用于制造第III族氮化物半导体的方法及所使用的坩埚技术

本发明专利技术公开了用于制造第III族氮化物半导体的方法及所使用的坩埚。本发明专利技术的目的是通过助熔剂法在GaN晶体的生长中抑制宏观台阶生长。作为当通过Na助熔剂法生长GaN晶体时保持熔体的坩埚，坩埚由氧化铝制成并且通过石膏模铸造法制造。使用在其内壁上存在有异常生长的氧化铝晶粒并且异常生长的氧化铝晶粒的最大粒径不小于10μm的坩埚。当选择并且使用这种坩埚时，能够抑制宏观台阶生长，由此提高GaN晶体品质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于通过助熔剂法制造第III族氮化物半导体的方法。更具体地，所述方法的特征在于用保持熔体的坩埚。本专利技术还涉及在通过助熔剂法生长第III族氮化物半导体时所使用的坩埚。
技术介绍
所谓的Na助熔剂法是用于生长GaN晶体的公知方法。该方法是通过在Na(钠)和Ga(镓)的熔融混合物中引入氮气，能够在几MPa的相对低的压力和600℃至1000℃的相对低的温度下生长GaN的技术。日本公开特许公报(特开)No.2011-136898和WO2010/079655公开了在Na助熔剂法中，用于保持熔体和籽晶的坩埚由陶瓷如氧化铝、氧化钇和YAG(钇铝石榴石)制成。日本公开特许公报(特开)No.2011-136898描述了从针对助熔剂的抗腐蚀性角度来看，坩埚的平均粒径可以优选1μm至100μm。类似地，从所述角度来看，粉末原材料的粒径可以优选0.1μm至10μm。WO2010/079655描述了氧化铝或二氧化硅是从由氧化铝制成的坩埚中洗脱出的。在通过Na助熔剂法生长GaN时，观察到形成数微米(μm)至数百微米(μm)数量级的大台阶的称作“宏观台阶生长”的晶体生长。在该宏观台阶生长的区域中，引入晶体中的熔体(例如Na)的量增加，导致晶体的质量劣化。然而，由于宏观台阶生长的控制因素未知，所以宏观台阶生长不能得到抑制。
技术实现思路
鉴于前述内容，本专利技术的一个目的是提供用于通过助熔剂法制造第III族氮化物半导体的方法，该方法通过抑制宏观台阶生长来展现出提高的晶体质量。在本专利技术的一个方面中，提供用于制造第III族氮化物半导体的方法，该方法包括：将溶解在助熔剂中的第III族金属的熔体保持于坩埚中，将含有氮的气体供应至熔体，以及生长第III族氮化物半导体，其中坩埚由氧化铝制成，并且使用在其内壁上存在有在制造坩埚时异常生长的氧化铝晶粒并且所述异常生长的氧化铝晶粒的最大粒径不小于10μm的坩埚。在本专利技术中，氧化铝粒径被定义为围绕氧化铝晶粒的圆的直径。最大粒径是所测量的氧化铝粒径的最大值。异常晶粒生长是粒径大于正常值的氧化铝晶粒生长的一种现象。本发明人通过研究首次发现：如果异常生长的氧化铝晶粒的最大粒径不小于10μm，那么宏观台阶生长得到抑制，由此提高晶体质量。更优选地，最大粒径在10μm至150μm之间，并且再优选地，在40μm至100μm之间。异常生长的氧化铝晶粒的数密度可以为10/mm2至10000个/mm2(个每平方毫米)。数密度超过10000个/mm2(个每平方毫米)会减小坩埚的强度，这不是优选的。当数密度在上述范围内时，宏观台阶生长可以得到充分抑制。更优选地，所述数密度为50个/mm2至2000个/mm2(每平方毫米)，并且再优选地，为100个/mm2至1000个/mm2(每平方毫米)。坩埚可以通过石膏模铸造法来制造。这是因为由于来自石膏模的杂质例如Ca的污染，易于发生氧化铝晶粒的异常生长。另外，当通过铸造来制造坩埚时，通过将诸如Ca的杂质添加至浆料中可以人工诱导异常生长。在本专利技术中，第III族金属包括Ga、Al、In和B。碱金属例如Na、K和Li或碱土金属被用作助熔剂。具体地，优选使用Na。可以将C添加至助熔剂以抑制混杂晶体。生长的第III族氮化物半导体晶体可以具有任意组分比，并且包括AlGaN、InGaN、AlGaInN，以及其他如GaN。另外，n型第III族氮化物半导体可以通过掺杂n型杂质来生长，以及p型第III族氮化物半导体可以通过掺杂p型杂质来生长。Ge最常用作n型杂质。但是，在通过气相外延生长第III族氮化物半导体时，最常使用Si，这是因为在助熔剂法中通过掺杂Si难以生长第III族氮化物半导体。另外，Mg可以用作p型杂质。在本专利技术的其他方面中，提供在通过助熔剂法生长第III族氮化物半导体晶体时用于保持熔体的坩埚，所述坩埚由氧化铝制成，其中在其内壁上存在有异常生长的氧化铝晶粒，并且生长异常的氧化铝晶粒的最大粒径不小于10μm。根据本专利技术，通过将在坩埚中异常生长的氧化铝晶粒的粒径控制为不小于10μm，能够容易地抑制宏观台阶生长，由此提高晶体品质。这是因为在异常生长的氧化铝晶粒中含有的杂质溶解在熔体中，其影响了晶体生长。附图说明由于在结合附图考虑的情况下，参照优选实施方案的以下详细描述，本专利技术的各种其他目的、特征和许多附带的优点将变得更好理解，所以可以容易地认识到本专利技术的各种其他目的、特征和许多附带优点，其中：图1示出了晶体生长设备1的结构；图2是正常生长的氧化铝晶粒的SEM图像；图3是示出当不发生晶粒异常生长时粒径分布的数密度的图；图4是异常生长的氧化铝晶粒的SEM图像；图5是示出当发生晶粒异常生长时粒径分布的数密度的图；图6是示出最大粒径与晶体质量之间的关系的图；图7是示出平均粒径与晶体质量之间的关系的图。具体实施方式接下来将参考附图描述本专利技术的一个具体实施方案。然而，本专利技术不限于所述实施方案。首先，接下来将参照图1描述在用于根据实施方案1制造第III族氮化物半导体的方法中所使用的晶体生长设备1的结构。如图1所示，晶体生长设备1包括压力容器100。压力容器100中具有反应器101和加热器102。在反应器101中，设置有坩埚103。另外，在反应器101中，提供了用于供应氮气的供应管104和用于排放氮气的排放管105。另外，在压力容器100中，提供了绝热材料106以便包围反应器101和加热器102。压力容器100是由不锈钢制成的并且具有耐压性。反应器101是由SUS制成的并且具有耐热性。加热器102通过电阻加热器对反应器101进行加热，由此调节生长温度。另外，连接至反应器101的供应管104和排放管105中的每个均具有阀门。通过利用所述阀门调节氮气的供应量和排放量来调节反应器101中的压力，由此调节生长压力。坩埚103是保持籽晶(GaN自支撑衬底)、Na助熔剂、Ga原材料和其他杂质的容器。坩埚103具有内径为59mm、高度为36mm和厚度为3mm的筒状。坩埚103是由氧化铝陶瓷(氧化铝烧结压制块)制成的并且具有高的耐热性和耐碱性。设置在反应器101中的坩埚103通过未示出的装置是可旋转的。坩埚103可以具有盖。这可以防止在GaN生长期间Na的蒸发。另外，使用在其内壁上存在有异常生长的氧化铝晶粒的坩埚103，并且异常生长的氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造第III族氮化物半导体的方法，所述方法包括：将溶解在助熔剂中的第III族金属的熔体保持于坩埚中，将含有氮的气体供应至所述熔体，以及生长所述第III族氮化物半导体，其中，所述坩埚是由氧化铝制成的；并且使用所述坩埚，其中在所述坩埚的内壁上存在有在制造所述坩埚时异常生长的氧化铝晶粒，并且所述异常生长的氧化铝晶粒的最大粒径不小于10μm。

【技术特征摘要】
2014.12.05 JP 2014-2472091.一种用于制造第III族氮化物半导体的方法，所述方法包括：将溶
解在助熔剂中的第III族金属的熔体保持于坩埚中，将含有氮的气体供应
至所述熔体，以及生长所述第III族氮化物半导体，其中，
所述坩埚是由氧化铝制成的；并且
使用所述坩埚，其中在所述坩埚的内壁上存在有在制造所述坩埚时异
常生长的氧化铝晶粒，并且所述异常生长的氧化铝晶粒的最大粒径不小于
10μm。
2.根据权利要求1所述的用于制造第III族氮化物半导体的方法，其
中在所述坩埚的内壁上的所述异常生长的氧化铝晶粒的数密度是10个
/mm2至10000个/mm2。
3.根据权利要求2所述的用于制造第III族氮化物半导体的方法，其
中在所述坩埚的内壁上的所述异常生长的氧化铝晶粒的数密度是50个
/mm2至2000个/mm2。
4.根据权利要求1所述的用于制造第III族氮化物半导体的方法，其
中
粒径分布的数密度在正常生长的氧化铝晶粒的第一粒径处呈现出第
一数密度峰，并且在所述异常生长的氧化铝晶粒的第二粒径处呈现出第二
数密度峰，所述第二粒径大于所述第一粒径。
5.根据权利要求2所述的用...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎真辉，守山实希，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP