n型氮化铝单晶基板制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种掺杂硅的、高性能的n型氮化铝单晶基板。该n型氮化铝单晶基板掺杂有硅，在23℃时的光致发光测定中，在370～390nm处具有峰的发光光谱强度(I1)与氮化铝的带边的发光峰强度(I2)之比(I1/I2)是0.5以下，厚度是25～500μm，23℃时的电子浓度与硅浓度之比(电子浓度/硅浓度)是0.0005～0.001。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种掺杂有硅的、具有自立性的n型单晶氮化铝基板(n型氮化铝单晶基板)。
技术介绍
目前，作为功率器件材料主要使用硅，但作为能进一步实现高性能的功率器件的材料，氮化镓、碳化硅等宽带隙半导体受到关注。氮化铝与这些材料相比，除了具有更宽的带隙能(6.2eV)以外，介质击穿电压(12MV/cm)、热导率(3.0Wcm-1K-1)也优异，因此与使用上述材料的情况相比，能实现具有更高的耐压特性的功率器件。作为用于实现高元件性能(大容量/高耐压)的元件构造，在使用氮化镓以及碳化硅的器件中，提出了将导电性基板作为支承基板使用的垂直型、即电流在元件的表面到背面之间流过、或者施加电压的半导体元件构造(参照专利文献1～3)。通过采用垂直型构造，能提高耐压特性，提高耐压特性是在水平型、即用于使器件驱动的电流的流动方向是水平方向的器件中存在的课题。进而，通过采用垂直型构造，能将施加到器件的功率增大。另外，垂直型构造作为有效的器件，还可以举出半导体激光器等发光器件。通过采用垂直型器件构造，可期待能避免在水平型构造中成为问题的、在台面构造端部中的电流集中，能向活性层注入均匀的电流，元件的可靠性得以提高。如上所述，为了实现这种垂直型的元件构造，需要使用导电性基板。关于具有导电性的氮化铝，已知通过利用金属有机气相外延(MOVPE：MetalorganicVaporPhaseEpitaxy)法、氢化物气相外延(HVPE：HydrideVaporPhaseEpitaxy)法等化学气相生长法掺杂硅而形成n型导电性晶体层的方法(专利文献4～6)。但是，在专利文献4、5、6中，由于在蓝宝石基板、碳化硅基板之类的异种基板上形成n型氮化铝单晶层，因此难以制作高品质并且具有能作为基板使用的程度的膜厚的n型氮化铝单晶层。另一方面，作为形成高品质的氮化铝单晶层的方法，还开发了在同种基板、即由氮化铝单晶形成的基础基板上使氮化铝单晶层生长的方法(非专利文献1)。根据非专利文献1中记载的方法，能形成与由氮化铝单晶形成的基础基板相同程度的晶体品质的、高纯度的氮化铝厚膜层。并且，根据该方法，能得到位错密度是106cm-2左右的n型氮化铝单晶层。另外，在专利文献7、非专利文献2中还记载了通过化学气相生长而在同种基板上形成氮化铝单晶的厚膜的例子。另外，作为使过渡密度低、结晶性良好的III族氮化物单晶稳定生长的方法，已知有升华法等物理气相生长法。根据升华法，可以得到具有厚度的III族氮化物单晶。在专利文献8中，指出了：为了增加III族氮化物单晶的生长速度、提高结晶性，在Si等杂质元素的共存下进行升华。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2003-086816号专利文献2：日本特开2006-100801号专利文献3：日本特开2009-059912号专利文献4：日本特开2000-091234号专利文献5：日本特开2003-273398号专利文献6：WO2008/096884专利文献7：WO2015/056714专利文献8：WO2007/111219非专利文献非专利文献1：Appl.Phys.Express.5(2012)055504非专利文献2：Appl.Phys.Express.5(2012)125501
技术实现思路
专利技术所要解决的问题如专利文献8所述，根据升华法，能得到位错密度低、结晶性良好、具有厚度的III族氮化物单晶。并且，在利用专利文献8的方法得到的氮化铝单晶中，混入有作为杂质元素的硅(Si)。若混入的硅作为施主(donor)发挥作用，则能期待所得到的单晶具有n型导电性。但是，可以想到混入有硅的升华法氮化铝单晶会受到其他杂质、铝或氮脱落后的点缺陷的影响，有时不会体现出根据硅的含量所预期的程度的n型导电性。根据使用非专利文献1、2、专利文献7的同种基板的化学气相生长法，能形成高晶体品质并且高纯度的氮化铝厚膜层。并且，在专利文献7中，记载有体现n型导电性的氮化铝厚膜层(基板)。但是，近年来，要求氮化铝单晶基板发挥更高的n型导电性，这些公知技术仍有改善的余地。可以推定：掺杂于氮化铝单晶的硅的一部分受到热激发而作为施主发挥功能，但被上述其他杂质、点缺陷补偿的结果是，并未作为施主发挥功能，而是大多数作为晶体中的异物存在，无助于体现n型导电性。也可以推定：这种无助于体现n型导电性的硅等成为损害结晶性的主要因素，另外，引起过渡的发生、不理想的着色。因此，期望一种能抑制作为硅的补偿主要因素的其他杂质和点缺陷的混入、所掺杂的硅的大多数能有助于体现n型导电性的n型氮化铝单晶基板。因此，本专利技术是鉴于上述那样的现状而完成的，其目的在于提供一种掺杂有硅、具有高n型导电性、具有自立性的n型氮化铝单晶基板。用于解决问题的方案本专利技术人等为了解决上述问题，进行了深入研究。其结果是，在研究了各种制造条件之后，发现了如下事实，从而完成了本专利技术：通过降低补偿n型导电性的铝(Al)缺陷的比例，使n型导电特性降低的受主性补偿中心密度降低，其结果是，能形成具有高n型导电性、能作为自立的基板来使用的程度的厚度的高品质的n型单晶氮化铝单晶层。虽然n型导电性提高的机理未必清楚，但可以认为：这是因为，通过选择适当的生长条件，作为硅的补偿中心的其他杂质、铝缺陷的比例降低，由此硅作为施主发挥功能的比例增加。即，本专利技术的第一方案是一种n型氮化铝单晶基板，其掺杂有硅，在23℃时的光致发光测定中，在370～390nm处具有峰的发光光谱强度(I1)与氮化铝的带边的发光峰强度(I2)之比(I1/I2)是0.5以下，厚度是25～500μm，23℃时的电子浓度与硅浓度之比(电子浓度/硅浓度)是0.0005～0.001。虽然下面将详细叙述，但已知的是：在370～390nm处具有峰的发光光谱强度(I1)表示Al缺陷的量。另外，能确认氮化铝的带边的发光峰(I2)在210nm附近。并且，在本专利技术的n型氮化铝单晶基板中，优选包含于所述n型氮化铝单晶中的受主的浓度是1018cm-3以下，并且不超过硅浓度。通过满足这种条件，能得到良好的n型导电性。另外，在本专利技术的n型氮化铝单晶基板中，优选位错密度是106cm-2以下。通过满足该条件，能制作使用了本专利技术的n型氮化铝单晶基板的、低电阻且高可靠性的垂直型电子器件。进而，在本专利技术的n型氮化铝单晶基板中，优选23℃时的电子浓度是1×1013～1×1017cm-3。本专利技术的第二方案是在所述n型氮化铝单晶基板的上下具备电极的垂直型氮化物半导体器件。专利技术效果根据本专利技术，提供一种以往从未实现过的、具有高n型导电性、具有自立性的n型氮化铝单晶基板，能利用n型氮化铝基板制作垂直型半导体器件。需要说明的是，所谓的“垂直型氮化物半导体器件”是在n型氮化铝单晶基板的上下表面形成有电极的构造，能适用于肖特基势垒二极管、晶体管、发光二极管、激光二极管等各种半导体器件。具体实施方式(n型氮化铝单晶基板)在本专利技术中，n型氮化铝单晶基板是由含有硅作为施主的氮化铝单晶形成的基板。所谓的n型基板是通过施加电压而产生电流、使用自由电子作为输送电荷的载体的半导体基板。具有负电荷的自由电子作为载体而移动，从而产生电流。也就是说，是多数载体为电子的半导体基板。本专利技术的n型氮化铝单晶基板中，在23℃时的光致本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种n型氮化铝单晶基板，其掺杂有硅，在23℃时的光致发光测定中，在370～390nm处具有峰的发光光谱强度I1与氮化铝的带边的发光峰强度I2之比I1/I2是0.5以下，厚度是25～500μm，23℃时的电子浓度与硅浓度之比，即电子浓度/硅浓度是0.0005～0.001。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.01 JP 2014-1580351.一种n型氮化铝单晶基板，其掺杂有硅，在23℃时的光致发光测定中，在370～390nm处具有峰的发光光谱强度I1与氮化铝的带边的发光峰强度I2之比I1/I2是0.5以下，厚度是25～500μm，23℃时的电子浓度与硅浓度之比，即电子浓度/硅浓度是0.0005～0.001。2.根据权利要求1所述的n型氮化铝单晶基板，其中，受主浓度是1018cm-3以下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：木下亨，永岛彻，
申请(专利权)人：株式会社德山，
类型：发明
国别省市：日本;JP