JPH0840799A - 単結晶成長用基体 - Google Patents
単結晶成長用基体Info
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- JPH0840799A JPH0840799A JP17710494A JP17710494A JPH0840799A JP H0840799 A JPH0840799 A JP H0840799A JP 17710494 A JP17710494 A JP 17710494A JP 17710494 A JP17710494 A JP 17710494A JP H0840799 A JPH0840799 A JP H0840799A
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- aluminum nitride
- substrate
- film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 欠陥の極めて少ない良質な窒化アルミニウム
薄膜を合成し得る新規で優れた単結晶成長用基体を提供
すること。 【構成】 窒化アルミニウム単結晶を気相成長させる主
面が、立方晶系，三方晶系，又は六方晶系のいずれかの
結晶系に属する単結晶から成り、かつ該主面の格子面間
隔の整数倍をＡ、窒化アルミニウム単結晶の成長方向に
おける格子面間隔の整数倍をＢとしたときに、｜Ａ−Ｂ
｜／Ａの値が0.08以下であることを特徴とする。
薄膜を合成し得る新規で優れた単結晶成長用基体を提供
すること。 【構成】 窒化アルミニウム単結晶を気相成長させる主
面が、立方晶系，三方晶系，又は六方晶系のいずれかの
結晶系に属する単結晶から成り、かつ該主面の格子面間
隔の整数倍をＡ、窒化アルミニウム単結晶の成長方向に
おける格子面間隔の整数倍をＢとしたときに、｜Ａ−Ｂ
｜／Ａの値が0.08以下であることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波領域で使用
される表面弾性波フィルターや非線形光学効果を利用し
た光学デバイス等に応用される窒化アルミニウム単結晶
薄膜に好適な単結晶成長用基体に関する。
される表面弾性波フィルターや非線形光学効果を利用し
た光学デバイス等に応用される窒化アルミニウム単結晶
薄膜に好適な単結晶成長用基体に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の単結晶
は、電気絶縁性、熱伝導性、耐熱性、そして光透過性等
の諸物性に優れたIII-V 族化合物半導体である。このた
め、パッシベーション用やパッケージング用の電子材料
として応用されたり、優れた圧電性や非線形光学特性を
利用した圧電デバイスや光デバイス等の機能材料への応
用が期待されている。
は、電気絶縁性、熱伝導性、耐熱性、そして光透過性等
の諸物性に優れたIII-V 族化合物半導体である。このた
め、パッシベーション用やパッケージング用の電子材料
として応用されたり、優れた圧電性や非線形光学特性を
利用した圧電デバイスや光デバイス等の機能材料への応
用が期待されている。
【０００３】ところで、窒化アルミニウムは合成時にお
けるＮ2 の蒸気圧が大きく、融点も高い等の理由から、
通常の溶融法で作製することが極めて困難である。この
ため、主としてＭＯＣＶＤ法等の気相成長法により合成
されており、多くの研究者によって欠陥の少ない高品質
の窒化アルミニウム薄膜を得るための努力がなされてき
た (例えば、J.Vac.Scl.Technol.B,vol10,No4,Jul/Aug1
992,P1237 〜1266を参照) 。
けるＮ2 の蒸気圧が大きく、融点も高い等の理由から、
通常の溶融法で作製することが極めて困難である。この
ため、主としてＭＯＣＶＤ法等の気相成長法により合成
されており、多くの研究者によって欠陥の少ない高品質
の窒化アルミニウム薄膜を得るための努力がなされてき
た (例えば、J.Vac.Scl.Technol.B,vol10,No4,Jul/Aug1
992,P1237 〜1266を参照) 。
【０００４】従来、このような高品質の窒化アルミニウ
ムの単結晶薄膜を得るために、単結晶薄膜を成長させる
ための基板が高温においても安定であることが重要視さ
れており、サファイア(Al 2 O 3 ),ガリウム砒素(GaA
s), シリコン(Si), スピネル，各種ガラス等が基板材料
として用いられてきた。
ムの単結晶薄膜を得るために、単結晶薄膜を成長させる
ための基板が高温においても安定であることが重要視さ
れており、サファイア(Al 2 O 3 ),ガリウム砒素(GaA
s), シリコン(Si), スピネル，各種ガラス等が基板材料
として用いられてきた。
【０００５】これら基板材料のうち、特にサファイア単
結晶は、その結晶系が窒化アルミニウムと同じ六方晶系
であり、しかも気相成長時における高温 (約1000℃程
度) 下でも安定であること、入手が比較的容易であるこ
となどから、現在最もよく使用されている。
結晶は、その結晶系が窒化アルミニウムと同じ六方晶系
であり、しかも気相成長時における高温 (約1000℃程
度) 下でも安定であること、入手が比較的容易であるこ
となどから、現在最もよく使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般に２つの単結晶の
間に一定の結晶学的な関係を持った接合が存在する場
合、これをエピタキシーと呼び、ある結晶面上に他の結
晶が一定の方位関係で成長する成長様式をエピタキシャ
ル成長というが、このような定方位成長の場合、両結晶
が結晶化学的な類縁性をもっているか、あるいは２つの
結晶の構造周期が一致ないし近似していることが重要で
ある。特に、両者の結晶格子定数の差の百分率で示され
るミスフィット率はエピタキシーの可能性の目安とさ
れ、ミスフィット率が小さいものほど高い頻度でエピタ
キシー関係が成立することがよく知られている。
間に一定の結晶学的な関係を持った接合が存在する場
合、これをエピタキシーと呼び、ある結晶面上に他の結
晶が一定の方位関係で成長する成長様式をエピタキシャ
ル成長というが、このような定方位成長の場合、両結晶
が結晶化学的な類縁性をもっているか、あるいは２つの
結晶の構造周期が一致ないし近似していることが重要で
ある。特に、両者の結晶格子定数の差の百分率で示され
るミスフィット率はエピタキシーの可能性の目安とさ
れ、ミスフィット率が小さいものほど高い頻度でエピタ
キシー関係が成立することがよく知られている。
【０００７】しかしながら、上記した従来の各種材料の
基板を使用しても、デバイス特性を十分に満足する結晶
学的に良質な薄膜が合成されているとはいいがたく、こ
れら基板材料は窒化アルミニウムの格子定数や熱膨張係
数に適合する優れた材料ではなかった。すなわち、従来
の基板とこれに接して成長する窒化アルミニウム薄膜と
では、両者の結晶構造や熱膨張係数等の相違があるた
め、気相成長の過程で窒化アルミニウム薄膜に少なから
ず欠陥が生じ、これが原因でデバイスの特性が劣化する
ことが認められるのである。
基板を使用しても、デバイス特性を十分に満足する結晶
学的に良質な薄膜が合成されているとはいいがたく、こ
れら基板材料は窒化アルミニウムの格子定数や熱膨張係
数に適合する優れた材料ではなかった。すなわち、従来
の基板とこれに接して成長する窒化アルミニウム薄膜と
では、両者の結晶構造や熱膨張係数等の相違があるた
め、気相成長の過程で窒化アルミニウム薄膜に少なから
ず欠陥が生じ、これが原因でデバイスの特性が劣化する
ことが認められるのである。
【０００８】そこで、本発明では従来の基板では成長が
不可能であった良質な窒化アルミニウム薄膜を合成し得
る優れた単結晶成長用基体を提供することを目的とす
る。
不可能であった良質な窒化アルミニウム薄膜を合成し得
る優れた単結晶成長用基体を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の単結晶成長用基体は、窒化アルミニウム単
結晶を成長させる主面が、立方晶系，三方晶系，又は六
方晶系のいずれかの結晶系に属し、かつ窒化アルミニウ
ム単結晶の構造周期に対するミスフィット率（すなわ
ち、主面の格子面間隔の整数倍をＡ、窒化アルミニウム
単結晶の成長方向での格子面間隔の整数倍をＢとした場
合に、｜Ａ−Ｂ｜×100 ／Ａ ％ の値）が 8％以下の
単結晶から成る。
に、本発明の単結晶成長用基体は、窒化アルミニウム単
結晶を成長させる主面が、立方晶系，三方晶系，又は六
方晶系のいずれかの結晶系に属し、かつ窒化アルミニウ
ム単結晶の構造周期に対するミスフィット率（すなわ
ち、主面の格子面間隔の整数倍をＡ、窒化アルミニウム
単結晶の成長方向での格子面間隔の整数倍をＢとした場
合に、｜Ａ−Ｂ｜×100 ／Ａ ％ の値）が 8％以下の
単結晶から成る。
【００１０】ここで、ミスフィット率を 8％以下に限定
する理由は、 8％を越えると窒化アルミニウム単結晶の
ヘテロエピタキシャル成長が困難となり、基体上に窒化
アルミニウム単結晶を成長させることが不可能となるか
らである。
する理由は、 8％を越えると窒化アルミニウム単結晶の
ヘテロエピタキシャル成長が困難となり、基体上に窒化
アルミニウム単結晶を成長させることが不可能となるか
らである。
【００１１】なお、基体とは、窒化アルミニウム単結晶
の成長が可能であるものならば平板等の特定形状に限定
されるものではなく、また少なくとも表層のみが上記構
成を成すものであればよい。
の成長が可能であるものならば平板等の特定形状に限定
されるものではなく、また少なくとも表層のみが上記構
成を成すものであればよい。
【００１２】
【表１】
【００１３】また、特に単結晶成長用基体が立方晶系の
ガーネット構造の単結晶であれば、表１に示すように、
窒化アルミニウム（六方晶系、ａ＝3.112 Å, ｃ＝4.98
2 Å) のａ軸長もしくはｃ軸長の整数倍が、ガーネット
の(hkl) 面の格子面間隔ｄhkl の整数倍にほぼ等しくす
ることが可能となり、理想的なエピタキシャル成長が可
能となり、実際にこのような基体を用いて良質の窒化ア
ルミニウム単結晶を得ることを確認した。
ガーネット構造の単結晶であれば、表１に示すように、
窒化アルミニウム（六方晶系、ａ＝3.112 Å, ｃ＝4.98
2 Å) のａ軸長もしくはｃ軸長の整数倍が、ガーネット
の(hkl) 面の格子面間隔ｄhkl の整数倍にほぼ等しくす
ることが可能となり、理想的なエピタキシャル成長が可
能となり、実際にこのような基体を用いて良質の窒化ア
ルミニウム単結晶を得ることを確認した。
【００１４】また、ガーネットは、そのｃ軸方向の熱膨
張係数 (約6.0 ×10-6/ ℃) が、サファイアのｃ軸方向
の熱膨張係数 (約9.0 ×10-6/ ℃) と比較して、窒化ア
ルミニウムのｃ軸方向の熱膨張係数 (約5.0 ×10-6/
℃) により近いので、窒化アルミニウムの成長時の高温
状態においても安定して成長が可能となる。さらに、ガ
ーネットはその格子定数に幅を持たせることが可能であ
り、格子定数ａ〔Å〕が12.19 ＜ａ＜12.95 の範囲にあ
れば、ガーネット固溶体の形成が可能であり、所望の構
造周期を有する単結晶成長用基体を得ることができる。
また、最適なガーネットの主面の結晶学的方位は、ガー
ネットが立方晶系であることから、表１から明らかなよ
うに、等価面｛ 100｝, ｛ 110｝, ｛ 120｝, ｛ 112｝
又は｛ 111｝の結晶面に平行であればよい。
張係数 (約6.0 ×10-6/ ℃) が、サファイアのｃ軸方向
の熱膨張係数 (約9.0 ×10-6/ ℃) と比較して、窒化ア
ルミニウムのｃ軸方向の熱膨張係数 (約5.0 ×10-6/
℃) により近いので、窒化アルミニウムの成長時の高温
状態においても安定して成長が可能となる。さらに、ガ
ーネットはその格子定数に幅を持たせることが可能であ
り、格子定数ａ〔Å〕が12.19 ＜ａ＜12.95 の範囲にあ
れば、ガーネット固溶体の形成が可能であり、所望の構
造周期を有する単結晶成長用基体を得ることができる。
また、最適なガーネットの主面の結晶学的方位は、ガー
ネットが立方晶系であることから、表１から明らかなよ
うに、等価面｛ 100｝, ｛ 110｝, ｛ 120｝, ｛ 112｝
又は｛ 111｝の結晶面に平行であればよい。
【００１５】また、前記窒化アルミニウム単結晶を成長
させる主面が、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウ
ムの単結晶とすることによって、良質の窒化アルミニウ
ム単結晶を得ることを確認した。また、窒化アルミニウ
ム単結晶を成長させる主面が、(001),(100),(116),(01
8),(110),(122),(211),(214) 又は(202) の結晶面に平
行であるとより良質な窒化アルミニウム単結晶が得られ
ることも確認した。
させる主面が、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウ
ムの単結晶とすることによって、良質の窒化アルミニウ
ム単結晶を得ることを確認した。また、窒化アルミニウ
ム単結晶を成長させる主面が、(001),(100),(116),(01
8),(110),(122),(211),(214) 又は(202) の結晶面に平
行であるとより良質な窒化アルミニウム単結晶が得られ
ることも確認した。
【００１６】
【作用】既に述べたとおり、エピタキシャル成長のよう
な定方位成長の場合、互いに接する結晶どうしが結晶化
学的な類縁性をもっているか、あるいは互いの結晶の構
造周期が一致もしくは近似していることが重要であり、
ミスフィット率が小さいものほど高い頻度でエピタキシ
ー関係が成立する。これ以外の要素としては温度条件や
基板結晶の表面状態もあるが、最も重要な必要条件は構
造周期（格子面間隔の周期）の近似と考えられる。そこ
で、ヘテロエピタキシャル成長において単結晶成長用基
体を上記構成とすることで欠陥の極めて少ない品質の優
れた窒化アルミニウム単結晶膜を得ることが可能とな
る。
な定方位成長の場合、互いに接する結晶どうしが結晶化
学的な類縁性をもっているか、あるいは互いの結晶の構
造周期が一致もしくは近似していることが重要であり、
ミスフィット率が小さいものほど高い頻度でエピタキシ
ー関係が成立する。これ以外の要素としては温度条件や
基板結晶の表面状態もあるが、最も重要な必要条件は構
造周期（格子面間隔の周期）の近似と考えられる。そこ
で、ヘテロエピタキシャル成長において単結晶成長用基
体を上記構成とすることで欠陥の極めて少ない品質の優
れた窒化アルミニウム単結晶膜を得ることが可能とな
る。
【００１７】
〔実施例１〕チョクラルスキー（ＣＺ）法により、格子
定数が12.448Åのガーネット固溶体単結晶の(GdCa)3 (G
aMgZr)5 O 12を育成し、さらに、この育成単結晶からウ
エハー加工を行い、(111) 面を主面とする2 インチウエ
ハーを作製した。
定数が12.448Åのガーネット固溶体単結晶の(GdCa)3 (G
aMgZr)5 O 12を育成し、さらに、この育成単結晶からウ
エハー加工を行い、(111) 面を主面とする2 インチウエ
ハーを作製した。
【００１８】このウエハーは表１に示すように、窒化ア
ルミニウムのａ軸方向の格子定数の4倍が、ガーネット
固溶体の(100) 面の面間距離ｄ100 に合致する整合関係
とすることができる。本ウエハーをエピタキシャル成長
用の単結晶成長用基体（以下、基体ともいう）としてＭ
ＯＣＶＤ法により、基体の温度1000〜1180℃で膜厚約1
μm 程度の窒化アルミニウム単結晶薄膜を成長させた。
ルミニウムのａ軸方向の格子定数の4倍が、ガーネット
固溶体の(100) 面の面間距離ｄ100 に合致する整合関係
とすることができる。本ウエハーをエピタキシャル成長
用の単結晶成長用基体（以下、基体ともいう）としてＭ
ＯＣＶＤ法により、基体の温度1000〜1180℃で膜厚約1
μm 程度の窒化アルミニウム単結晶薄膜を成長させた。
【００１９】成長後の単結晶薄膜を電子線回折により観
察したところ、典型的なRHEED パターンは強いストリー
ク状を呈しており、良好な単結晶膜であることを確認し
た。また、ＳＥＭ観察による表面形状は滑らかであり、
Ｘ線ロッキングカーブの半値幅も 1′ (分) 以内であっ
た。
察したところ、典型的なRHEED パターンは強いストリー
ク状を呈しており、良好な単結晶膜であることを確認し
た。また、ＳＥＭ観察による表面形状は滑らかであり、
Ｘ線ロッキングカーブの半値幅も 1′ (分) 以内であっ
た。
【００２０】一方、従来最も良く使用されているサファ
イアのＣ面 (00・1)を基板として、上記と同様な条件で
成膜した窒化アルミニウム膜は、ミスフィット率が約15
％と大きいため、RHEED パターンはスポット状で配向性
を有する細長い粒状を呈し、Ｘ線ロッキングカーブの半
値幅は約 1° (度) と極めて大きな値を示した。
イアのＣ面 (00・1)を基板として、上記と同様な条件で
成膜した窒化アルミニウム膜は、ミスフィット率が約15
％と大きいため、RHEED パターンはスポット状で配向性
を有する細長い粒状を呈し、Ｘ線ロッキングカーブの半
値幅は約 1° (度) と極めて大きな値を示した。
【００２１】〔実施例２〕ＣＺ法により育成して加工し
た、格子定数が12.293ÅのHo3 Ga5 O 12ガーネットの(1
10) 面を主面とする基板を用い、ＬＰＥ(Liquid Phase
Epitaxy)法により格子定数が12.329Åの Y3 (FeAl)5 O
12の膜厚200 μm のガーネット単結晶膜を作製した。表
1に示すように、このＬＰＥ膜の(110) 面の面間距離ｄ
110 の 4倍が、窒化アルミニウムのｃ軸方向の格子定数
の 7倍と合致する関係にある。
た、格子定数が12.293ÅのHo3 Ga5 O 12ガーネットの(1
10) 面を主面とする基板を用い、ＬＰＥ(Liquid Phase
Epitaxy)法により格子定数が12.329Åの Y3 (FeAl)5 O
12の膜厚200 μm のガーネット単結晶膜を作製した。表
1に示すように、このＬＰＥ膜の(110) 面の面間距離ｄ
110 の 4倍が、窒化アルミニウムのｃ軸方向の格子定数
の 7倍と合致する関係にある。
【００２２】次に、このＬＥＰ膜をエピタキシャル成長
用の基体として、実施例 1と同様に窒化アルミニウムの
薄膜成長を行った。これにより得られた単結晶薄膜のＳ
ＥＭ観察によれば、非常に平滑でＸ線ロッキングカーブ
の半値幅は1.0 ′と小さい値を示し、電子線回折による
RHEED パターンから良質な単結晶膜であることを確認し
た。
用の基体として、実施例 1と同様に窒化アルミニウムの
薄膜成長を行った。これにより得られた単結晶薄膜のＳ
ＥＭ観察によれば、非常に平滑でＸ線ロッキングカーブ
の半値幅は1.0 ′と小さい値を示し、電子線回折による
RHEED パターンから良質な単結晶膜であることを確認し
た。
【００２３】これに対してミスフィット率が10.5％のサ
ファイアのＲ面（01・2)を主面とする基板として上記と
同様な条件で成膜した。この窒化アルミニウム膜のRHEE
D パターンはスポット状であり、表面形状は小丘状、粗
粒状であり、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅は3.6 °と
いった極めて大きい値を示した。
ファイアのＲ面（01・2)を主面とする基板として上記と
同様な条件で成膜した。この窒化アルミニウム膜のRHEE
D パターンはスポット状であり、表面形状は小丘状、粗
粒状であり、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅は3.6 °と
いった極めて大きい値を示した。
【００２４】〔実施例３〕ＣＺ法により格子定数が12.2
00Åのガーネット固溶体単結晶 Y3 (AlGa) 5 O 12 を育
成し、さらに、ウエハー加工を行って、厚み0.5 mmの(2
11) 面を主面とする2 インチウエハーを作製した。
00Åのガーネット固溶体単結晶 Y3 (AlGa) 5 O 12 を育
成し、さらに、ウエハー加工を行って、厚み0.5 mmの(2
11) 面を主面とする2 インチウエハーを作製した。
【００２５】このウエハーは表１に示すように、窒化ア
ルミニウムのｃ軸方向の格子定数が、ガーネット固溶体
の(211) 面の面間距離ｄ211 に合致する整合関係とする
ことができる。本ウエハーをエピタキシャル成長用の基
体として実施例 1と同様な条件で窒化アルミニウムの成
膜を行った。
ルミニウムのｃ軸方向の格子定数が、ガーネット固溶体
の(211) 面の面間距離ｄ211 に合致する整合関係とする
ことができる。本ウエハーをエピタキシャル成長用の基
体として実施例 1と同様な条件で窒化アルミニウムの成
膜を行った。
【００２６】成長後の単結晶薄膜のRHEED パターンは強
いストリーク状を呈しており、菊地線も観察され良好な
単結晶膜であることを確認した。また、ＳＥＭ観察によ
る表面形状は非常に平滑であった。
いストリーク状を呈しており、菊地線も観察され良好な
単結晶膜であることを確認した。また、ＳＥＭ観察によ
る表面形状は非常に平滑であった。
【００２７】一方、窒化アルミニウムのｃ軸に対してミ
スフィット率が約5.9 ％であるＳｉの(111) 面を基板と
した場合の成長膜のRHEED パターンはストリーク状であ
り、ＳＥＭ観察での表面形状は比較的滑らかな粒状であ
ったが、上記実施例と比較して膜質は劣っていた。
スフィット率が約5.9 ％であるＳｉの(111) 面を基板と
した場合の成長膜のRHEED パターンはストリーク状であ
り、ＳＥＭ観察での表面形状は比較的滑らかな粒状であ
ったが、上記実施例と比較して膜質は劣っていた。
【００２８】上記実施例１〜３で使用した基体の窒化ア
ルミニウム単結晶の構造周期に対するミスフィット率は
ほぼ零であり、理想的なエピタキシャル成長が可能であ
った。また、これら基体のｃ軸方向での熱膨張係数は約
6.0 ×10-6/ ℃であり、サファイアの約9.0 ×10-6/ ℃
に比べて、窒化アルミニウムの約5.0 ×10-6/ ℃に近い
ので、ｃ軸配向時の膜の応力歪みが小さくなり、低コス
トで欠陥の少ない高品質な単結晶窒化アルミニウム膜を
得ることができる。
ルミニウム単結晶の構造周期に対するミスフィット率は
ほぼ零であり、理想的なエピタキシャル成長が可能であ
った。また、これら基体のｃ軸方向での熱膨張係数は約
6.0 ×10-6/ ℃であり、サファイアの約9.0 ×10-6/ ℃
に比べて、窒化アルミニウムの約5.0 ×10-6/ ℃に近い
ので、ｃ軸配向時の膜の応力歪みが小さくなり、低コス
トで欠陥の少ない高品質な単結晶窒化アルミニウム膜を
得ることができる。
【００２９】なお、これら実施例では 3種類の結晶面と
ガーネット固溶体を例にあげたが、これらに限定される
ものではなく、等価面｛ 120｝, ｛ 112｝又は｛ 214｝
面に平行であればよく、また表１に示される整合関係に
ある格子定数を有するガーネット固溶体であれば、従来
のサファイアやＳｉ等の基板材料での成長に優る良質な
窒化アルミニウム膜を得ることができる。また、ガーネ
ット材料としてはバルクでも薄膜でもよく適宜選択が可
能である。
ガーネット固溶体を例にあげたが、これらに限定される
ものではなく、等価面｛ 120｝, ｛ 112｝又は｛ 214｝
面に平行であればよく、また表１に示される整合関係に
ある格子定数を有するガーネット固溶体であれば、従来
のサファイアやＳｉ等の基板材料での成長に優る良質な
窒化アルミニウム膜を得ることができる。また、ガーネ
ット材料としてはバルクでも薄膜でもよく適宜選択が可
能である。
【００３０】〔実施例４〕ＣＺ法により育成したニオブ
酸リチウム(LiNbO3 ) 単結晶から厚さ約0.5 mmの(001)
面、及び(116) 面を主面とする 3インチウエハーを作製
する。(001) 面を主面とするウエハーは、窒化アルミニ
ウムのｃ軸長に対するミスフィット率は約7.2 ％であ
る。また、(116) 面を主面とするウエハーは、窒化アル
ミニウムのｃ軸長に対するミスフィット率は約3.4 ％で
ある。
酸リチウム(LiNbO3 ) 単結晶から厚さ約0.5 mmの(001)
面、及び(116) 面を主面とする 3インチウエハーを作製
する。(001) 面を主面とするウエハーは、窒化アルミニ
ウムのｃ軸長に対するミスフィット率は約7.2 ％であ
る。また、(116) 面を主面とするウエハーは、窒化アル
ミニウムのｃ軸長に対するミスフィット率は約3.4 ％で
ある。
【００３１】次に、これらウエハーを窒化アルミニウム
単結晶のエピタキシャル成長用の基体とし、減圧ＭＯＣ
ＶＤ法 (雰囲気圧約60Torr) で基体の温度約1180℃で膜
厚約1μm の窒化アルミニウム膜を作製した。この膜のR
HEED パターンは弱いストリーク状であり、ＳＥＭ観察
での表面形状は滑らかであり、良質の膜であった。
単結晶のエピタキシャル成長用の基体とし、減圧ＭＯＣ
ＶＤ法 (雰囲気圧約60Torr) で基体の温度約1180℃で膜
厚約1μm の窒化アルミニウム膜を作製した。この膜のR
HEED パターンは弱いストリーク状であり、ＳＥＭ観察
での表面形状は滑らかであり、良質の膜であった。
【００３２】一方、従来最も良く使用されているサファ
イアのＣ面(0001)を基板として、上記と同様な条件で成
膜した窒化アルミニウム膜は、ミスフィット率が約15％
と大きいため、RHEED パターンはスポット状で配向性を
有する細長い粒状を呈し、膜質も悪いものであった。
イアのＣ面(0001)を基板として、上記と同様な条件で成
膜した窒化アルミニウム膜は、ミスフィット率が約15％
と大きいため、RHEED パターンはスポット状で配向性を
有する細長い粒状を呈し、膜質も悪いものであった。
【００３３】〔実施例５〕実施例 4と同様にして(110)
面、及び（018)面に平行な厚み0.4 mmのタンタル酸リチ
ウムウエハーをそれぞれ用意し、窒化アルミニウムのエ
ピタキシャル成長用の基体とした。（018)面を主面とす
るウエハーの、窒化アルミニウムのｃ軸に対するミスフ
ィット率は約3.3 ％であり、(202) 面を主面とするウエ
ハーの、窒化アルミニウムのａ軸に対するミスフィット
率は約2.9 ％であった。
面、及び（018)面に平行な厚み0.4 mmのタンタル酸リチ
ウムウエハーをそれぞれ用意し、窒化アルミニウムのエ
ピタキシャル成長用の基体とした。（018)面を主面とす
るウエハーの、窒化アルミニウムのｃ軸に対するミスフ
ィット率は約3.3 ％であり、(202) 面を主面とするウエ
ハーの、窒化アルミニウムのａ軸に対するミスフィット
率は約2.9 ％であった。
【００３４】次いで、実施例 4と同様にして各々のウエ
ハーについて、窒化アルミニウムの薄膜成長を行った。
これらの膜のRHEED パターンはストリーク状であり、表
面形態はかなり滑らかであり、微細な粒状であった。
ハーについて、窒化アルミニウムの薄膜成長を行った。
これらの膜のRHEED パターンはストリーク状であり、表
面形態はかなり滑らかであり、微細な粒状であった。
【００３５】これに対してミスフィット率が10.5％のサ
ファイアのＲ面（01・2)を主面とする基板を用い、上記
と同様な条件で成膜した。この窒化アルミニウム膜のRH
EEDパターンはスポット状であり、表面形状は小丘状、
粗粒状であった。
ファイアのＲ面（01・2)を主面とする基板を用い、上記
と同様な条件で成膜した。この窒化アルミニウム膜のRH
EEDパターンはスポット状であり、表面形状は小丘状、
粗粒状であった。
【００３６】〔実施例６〕実施例 4と同様にしてニオブ
酸リチウム単結晶から作製した、（211)面に平行な厚み
0.5 mmの光学鏡面仕上げウエハーを窒化アルミニウムの
エピタキシャル成長用の基体とした。この場合のｃ軸に
対するミスフィット率は約0.8 ％である。
酸リチウム単結晶から作製した、（211)面に平行な厚み
0.5 mmの光学鏡面仕上げウエハーを窒化アルミニウムの
エピタキシャル成長用の基体とした。この場合のｃ軸に
対するミスフィット率は約0.8 ％である。
【００３７】次いで、実施例４と同様にして、このウエ
ハー上に窒化アルミニウムの薄膜成長を行った。成長後
の典型的なRHEED パターンは強いストリーク状で菊地線
が観測され良好な単結晶膜を示した。また、ＳＥＭの観
察の結果、表面形状は非常に平滑であった。
ハー上に窒化アルミニウムの薄膜成長を行った。成長後
の典型的なRHEED パターンは強いストリーク状で菊地線
が観測され良好な単結晶膜を示した。また、ＳＥＭの観
察の結果、表面形状は非常に平滑であった。
【００３８】一方、比較のために(111) 面を主面とする
ミスフィット率が5.9 ％のＳｉ基板を用い、同様な条件
下で成膜した窒化アルミニウム膜のRHEED パターンはス
トリーク状であり、その表面形状は比較的スムーズな粒
状であったが膜質は劣っていた。
ミスフィット率が5.9 ％のＳｉ基板を用い、同様な条件
下で成膜した窒化アルミニウム膜のRHEED パターンはス
トリーク状であり、その表面形状は比較的スムーズな粒
状であったが膜質は劣っていた。
【００３９】なお、実施例 4〜6 では 4種の結晶面を例
にあげたが、(122) ，（100)，（202)又は(214) 面でも
サファイア基板と同等以上の良質な窒化アルミニウム膜
が得られることが確認された。また、特にニオブ酸リチ
ウムやタンタル酸リチウムを用いることで、ｃ軸方向で
の熱膨張係数がサファイアの8.7 ×10-6/ ℃に比べて、
窒化アルミニウムの3.17×10-6/ ℃に近い値、すなわ
ち、ニオブ酸リチウムでは7.5 ×10-6/ ℃、タンタル酸
リチウムでは4.1 ×10-6/ ℃の値を持つので、ｃ軸配向
時の膜の応力歪みが小さいなどの低コストで欠陥の少な
い高品質な単結晶窒化アルミニウム膜を得ることができ
る。
にあげたが、(122) ，（100)，（202)又は(214) 面でも
サファイア基板と同等以上の良質な窒化アルミニウム膜
が得られることが確認された。また、特にニオブ酸リチ
ウムやタンタル酸リチウムを用いることで、ｃ軸方向で
の熱膨張係数がサファイアの8.7 ×10-6/ ℃に比べて、
窒化アルミニウムの3.17×10-6/ ℃に近い値、すなわ
ち、ニオブ酸リチウムでは7.5 ×10-6/ ℃、タンタル酸
リチウムでは4.1 ×10-6/ ℃の値を持つので、ｃ軸配向
時の膜の応力歪みが小さいなどの低コストで欠陥の少な
い高品質な単結晶窒化アルミニウム膜を得ることができ
る。
【００４０】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の単結晶成
長用基体によれば、窒化アルミニウム単結晶の構造周期
に対するミスフィット率が 8％以下の窒化アルミニウム
単結晶の構造に類縁した単結晶から成るので、最適なヘ
テロエピタキシャル成長が可能となり、欠陥の極めて少
ない品質の優れた窒化アルミニウム単結晶膜を得ること
ができる。
長用基体によれば、窒化アルミニウム単結晶の構造周期
に対するミスフィット率が 8％以下の窒化アルミニウム
単結晶の構造に類縁した単結晶から成るので、最適なヘ
テロエピタキシャル成長が可能となり、欠陥の極めて少
ない品質の優れた窒化アルミニウム単結晶膜を得ること
ができる。
【００４１】また、特に単結晶成長用基体が立方晶系の
ガーネット構造の単結晶であれば、窒化アルミニウム単
結晶の構造周期に対するミスフィット率がほぼ零とな
り、理想的なエピタキシャル成長が可能となり、極めて
良質の窒化アルミニウム単結晶を得ることができる。ま
た、ガーネットは、そのａ軸方向の熱膨張係数 (約6.0
×10-6/ ℃) がサファイアのｃ軸方向の熱膨張係数 (約
9.0 ×10-6/ ℃) と比較して窒化アルミニウムのｃ軸方
向の熱膨張係数 (約5.0 ×10-6/ ℃) に近いので、窒化
アルミニウムの成長時における高温においても安定して
成長が可能となる。さらに、この場合においてガーネッ
トの格子定数ａ〔Å〕が12.19 ＜ａ＜12.95 の範囲にあ
れば、ガーネット固溶体の形成が可能であり、所望の構
造周期を有する単結晶成長用基体を得ることができる。
ガーネット構造の単結晶であれば、窒化アルミニウム単
結晶の構造周期に対するミスフィット率がほぼ零とな
り、理想的なエピタキシャル成長が可能となり、極めて
良質の窒化アルミニウム単結晶を得ることができる。ま
た、ガーネットは、そのａ軸方向の熱膨張係数 (約6.0
×10-6/ ℃) がサファイアのｃ軸方向の熱膨張係数 (約
9.0 ×10-6/ ℃) と比較して窒化アルミニウムのｃ軸方
向の熱膨張係数 (約5.0 ×10-6/ ℃) に近いので、窒化
アルミニウムの成長時における高温においても安定して
成長が可能となる。さらに、この場合においてガーネッ
トの格子定数ａ〔Å〕が12.19 ＜ａ＜12.95 の範囲にあ
れば、ガーネット固溶体の形成が可能であり、所望の構
造周期を有する単結晶成長用基体を得ることができる。
【００４２】また、前記窒化アルミニウム単結晶を成長
させる主面を、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウ
ムの単結晶とすることによっても、良質の窒化アルミニ
ウム単結晶を得ることができ、これら単結晶はｃ軸方向
での熱膨張係数がサファイアの約9.0 ×10-6/ ℃に比べ
て、窒化アルミニウムの5.17×10-6/ ℃に近い値、すな
わち、ニオブ酸リチウムでは7.5 ×10-6/ ℃、タンタル
酸リチウムでは4.1 ×10-6/ ℃の値を持つので、ｃ軸配
向時の膜の応力歪みが小さいなどの低コストで欠陥の少
ない高品質な単結晶窒化アルミニウム膜を得ることがで
きる。
させる主面を、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウ
ムの単結晶とすることによっても、良質の窒化アルミニ
ウム単結晶を得ることができ、これら単結晶はｃ軸方向
での熱膨張係数がサファイアの約9.0 ×10-6/ ℃に比べ
て、窒化アルミニウムの5.17×10-6/ ℃に近い値、すな
わち、ニオブ酸リチウムでは7.5 ×10-6/ ℃、タンタル
酸リチウムでは4.1 ×10-6/ ℃の値を持つので、ｃ軸配
向時の膜の応力歪みが小さいなどの低コストで欠陥の少
ない高品質な単結晶窒化アルミニウム膜を得ることがで
きる。
Claims (4)
- 【請求項１】 窒化アルミニウム単結晶を気相成長させ
る基体の主面が、立方晶系，三方晶系，又は六方晶系の
いずれかの結晶系に属する単結晶から成り、かつ該主面
の格子面間隔の整数倍をＡ、窒化アルミニウム単結晶の
成長方向における格子面間隔の整数倍をＢとした場合
に、下記式（１）を満足する単結晶成長用基体。 ｜Ａ−Ｂ｜／Ａ ≦ 0.08 ・・・ （１） - 【請求項２】 前記窒化アルミニウム単結晶を気相成長
させる主面が、ガーネット構造を有する立方晶系単結晶
から成ることを特徴とする請求項１に記載の単結晶成長
用基体。 - 【請求項３】 前記ガーネット構造を有する立方晶系単
結晶の格子定数ａ〔Å〕が12.19 ＜ａ＜12.95 の範囲に
あることを特徴とする請求項２に記載の単結晶成長用基
体。 - 【請求項４】 前記窒化アルミニウム単結晶を気相成長
させる主面が、ニオブ酸リチウム、又はタンタル酸リチ
ウムの単結晶から成ることを特徴とする請求項１に記載
の単結晶成長用基体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17710494A JPH0840799A (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 単結晶成長用基体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17710494A JPH0840799A (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 単結晶成長用基体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0840799A true JPH0840799A (ja) | 1996-02-13 |
Family
ID=16025223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17710494A Pending JPH0840799A (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 単結晶成長用基体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0840799A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013212963A (ja) * | 2012-04-03 | 2013-10-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＡｌＮ系膜の製造方法およびそれに用いられる複合基板 |
| JP2014058419A (ja) * | 2012-09-15 | 2014-04-03 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 黒色窒化アルミニウムおよびその製造方法 |
| JP2021031375A (ja) * | 2019-08-29 | 2021-03-01 | 信越化学工業株式会社 | 積層構造体、半導体装置及び結晶性酸化膜の成膜方法 |
| JP2021031374A (ja) * | 2019-08-29 | 2021-03-01 | 信越化学工業株式会社 | 積層構造体及び半導体装置並びに積層構造体の製造方法 |
| JP2021038112A (ja) * | 2019-09-02 | 2021-03-11 | 信越化学工業株式会社 | 積層構造体、半導体装置及び半導体システム |
-
1994
- 1994-07-28 JP JP17710494A patent/JPH0840799A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013212963A (ja) * | 2012-04-03 | 2013-10-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＡｌＮ系膜の製造方法およびそれに用いられる複合基板 |
| JP2014058419A (ja) * | 2012-09-15 | 2014-04-03 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 黒色窒化アルミニウムおよびその製造方法 |
| JP2021031375A (ja) * | 2019-08-29 | 2021-03-01 | 信越化学工業株式会社 | 積層構造体、半導体装置及び結晶性酸化膜の成膜方法 |
| JP2021031374A (ja) * | 2019-08-29 | 2021-03-01 | 信越化学工業株式会社 | 積層構造体及び半導体装置並びに積層構造体の製造方法 |
| JP2021038112A (ja) * | 2019-09-02 | 2021-03-11 | 信越化学工業株式会社 | 積層構造体、半導体装置及び半導体システム |
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