記第１の層は、第１の面および第２の面を有する、第１の層と、
ＩＩＩ族窒化物ウエハの第２の層であって、前記第２の層は、第１の面および第２の面を有する、第２の層と
を備え、
前記第１の層の第１の面は、前記第２の層の第１の面に対向し、前記第１の層の第２の面は、少なくとも１つの亀裂を有し、前記第１の非亀裂表面を提供するために、前記第１の層の第２の面をＩＩＩ族窒化物の十分な厚さに重ねている、ＩＩＩ族窒化物シード。
（項目３６）
前記第２の層の第２の面は、少なくとも１つの亀裂を有し、前記第２の層の第２の面を重ねることは、前記ＩＩＩ族窒化物シードの前記第２の非亀裂表面を提供するために十分な前記ＩＩＩ族窒化物の厚さである、項目３５に記載のＩＩＩ族窒化物シード。
（項目３７）
前記第１の層のウエハは、ｃ−平面ウエハであり、前記第２の層のウエハは、ｃ−平面ウエハであり、各々、＋／−１０度以内の不整配向を有する、項目３５または項目３６に記載のＩＩＩ族窒化物シード。
（項目３８）
前記第１の非亀裂表面および前記第２の非亀裂表面は、各々、窒素極性表面である、項目３５−３７のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物シード。
（項目３９）
前記第１の層の第２の面および前記第２の層の第２の面は、各々、窒素極性面である、項目３５−３８のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物シード。
（項目４０）
シードの縁に沿ってではなく、前記シードの面に沿って互に接触している２つ以上のウエハから成るＩＩＩ族窒化物シードであって、前記ウエハのうちの少なくとも１つは、（ａ）表面亀裂を有するウエハ、（ｂ）ＨＶＰＥを使用して形成され、したがって、１０^５ｃｍ^−２より大きい線欠陥（例えば、転位）および粒界の密度を有する亀裂が入ったウエハ、および（ｃ）アモノサーマル法を使用して形成されたウエハから成る群から選択される、ＩＩＩ族窒化物シード。
（項目４１）
シードの縁に沿ってではなく、前記シードの面に沿って互に接触している第１および第２のウエハから成るＩＩＩ族窒化物シードであって、前記第１のウエハは、前記第１のウエハの縁が前記第２のウエハの縁と整列しないように、前記第２のウエハからオフセットされている、ＩＩＩ族窒化物シード。
（項目４２）
前記第１のウエハは、前記第１のウエハの全縁に沿って、前記第２のウエハからオフセットされている、項目４０または項目４１に記載のシード。
（項目４３）
同一のインゴットから切断された一組の少なくとも３つのウエハであって、前記一組の少なくとも３つのウエハは、第２のウエハの厚さより厚く、かつ第３のウエハの厚さより厚い第１のウエハを有し、前記第１のウエハは、シードから形成された埋設部分を有し、前記シードは、
（ａ）１０^５ｃｍ^−２より大きい線欠陥および粒界の密度を有するＩＩＩ族窒化物と、
（ｂ）前記シードが表面亀裂を有し、前記第１のウエハが亀裂が入っていない第１および第２の面を有するＩＩＩ族窒化物と
のうちの少なくとも１つから形成されている、一組の少なくとも３つのウエハ。
（項目４４）
第１および第２のシードを有する第１の層と、第３および第４のシードを有する第２の層とから形成されたインゴットであって、前記第１のシードの縁は、前記第２の層におけるいずれのシードの対応する縁とも整列されていない、インゴット。
（項目４５）
前記第１のシードは、前記第２の層におけるいずれかのシードの対応する縁と整列された縁を有していない、項目４４に記載のインゴット。
（項目４６）
第２のＩＩＩ族窒化物ウエハに固定された第１のＩＩＩ族窒化物ウエハから成るシードであって、前記第１のウエハは、前記第１のウエハの第１の面から第２の面に伝搬する亀裂を有し、前記第２のウエハは、前記第２のウエハの第１の面から第２の面に伝搬する亀裂を有し、前記シードは、規則的形状を有し、前記シードからインゴットが形成され得る、シード。
（項目４７）
前記第１のＩＩＩ族窒化物ウエハは、ＧａＮを含み、前記第２のＩＩＩ族窒化物ウエハは、ＧａＮを含む、項目４６に記載のシード。
（項目４８）
化学式Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を有し、かつ第１の面および第２の面を有する結晶ＩＩＩ族窒化物のインゴットであって、前記第１の面は、結晶構造極性を有し、前記第２の面も、前記結晶構造極性を有する、結晶ＩＩＩ族窒化物のインゴット。
（項目４９）
前記第１の面は、窒化物極性を有し、前記第２の面は、窒化物極性を有する、項目４８に記載のインゴット。
（項目５０）
前記第１の面は、ＩＩＩ族要素極性を有し、前記第２の面は、ＩＩＩ族要素極性を有する、項目４８に記載のインゴット。

【図面の簡単な説明】

【0018】

ここで、類似参照番号が対応する部品を表す、図面を参照する。

【図1】図１は、一実施例における、プロセスフローである。図中、各番号は、以下を表す。１．第一世代のシード２．第一世代のシードの両側に成長させられたＩＩＩ族窒化物結晶３．第一世代のシードを含むウエハ４．他のウエハ５．第一世代のシードを含むウエハの両側に成長させられたＩＩＩ族窒化物結晶

【図2】図２は、一実施例における、シード結晶である。図中、各番号は、以下を表す。１．第１のＩＩＩ族窒化物ウエハ１ａ．第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの窒素面１ｂ．第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの１つの縁１ｃ．第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの第２の縁２．第２のＩＩＩ族窒化物ウエハ２ａ．第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの窒素面（ウエハの背面）２ｂ．第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの１つの縁２ｃ．第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの第２の縁

【図3】図３は、一実施例における、シード結晶である。図中、各番号は、以下を表す。１．ＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の層１ａ．ＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の層の窒素面１ｂ．ＩＩＩ族窒化物ウエハの第１の層の１つの縁２．ＩＩＩ族窒化物ウエハの第２の層２ａ．ＩＩＩ族窒化物ウエハの第２の層の窒素面（ウエハの背面）２ｂ．ＩＩＩ族窒化物ウエハの第２の層の１つの縁３．第１の層のＩＩＩ族窒化物ウエハ３ａ．第１の層のＩＩＩ族窒化物ウエハの縁４．第２の層のＩＩＩ族窒化物ウエハ４ａ．第２の層のＩＩＩ族窒化物ウエハの縁

【図4】図４は、第１の層および第２の層に対するＩＩＩ族窒化物ウエハの構成の実施例である。図中、各番号は、以下を表す。１．第１の層のＩＩＩ族窒化物ウエハ２．第２の層のＩＩＩ族窒化物ウエハ。

【図5】図５は、亀裂がＩＩＩ族窒化物ウエハの界面で停止する状況の表現である。図中、各番号は、以下を表す。１．第１のＩＩＩ族窒化物ウエハの窒素極性表面上にアモノサーマル法によって成長させられるＩＩＩ族窒化物結晶２．第一世代のシードの一部である、第１のＩＩＩ族窒化物ウエハ３．第一世代のシードの一部である、第２のＩＩＩ族窒化物ウエハ４．第２のＩＩＩ族窒化物ウエハの窒素極性表面上にアモノサーマル法によって成長させられるＩＩＩ族窒化物結晶５．ＩＩＩ族窒化物結晶内に発生した亀裂

【発明を実施するための形態】

【0019】

好ましい実施形態の以下の説明では、本明細書の一部を形成し、例証として、本発明が実践され得る、具体的実施形態が示される、付随の図面を参照する。他の実施形態も、利用され得、本発明の範囲から逸脱することなく、構造変更が行われ得ることを理解されたい。

【0020】

本発明のＩＩＩ族窒化物ウエハを成長させる方法は、次の結晶成長のためのシード結晶として使用されることができるオリジナルシード結晶を含む非破断ウエハを提供する。

【0021】

図１は、一実施形態のプロセスフローを表す。ＩＩＩ族窒化物結晶２は、第一世代のＨＶＰＥ成長シード１の両側にアモノサーマル法によって成長させられ、ＩＩＩ族窒化物のインゴットを形成する。次いで、インゴットは、好ましくは、多ワイヤソーを用いて、ウエハ３および４にスライスされる。第一世代のシード１とアモノサーマル法で成長させられたＩＩＩ族窒化物結晶２との間の結晶学的格子パラメータ（例えば、格子定数または応力）のわずかな差異により、界面の周囲のＩＩＩ族窒化物結晶およびシードは、シード１から離れたＩＩＩ族窒化物結晶の部分より多くの亀裂を含む。ウエハの破断を回避するために、第一世代のシード３を含むウエハは、他のウエハ４より厚い厚さでスライスされ、第一世代のシードの面に成長させられる新しいＩＩＩ族窒化物は、ＩＩＩ族極性面およびＮ−極性面の両方上に存在し、オリジナルシードは、これらの面の各々において第二世代のＩＩＩ族窒化物で被覆されている。第一世代のシード３を含む、非破断ウエハは、したがって、次の成長におけるシードとして使用される。第一世代のシード（ＨＶＰＥ成長させられたＩＩＩ族窒化物またはアモノサーマル法で成長させられたＩＩＩ族窒化物であり得る）は、その面上への第二世代のＩＩＩ族窒化物の成長に先立って、ＩＩＩ族極性表面、Ｎ−極性表面、または両方に１つ以上の亀裂を有し得る。加えて、第一世代のシードを含み、また、その面上に第二世代の（または、後の世代の）ＩＩＩ族窒化物を有するこのウエハのＩＩＩ族極性表面、Ｎ−極性表面、または両方上に露出されたいかなる亀裂も、連続結晶成長において埋設され、ＨＶＰＥで成長させられたシードとアモノサーマル法で成長させられた結晶との間の結晶性質の不整合によって生じる応力を緩和させることができる。

【0022】

第一世代のシードを含むウエハを他のウエハより厚くスライスする方法の１つは、第一世代のシードの位置において、多ワイヤソーのワイヤピッチをより大きく設定することである。刃付きソーが使用される場合、スライス厚は、スライス毎に調節されることができ、したがって、第一世代のシードを含むウエハの厚さを他のウエハより厚くすることは、容易である。しかしながら、刃付きソーは、多ワイヤソーよりはるかに時間がかかり、したがって、多ワイヤソーの使用が、好ましい。

【0023】

図２に示されるように、第一世代のシードは、ＩＩＩ族窒化物ウエハ１および２の２つの断片から成ることができ、ＩＩＩ族極性面または表面が一緒に取り付けられ、窒素極性面または表面１ａおよび２ａが両側に露出されている。シードの一部または全部は、ＨＶＰＥを使用して成長させられ得、シードの一部または全部は、アモノサーマル法を使用して成長させられ得る。ＩＩＩ族窒化物結晶の極性により、ＩＩＩ族極性表面上に成長させられる結晶性質は、典型的には、窒素極性表面上に成長させられるものと異なる。アルカリ系鉱化剤を使用したアモノサーマル成長では、窒素極性表面上の結晶品質は、ＩＩＩ族極性表面上のものより優れている。成長条件は、ＩＩＩ族極性面または表面上において、窒素極性面または表面上より優れた結晶成長をもたらすように選択され得、したがって、隣接するウエハの窒素極性面または表面を一緒に取り付けることによって、ウエハのＩＩＩ族極性面または表面のみ露出させるように選定されることができる。

【0024】

図３に示されるように、第一世代のシードは、ＩＩＩ族窒化物ウエハ１および２の２つの層から成ることができ、１つの層は、結晶サイズが、成長後、はるかに大きくなり得るように、複数のＩＩＩ族窒化物ウエハ３および４から成る。そのような複合シードを作製する方法の１つは、第１の層３ａのウエハの隣接する縁が、層４ａの固体ＩＩＩ族窒化物に対して置かれ、第２の層４ａのウエハの隣接する縁が、層３ａの固体ＩＩＩ族窒化物に対して置かれるように、第１の層３ａ上の縁を第２の層４ａ上の縁からずらして配置されることによって、縁を揃えて配列されるように一連のＩＩＩ族窒化物ウエハ３を第１の層１上で整列させ、縁を揃えて配列されるように一連のＩＩＩ族窒化物ウエハ４を第２の層２上で整列させることである。高品質結晶を達成するために、面内結晶配向を精密に整列させることが重要である。結晶配向は、Ｘ線回折を用いて確認されることができる。また、平坦配向は、各長方形および／または正方形ＧａＮウエハの１つ以上の縁を、ウエハの縁を係合する縁を有する平坦ブロックに対して整列させることによって保証されることができる。ウエハは、好ましくは、円柱または正方形、長方形、または他の多角形等の規則的形状を有し、ウエハは、好ましくは、形状が不規則ではない（但し、不規則な断片が、規則的形状に形成され得、例えば、破断した規則的に成形されたウエハが、規則的形状に一緒に継ぎ合わせられ得る）。加えて、ａ−平面上の側方成長率は、ｍ−平面上より大きいため、ａ−平面に沿ってより長い寸法を作製することが好ましい。図２では、縁１ｂおよび２ｂは、縁１ｂおよび２ｂが、各々、縁１ｃおよび２ｃより長いので、好ましくは、ａ−平面である。２つのシード層１および２は、互に機械的に、物理的に、または化学的に固定されることができる。例えば、全てのウエハは、ウエハの縁に沿ってウエハを一緒に保持する、機械的クランプを用いて固定され得る。他の場合には、２つのウエハは、層間、および／または１ｃおよび２ｃ等の縁上、および／または縁１ｂおよび２ｂに沿って設置されたガリウムまたはインジウム等の軟質金属を用いて、一緒に取り付けられ得る。また、全てのウエハは、層間、および／または隣接するウエハの対向縁に沿って塗布される強力瞬間接着剤または他の接着剤等の化学剤を用いて、融合され得る。しかしながら、糊材料の慎重な選択および塗布が、結晶の汚染を最小限にするために必要である。糊は、好ましくは、シードの結晶構造を劣化させるであろう金属、触媒、または鉱物を含まないであろう（特に、例えば、アモノサーマル成長反応器において見られるような成長条件下において）。シード上に成長させられた十分な厚さの第二世代のＩＩＩ族窒化物を有するウエハをスライスすることによって、第一世代のシードは、連続結晶成長行程において再使用されることができる。面内結晶配向の整列は、精密な制御を要求するので、そのような複合材第一世代のシードを再使用し、ウエハを任意の個々のシードより広くおよび／またはより長くすることは、多いに有益である。

【0025】

第１の層のシードの一部または全部は、ＨＶＰＥを使用して成長させられ得、第１の層のシードの一部または全部は、アモノサーマル法を使用して成長させられ得る。第２の層のシードの一部または全部は、ＨＶＰＥを使用して成長からさせられ得、第２の層のシードの一部または全部は、アモノサーマル法を使用して成長させられ得る。一事例では、第１の層は、アモノサーマル法を使用して作製されたシードのみから形成され、第２の層は、ＨＶＰＥを使用して作製されたシードのみから形成される。アモノサーマル法を使用して成長させられる第１の層内のシードは、随意に、第２の層内にアモノサーマル法を使用して成長させられるシードのみに触れ得る。アモノサーマル法を使用して成長させられる第１の層内のシードは、随意に、ＨＶＰＥを使用して成長させられた第２の層内のシードのみに触れ得る。または、アモノサーマル法を使用して成長させられる第１の層内のシードは、随意に、アモノサーマル法を使用して成長させられる第２の層内のシードおよびＨＶＰＥを使用して成長させられる第２の層内のシードの両方に触れ得る。

【0026】

シード結晶は、図４に示されるように、ＩＩＩ族窒化物ウエハの２次元アレイから成ることができる。第１の層１および第２の層２は、２次元に配列されたＩＩＩ族窒化物ウエハから成り、第１の層における縁は、第２の層におけるものに対応しない。ウエハの上側および下側２次元アレイは、例えば、層１が、図４に図示される、層２上に置かれるように、一緒に継合される。層１または層２の各々を一緒に形成するように図示される個々のシードウエハは、側方および縦方向の両方において、オフセットまたは交互され、層１の縁のいずれも、層２の縁と整列せず、ｘおよびｙ座標において同一の座標を有しない。図３における実施形態と同様に、面内の結晶学的整列は、高度に配向されたＩＩＩ族窒化物結晶を得るために非常に重要である。２次元アレイを作製するために、金属または化学中間層を使用して、第１の層および第２の層を取り付けることが好ましい。

【0027】

再び、第１の層のシードの一部または全部は、ＨＶＰＥを使用して成長させられ得、第１の層のシードの一部または全部は、アモノサーマル法を使用して成長させられ得る。第２の層のシードの一部または全部は、ＨＶＰＥを使用して成長させられ得、第２の層のシードの一部または全部は、アモノサーマル法を使用して成長させられ得る。一事例では、第１の層は、アモノサーマル法を使用して作製されたシードのみから形成され、第２の層は、ＨＶＰＥを使用して作製されたシードのみから形成される。アモノサーマル法を使用して成長させられる第１の層内のシードは、随意に、第２の層内のアモノサーマル法を使用して成長させられるシードのみに触れ得る。アモノサーマル法を使用して成長させられる第１の層内のシードは、随意に、ＨＶＰＥを使用して成長させられた第２の層内のシードのみに触れ得る。または、アモノサーマル法を使用して成長させられる第１の層内のシードは、随意に、アモノサーマル法を使用して成長させられる第２の層内のシードおよびＨＶＰＥを使用して成長させられる第２の層内のシードの両方に触れ得る。

【0028】

（実施例１（従来技術））
ＧａＮのインゴットが、栄養成分としての多結晶ＧａＮ、溶媒としての超臨界アンモニア、および鉱化剤としてのナトリウム（アンモニアに対して４．５ｍｏｌ％）を使用して、アモノサーマル法を用いて、ＧａＮシード結晶上に成長させられた。温度は、５００〜５５０℃であり、圧力は、１７０〜２４０ＭＰａであった。第一世代のシードは、２つのＧａＮウエハから成り、ガリウム極性表面が一緒に合わせられた。シードの総厚は、６４３ミクロンであった。結晶の厚さは、成長後、６．６ｍｍであり、表面積は、約１００ｍｍ^２であった。００２平面からのＸ線回折の半値全幅（ＦＷＨＭ）は、約７００〜１０００ａｒｃｓｅｃであった。結晶は、光学および電気測定を用いて特性評価されなかったが、それらの特性は、ＧａＮのバルク結晶に対して、典型的なものであると予想される。例えば、フォトルミネセンスまたはカソードルミネセンスは、約３７０ｎｍでバンド端発光、約４００ｎｍで青色放出、および／または約６００ｎｍで黄色発光の発光を示すと予想される。伝導性タイプは、キャリア濃度１０^１７〜１０^２０ｃｍ^−３を伴う、ｎ−型またはｎ＋型であると予想される。そのような結晶の光学吸収係数は、５０ｃｍ^−１以下であると予想される。結晶の格子定数は、ｃ−格子に対して５１８６７９６ｎｍ、ａ−格子に対して３１．８９５６８ｎｍであった。ＧａＮの格子定数は、成長条件に応じて、１０％以内で変化し得る。

【0029】

結晶は、ダイヤモンドスラリーを使用して、多ワイヤソーを用いて、ｃ−平面ウエハにスライスされた。ワイヤピッチは、６７０ミクロンであり、ワイヤ厚１７０ミクロンであり、したがって、予期されるスライス厚は、５００ミクロンである。本実施例では、ピッチは、ＧａＮ結晶の全長に対して均一であった。９つのウエハが、この特定の結晶から製作された。各ウエハの厚さは、３１９、５０７、５４３、４８９、５０４、３５２（シード結晶は剥離された）、４９２、５１２、および５１５ミクロンであった。しかしながら、オリジナルシード結晶を含んだウエハ（５０４および３５２ミクロンを伴うウエハ）は、結晶内の亀裂により破断し、したがって、オリジナルシード結晶は、再使用されることができなかった。

【0030】

（実施例２（本発明））
ＧａＮのインゴットが、多結晶ＧａＮを栄養剤として、超臨界アンモニアを溶媒として、ナトリウム（アンモニアに対して４．５ｍｏｌ％）を鉱化剤として使用して、アモノサーマル法を用いて、ＧａＮシード上に成長させられた。温度は、５００〜５５０℃であり、圧力は、１７０〜２４０ＭＰａであった。第一世代のシードは、２つのＧａＮウエハから成り、ガリウム極性表面が一緒に合わせられている。シードの総厚は、９１９ミクロンであった。成長後の結晶の厚さは、４．２ｍｍであり、表面積は、約１００ｍｍ^２であった。００２平面からのＸ線回折の半値全幅（ＦＷＨＭ）は、約７００〜１０００ａｒｃｓｅｃであった。結晶の格子定数は、ｃ−格子に対して５１．８６６４１ｎｍおよびａ−格子に対して３１．８９５６７ｎｍであった。ＧａＮに対する格子定数は、成長条件に依存して、１０％以内で変化し得る。

【0031】

結晶は、ダイヤモンドスラリーを使用して、多ワイヤソーを用いて、ｃ−平面ウエハにスライスされた。ワイヤピッチは、オリジナルシード結晶を含むウエハに対しては、ワイヤ厚１７０ミクロンで１４２５ミクロンであり、他のウエハに対しては、ワイヤ厚１７０ミクロンで８５５ミクロンであった。５つのウエハが、この特定の結晶から製作された。ウエハ厚は、６５０、６９９、１１９１、５４８、および５７７ミクロンであった。結晶は、オリジナルシード結晶とアモノサーマル法で成長させられたＧａＮとの間の界面近傍に亀裂を含んでいた。しかしながら、亀裂は、シード結晶内の２つのＧａＮウエハ間の界面を通して伝搬しなかった（図５）。オリジナルシードを含むウエハを他のウエハより厚くスライスすることによって、ウエハは、破断せず、第一世代のシードを含むウエハは、次の結晶成長において再使用されることができる。また、２つのＧａＮウエハを合わせ、シードを形成することは、亀裂がシードを貫通して伝搬することを防止するために効果的である。

【0032】

（実施例３（２つの層から成るシードの調製））
ＧａＮのインゴットからスライスされたＧａＮのいくつかのウエハが、ガリウム極性表面上において金属ガリウムでコーティングされる。コーティングは、ウエハ上にガリウム箔を物理的に押し付けることによって、または真空蒸発によって行われることができる。金属ガリウムは、ＧａＮウエハの表面を湿潤させないため、ガリウムの液相の形成は、好ましくは、回避される。有機材料またはアルカリ金属等のある種類の溶剤の添加は、ガリウムの液相コーティングが試みられる場合、湿潤剤として作用し得る。

【0033】

第１の組のガリウムコーティングされたＧａＮウエハは、ガリウムコーティングが上を向いた状態で、縁を揃えたアレイでガラススライド上に設置される。本アレイは、第１の層となる。次に、第２の組のガリウムコーティングされたＧａＮウエハが、第１の層の上部に設置され、第２の層を作製する。第１の層の縁は、ＧａＮウエハのアレイが互に対して交互され、したがって、機械的に安定するように、第２の層の縁と一致しない（図３）。この後、シード結晶がガラススライドによって挟まれるように、別のガラススライドが、第２の層の上部に設置される。次いで、組全体が、真空チャンバ内に設置される。徐々に空気を減圧することによって、シード結晶は、ガラススライドによって圧縮され、個々のウエハの２つの層が、互に融合される。必要に応じて、圧縮は、高温で行われることができる。

【0034】

（利点および改良点）
本発明は、次の成長のために再使用可能である、ＩＩＩ族窒化物シードを提供する。ＩＩＩ族窒化物のシードを人工的に成長および調製することは、多くの時間および努力を要求するため、シードの再使用は、効率的生産のために重要である。また、本発明は、最終成長におけるインゴットのサイズより大きい、ＩＩＩ族窒化物シードを提供する。このように、ウエハサイズの拡大が、達成されることができる。

【0035】

（可能な修正）
好ましい実施形態は、ＧａＮ結晶を説明するが、本発明は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、またはＧａＡｌＩｎＮ等の他のＩＩＩ族窒化物合金にも適用可能である。

【0036】

好ましい実施形態は、バルク成長方法としてアモノサーマル成長を説明するが、高圧溶液成長、フラックス成長、水素化物気相エピタキシ、物理的気相輸送、または昇華成長等の他の成長法も、その成長方法が、シードの両側に結晶を成長させることができる限り、使用されることができる。

【0037】

好ましい実施形態は、ｃ−平面ウエハを説明するが、本発明は、１０−１−１平面、２０−２−１平面、１１−２１平面、および１１−２２平面を含む、半極性平面等の他の配向にも適用可能である。また、本発明は、低屈折率平面（ｃ−平面、ｍ−平面、ａ−平面、および半極性平面等）から＋／−１０度以内の配向不整を伴うウエハにも適用可能である。

【0038】

好ましい実施形態は、多ワイヤソーを用いたスライスを説明するが、内刃ソー、外刃ソー、複数刃ソー、および単一ワイヤソー等の他のスライス方法もまた、使用されることができる。

【0039】

（参考文献）
以下の参考文献は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
［１］Ｒ．Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉ，Ｒ．Ｄｏｒａｄｚｉｎｓｋｉ，Ｊ．Ｇａｒｃｚｙｎｓｋｉ，Ｌ．Ｓｉｅｒｚｐｕｔｏｗｓｋｉ，Ｙ．Ｋａｎｂａｒａ（米国特許第６，６５６，６１５号）
［２］Ｒ．Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉ，Ｒ．Ｄｏｒａｄｚｉｎｓｋｉ，Ｊ．Ｇａｒｃｚｙｎｓｋｉ，Ｌ．Ｓｉｅｒｚｐｕｔｏｗｓｋｉ，Ｙ．Ｋａｎｂａｒａ（米国特許第７，１３２，７３０号）
［３］Ｒ．Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉ，Ｒ．Ｄｏｒａｄｚｉｎｓｋｉ，Ｊ．Ｇａｒｃｚｙｎｓｋｉ，Ｌ．Ｓｉｅｒｚｐｕｔｏｗｓｋｉ，Ｙ．Ｋａｎｂａｒａ（米国特許第７，１６０，３８８号）
［４］Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ｔ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ（国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２４２３９号、第ＷＯ０７００８１９８号）
［５］Ｔ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍ．Ｓａｉｔｏ，Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ（国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００８７４３号、第ＷＯ０７１１７６８９号。また、第ＵＳ２００７０２３４９４６号、２００７年４月６日出願の米国出願第１１／７８４，３３９号も参照されたい）
［６］Ｄ'Ｅｙｅｌｙｎ（米国特許第７，０７８，７３１号）
［７］．Ｓ．Ｐｏｒｏｗｓｋｉ，ＭＲＳ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，Ｒｅｓ．４Ｓ１，（１９９９）Ｇ１．３．［８］Ｔ．Ｉｎｏｕｅ，Ｙ．Ｓｅｋｉ，Ｏ．Ｏｄａ，Ｓ．Ｋｕｒａｉ，Ｙ．Ｙａｍａｄａ、および、Ｔ．Ｔａｇｕｃｈｉ，Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．（ｂ），２２３（２００１）ｐ．１５．
［９］Ｍ．Ａｏｋｉ，Ｈ．Ｙａｍａｎｅ，Ｍ．Ｓｈｉｍａｄａ，Ｓ．Ｓａｒａｙａｍａ、および、Ｆ．Ｊ．ＤｉＳａｌｖｏ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ ２４２（２００２）ｐ．７０．
［１０］Ｔ．Ｉｗａｈａｓｈｉ，Ｆ．Ｋａｗａｍｕｒａ，Ｍ．Ｍｏｒｉｓｈｉｔａ，Ｙ．Ｋａｉ，Ｍ．Ｙｏｓｈｉｍｕｒａ，Ｙ．Ｍｏｒｉ、および、Ｔ．Ｓａｓａｋｉ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ ２５３（２００３）ｐ．１．

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】