III族氮化物结晶的制造方法技术

本发明专利技术提供一种得到抑制装置的腐蚀、并且抑制冷却中的由基底基板对III族氮化物单晶的应力的III族氮化物单晶的III族氮化物结晶的制造方法。一种III族氮化物结晶的制造方法，其包括：(i)准备将蓝宝石作为基底基板且在所述基底基板上设置有III族氮化物层的种基板的工序；(ii)在由钽构成的盛具中准备锂或锂化合物的工序；(iii)使用III族元素与碱金属的混合熔液，使III族氮化物结晶生长于设置于种基板的III族氮化物层的工序；和(iv)将锂或锂化合物投入混合熔液，使其与基底基板反应的工序。

【技术实现步骤摘要】
III族氮化物结晶的制造方法
本专利技术涉及III族氮化物结晶的制造方法。
技术介绍
氮化镓等III族氮化物单晶半导体作为功率半导体领域等的异质结高速电子器件、发出蓝色光、紫外光的半导体元件的材料而受到关注。蓝色激光二极管(LD)应用于高密度光盘、显示器，并且蓝色发光二极管(LED)应用于显示器、照明等。另外，紫外线LD被期待应用于生物技术等中，紫外线LED被期待用作荧光灯的紫外线源。III族氮化物单晶半导体(例如、氮化镓)的基板通常利用气相外延生长而形成。例如，使用在由蓝宝石构成的基底基板上使III族氮化物结晶异质外延生长而得的基板等。然而，蓝宝石基板与氮化镓单晶的晶格常数具有13.8％的差值，线膨胀系数也具有25.8％的差值。因此，由气相外延生长得到的氮化镓单晶薄膜的结晶性不充分。利用该方法得到的结晶的位错密度通常为1e+8cm-2～1e+9cm-2，位错密度的减少成为重要的课题。为了解决该课题，进行降低位错密度的努力，例如开发了ELOG(Epitaxiallateralovergrowth)法。根据该方法，能够将位错密度降低至1e+5cm-2～1e+6cm-2左右，但制作工序复杂。另一方面，还研究了不进行气相外延生长、而是在液相中进行结晶生长的方法。以往，氮化镓单晶、氮化铝单晶等III族氮化物单晶的熔点下的氮的平衡蒸气压为1000MPa以上，因此为了使氮化镓在液相中生长需要1200℃且800MPa的条件。针对于此，提出了使用利用与钠熔液的混合熔液来溶解氮的钠助熔剂法。明确可知，利用该钠助熔剂法，能够在870℃、4MPa这样的较低温低压的条件下合成氮化镓单晶。另外，在包含铵的氮气气氛下使镓与钠的混合物在800℃、5MPa下熔融，使用该熔液以96小时的育成时间得到最大结晶尺寸为1.2mm左右的单晶(例如参照专利文献1)。另外，还报道了以下方法：在蓝宝石基板上利用有机金属气相生长(MOCVD：MetalOrganicChemicalVaporDeposition)法成膜氮化镓单晶层后，利用液相生长(LPE：Liquidphaseepitaxy)法来使单晶生长的方法。在这些方法中，由蓝宝石构成的基底基板与III族氮化物单晶之间的热膨胀系数存在差异。因此，若使用由蓝宝石构成的基底基板来使III族氮化物单晶生长，则会有在育成后的冷却工序中III族氮化物单晶产生变形、翘曲的情况。其结果，所得的III族氮化物单晶基板容易破损，使用其的器件的制造变困难。另外，该情况的应力随着基板具有大口径而变大。因此，报道了包括在由蓝宝石构成的基底基板与III族氮化物单晶基板之间制作空隙的工序的制造方法。由此，可以制造仅包含优质的III族氮化物单晶、且翘曲小的III族氮化物单晶基板。另外，作为减少上述翘曲的其他方法，还报道了在产生因热膨胀系数差而导致的应力之前利用蓝宝石制基底基板与金属锂的化学反应，将由蓝宝石构成的基底基板熔解的方法(例如参照非专利文献1)。由此，降低所育成的III族氮化物单晶基板与由蓝宝石构成的基底基板之间起作用的应力。在该方法中，在放置于用于进行结晶生长的温度和压力环境(870℃、40大气压等)的放有金属原料的混合熔液的坩埚的内部且与原料的混合熔液不接触的位置，配置金属锂。然后，在III族氮化物结晶生长工序之后，在实施冷却之前，在放有在蓝宝石制基底基板上育成的III族氮化物结晶基板的原料混合熔液中投入金属锂。由此，使金属锂与构成基底基板的蓝宝石反应，将III族氮化物结晶基板从基底基板分离。图2示出了以往的III族氮化物单晶的制造方法的构成例。(a)在以往的基于钠助熔剂法的III族氮化物单晶的制造方法中，在由氧化铝构成的坩埚容器100内部放有III族元素的熔液与钠熔液的混合熔液101，在混合熔液中配置有种结晶基板104。种结晶基板104中，在由蓝宝石构成的基底基板102设置有III族氮化物单晶的种结晶层103。(b)将上述构成的制造装置内的坩埚容器100、混合熔液101、种结晶基板104设置于840℃至900℃、氮气40个大气压的环境下。由此，溶解于混合熔液101中的氮在基底基板102上的III族氮化物单晶层103与混合熔液101中的镓反应，生成氮化镓单晶(参照下述式(I)。)。Ga+N→GaN(I)(c)利用锂将构成基底基板102的蓝宝石熔解，为了减少对所育成的III族氮化物结晶基板的应力，结晶育成中，在坩埚容器100内部不接触混合熔液101的状态下，利用盛具(jig、金属锂保持具)110来保持金属锂111。(d)氮化镓单晶在基底基板102上生成后，在实施冷却前，在放有在蓝宝石制基底基板上育成的III族氮化物结晶基板和混合熔液101的坩埚容器100内投入金属锂111。由此，使金属锂111与构成基底基板102的蓝宝石反应，将III族氮化物结晶基板从基底基板102分离。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009-234800号公报非专利文献非专利文献1：TakumiYamadaetal2016Appl.Phys.Express9071002
技术实现思路
专利技术要解决的课题在上述以往的利用金属锂熔解蓝宝石的方法中，在III族氮化物单晶的育成中，在放有混合熔液的坩埚内，等待中的锂在育成环境内无法稳定地存在，在育成温度下锂和锂化合物的一部分会气化。另外，会有气化的锂腐蚀存在于坩埚内的由氧化铝(Al2O3)或氧化钇(Y2O3)构成的构件的问题。可认为这是由金属锂的反应性高所导致的。因此，本专利技术的目的是，提供一种得到抑制装置的腐蚀、并且抑制冷却中的由基底基板对III族氮化物单晶的应力的III族氮化物单晶的III族氮化物结晶的制造方法。用于解决课题的手段为了实现上述目的，在本专利技术所述的III族氮化物结晶的制造方法中，包括以下工序：(i)准备将蓝宝石作为基底基板且在所述基底基板上设置有III族氮化物层的种基板的工序；(ii)在由钽构成的盛具中准备锂或锂化合物的工序；(iii)使用III族元素与碱金属的混合熔液，使III族氮化物结晶生长于设置于所述种基板的所述III族氮化物层的工序；和(iv)将所述锂或锂化合物投入所述混合熔液，使其与所述基底基板反应的工序。另外，本专利技术所述的III族氮化物结晶的制造装置具备：能够保持III族元素与碱金属的混合熔液的钽制坩埚容器、和在所述坩埚容器内在所述混合熔液的液面更上方能够保持锂或锂化合物的钽制锂保持具。专利技术效果根据本专利技术所述的III族氮化物结晶的制造方法，能够抑制装置的腐蚀，育成III族氮化物单晶。附图说明图1A是示出在实施方式1所述的III族氮化物结晶的制造方法中，III族氮化物结晶的生长工序的一例的示意图。图1B是示出在实施方式1所述的III族氮化物结晶的制造方法中，将氧化锂投入混合熔液使其与基底基板反应的工序的一例的示意图。图1C是示出在实施方式1所述的III族氮化物结晶的制造方法中，基底基板从III族氮化物结晶剥离了的状态的一例的示意图。图2是示出非专利文献1所记载的III族氮化物结晶的制造方法的装置构成的主要部件的一例的示意图。图3是示出实施例1的装置构成的主要部件的一例的示意图。具体实施方式第1方案所述的本专利技术的制造方法包括：(i)准备将蓝宝石作为基底基板且在所述基底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种III族氮化物结晶的制造方法，其包括：(i)准备将蓝宝石作为基底基板且在所述基底基板上设置有III族氮化物层的种基板的工序；(ii)在由钽构成的盛具中准备锂或锂化合物的工序；(iii)使用III族元素与碱金属的混合熔液，使III族氮化物结晶生长于设置于所述种基板的所述III族氮化物层的工序；和(iv)将所述锂或锂化合物投入所述混合熔液，使其与所述基底基板反应的工序。

【技术特征摘要】
2018.04.19 JP 2018-0808401.一种III族氮化物结晶的制造方法，其包括：(i)准备将蓝宝石作为基底基板且在所述基底基板上设置有III族氮化物层的种基板的工序；(ii)在由钽构成的盛具中准备锂或锂化合物的工序；(iii)使用III族元素与碱金属的混合熔液，使III族氮化物结晶生长于设置于所述种基板的所述III族氮化物层的工序；和(iv)将所述锂或锂化合物投入所述混合熔液，使其与所述基底基板反应的工序。2.根据权利要求1所述的III族氮化物结晶的制造方法，其中，在所述(iii)工序中，所述III族元素为镓，所述碱金属为选自钠、钾中的至少一种，所述III族氮化物结晶为GaN结晶。3.根据权利要求1所述的III族氮化物结晶的制造方法，其中，在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：多田昌浩，小松真介，森勇介，今西正幸，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP