第13族氮化物晶体的制造方法和第13族氮化物晶体技术

在第13族氮化物晶体的制造方法中，将由第13族氮化物晶体制成的晶种布置于包含碱金属和第13族元素的混合熔体中，且向所述混合熔体供应氮气以在所述晶种的主面上生长第13族氮化物晶体。所述晶种通过气相外延而制造。与容纳所述混合熔体的反应容器中的所述混合熔体接触的接触部件的至少一部分由Al2O3制成。在所述晶种和所生长的13族氮化物晶体之间形成具有其波长比所生长的第13族氮化物晶体的光致发光发射峰的波长要长的光致发光发射峰的界面层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及第13族氮化物晶体的制造方法和第13族氮化物晶体。
技术介绍
基于第13族氮化物的半导体材料例如氮化镓(GaN)已知作为用于半导体器件例如发蓝光的二极管(LED)、白色LED和激光二极管(LD)的材料。已经开发出气相外延(epitaxy)和液相外延作为第13族氮化物晶体的制造方法。气相外延是在气相中在籽晶衬底(种子衬底，seed substrate)上生长第13族氮化物晶体的方法。气相外延的实例包括金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)和氢化物气相外延(HVPE)。为了通过气相外延制造第13族氮化物晶体自支撑衬底，常常使用减少位错密度的方法，例如横向外延过生长(epitaxial lateral overgrowth，ELO)。在该方法中，例如，通过HVPE在异种(不同，heterogeneous)衬底例如蓝宝石衬底和砷化镓(GaAs)衬底上厚厚地生长GaN，并且然后将GaN晶体厚膜与所述异种衬底分离。用这种方式制造的GaN自支撑衬底具有例如约106cm-2的位错密度。液相外延是在液相中在籽晶衬底(晶种(种晶，seed crystal))上生长第13族氮化物晶体的方法。已知的液相外延的实例包括助熔剂法(flux method)。助溶剂法是通过如下在晶种上生长第13族氮化物晶体的方法：将由第13族氮化物晶体制成的晶种布置在包含碱金属例如钠(Na)和钾(K)以及第13族元素例如Ga和铝(Al)的混合熔体中；且向所述混合熔体供应氮气。在所述助溶剂法中，在氮气压力等于或低于10MPa的气氛下将混合熔体加热至大约900℃以使氮气从气相溶解到混合熔体中。因此，氮气与混合熔体中的第13族元素反应，从而生长第13族氮化物晶体。助溶剂法使得所述晶体能够在比其它类型的液相外延低的温度和低的压力下生长。此外，所生长的第13族氮化物晶体有利地具有例如低于106cm-2的位错密度。专利文献1-3描述了通过助溶剂法在由GaN衬底制成的晶种上生长GaN晶体的方法。专利文献3描述了在助溶剂法中使用的籽晶衬底的倾斜角(斜角，off-angle)。专利文献4和5描述了在助溶剂法中使用的反应容器。专利文献4描述了通过使用Al2O3作为反应容器的材料，Al2O3在晶体生长过程期间溶解，从而改变所述反应容器的重量。专利文献6描述了使用通过气相外延生长的GaN晶体的阴极发光的测量结果。非专利文献1描述了在其中在GaN晶体中包含杂质的情形中的发光特性。为了满足近来降低白色LED的成本和将白色LED应用到电子器件的需求，例如，期望第13族氮化物晶体具有较大的直径。相对小的第13族氮化物晶体自支撑衬底可通常通过气相外延以比通过助溶剂法低的成本而制造。然而，在其中自支撑衬底大型化(变大)且应用气相外延的情形中，由于例如异种衬底和第13族氮化物晶体之间的热膨胀系数的差异和晶格常数的差异，容易出现失败(故障，failure)例如翘曲和裂纹。因此，通过单独的气相外延难以制造大的且高品质的第13族氮化物晶体。因为助溶剂法不需要异种衬底，不容易出现失败例如翘曲。因此，助溶剂法适宜用于制造大的且高品质的第13族氮化物晶体。然而，助溶剂法需要比气相外延的制造成本高的制造成本。鉴于以上描述的情况，本专利技术旨在以低成本制造高品质的第13族氮化物晶体。
技术实现思路
根据实施方式，提供了第13族氮化物晶体的制造方法，在该方法中将由第13族氮化物晶体制成的晶种布置于包含碱金属和第13族元素的混合熔体中，且向所述混合熔体供应氮气以在所述晶种的主面上生长第13族氮化物晶体，其中所述晶种通过气相外延而制造，与容纳所述混合熔体的反应容器中的混合熔体接触的接触部件的至少一部分由Al2O3制成，且在所述晶种和所生长的第13族氮化物晶体之间形成具有如下光致发光发射峰的界面层：其波长比所生长的第13族氮化物晶体的光致发光发射峰的波长要长。通过结合附图考虑时阅读本专利技术目前优选的实施方式的以下详细描述，将更好地理解该专利技术的以上和其它目的、特征、优点及技术和工业显著性。附图说明图1是在根据第一实施方式的第13族氮化物晶体的制造方法中使用的制造装置的配置的示例图。图2A是对晶种的主面的倾斜角的示例图。图2B是对晶种的主面的另一倾斜角的示例图。图3是根据实施例1-1、1-2和1-3以及对比例2-1的晶体生长状态的图。图4是根据对比例1-1、1-2、1-3和2-2的晶体生长状态的图。图5是根据对比例3的晶体生长状态的图。图6是使用根据实施例1-2的GaN晶体制造的检查衬底中包含的夹杂物(内含物，inclusion)的图像的视图。图7是使用根据实施例1-3的GaN晶体制造的检查衬底中包含的夹杂物的图像的视图。图8是使用根据对比例2-1的GaN晶体制造的检查衬底中包含的夹杂物的图像的视图。图9是表明根据实施例1-1的GaN晶体的PL谱图的测量结果的曲线图。图10是表明根据对比例1-1的GaN晶体的PL谱图的测量结果的曲线图。图11是表明根据实施例1-1的界面层的PL谱图的测量结果的曲线图。具体实施方式实施方式以下参考附图更详细地描述第13族氮化物晶体的制造方法的示例性实施方式。图1是在根据实施方式的第13族氮化物晶体的制造方法中使用的制造装置1的配置的示例图。制造装置1通过助溶剂法制造第13族氮化物晶体。耐压容器11例如由不锈钢制成。耐压容器11容纳内部容器12。内部容器12容纳反应容器13。反应容器13保留包含碱金属和第13族元素的混合熔体(助熔剂)5以及晶种6。反应容器13使用晶种6作为核(晶核)在所述混合熔体5中生长第13族氮化物晶体。反应容器13容纳保持部件21和固定部件22。保持部件21保持所述晶种6。固定部件22将保持部件21固定到反应容器13的底部。与反应容器13中的混合熔体5接触的接触部件的至少一部分由氧化铝(Al2O3)制成。在本实施方式中，反应容器13、保持部件21和固定部件22的内壁的至少一部分由氧化铝制成。不是所有的与所述混合熔体5接触的部件都必须由氧化铝制成。用于与所述混合熔体5接触的部件的除氧化铝之外的材料优选地难以与所述混合熔体5反应。除氧化铝之外的材料的实例包括氮化物例如氮化铝、氧化物例如钇铝石榴石(YAG)、和不锈钢(SUS)。用于所述接触部件的氧化铝的纯度优选地等于或高于99.9％。如果所述纯度低于99.9％，则由于杂质而引起的多晶化可在晶体生长期间出现，且晶体生长速度可降低。更优选地，氧化铝中的硅(Si)浓度低于100ppm。如果所述硅浓度等于或高于100ppm，则晶体生长速度可降低。混合熔体5包含碱金属和第13族元素。所述碱金属为Na、锂(Li)和K的至少一种且优选为具有等于或高于99.95％纯度的Na。如果所述纯度低于99.95％，则可在混合熔体5的表面上产生混杂晶体(miscellaneous crystal)，且晶体生长速度可降低。所述第13族元素为硼(B)、Al、Ga、铟(In)和铊(Tl)的至少一种且优选为Ga。典型的混合熔体5的实例包括Ga-Na混合熔体。根据本实施方式的晶种6是由通过气相外延制造的第13族氮化物晶体制成的。气相外延的实例包括MOCVD、MBE和HVPE。所述晶种6具有衬底形状且优选地具有使得晶体能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
第13族氮化物晶体的制造方法，在所述方法中，将由第13族氮化物晶体制成的晶种布置于包含碱金属和第13族元素的混合熔体中，且向所述混合熔体供应氮气以在所述晶种的主面上生长第13族氮化物晶体，其中所述晶种通过气相外延而制造，与容纳所述混合熔体的反应容器中的所述混合熔体接触的接触部件的至少一部分由Al2O3制成，且在所述晶种和所生长的第13族氮化物晶体之间形成具有如下光致发光发射峰的界面层：其波长比所生长的第13族氮化物晶体的光致发光发射峰的波长要长。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.18 JP 2014-054540;2014.10.30 JP 2014-221791.第13族氮化物晶体的制造方法，在所述方法中，将由第13族氮化物晶体制成的晶种布置于包含碱金属和第13族元素的混合熔体中，且向所述混合熔体供应氮气以在所述晶种的主面上生长第13族氮化物晶体，其中所述晶种通过气相外延而制造，与容纳所述混合熔体的反应容器中的所述混合熔体接触的接触部件的至少一部分由Al2O3制成，且在所述晶种和所生长的第13族氮化物晶体之间形成具有如下光致发光发射峰的界面层：其波长比所生长的第13族氮化物晶体的光致发光发射峰的波长要长。2.根据权利要求1的第13族氮化物晶体的制造方法，其中所述晶种包含Si。3.根据权利要求1或2的第13族氮化物晶体的制造方法，其中Al2O3的纯度等于或高于99.9％。4.根据权利要求1-3中任一项的第13族氮化物晶体的制造方法，其中所述接触部件的Si浓度低于100ppm。5.根据权利要求1-4中任一项的第13族氮化物晶体的制造方法，其中所述主面具有大于0°且等于或小于2°的倾斜角。6.根据权利要求5的第13族氮化物晶体的制造方法，其中所述倾斜角等于或小...

【专利技术属性】
技术研发人员：林昌弘，佐藤隆，三好直哉，和田纯一，皿山正二，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：日本;JP