氮化物晶体制造技术

本发明专利技术涉及一种氮化物晶体。本发明专利技术的课题在于，提高III族氮化物的晶体的品质，提高使用该晶体而制造的半导体设备的性能、成品率。本发明专利技术的解决手段是提供一种氮化物晶体，其是用In

Nitride crystal

【技术实现步骤摘要】
氮化物晶体
本专利技术涉及具有半绝缘性或半导体性的氮化物晶体。
技术介绍
在制作发光元件、高速晶体管等半导体设备时，有时使用例如氮化镓(GaN)等III族氮化物的晶体(参照专利文献1～3)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2016-104693号公报专利文献2：日本特开2007-153664号公报专利文献3：日本特开2005-39248号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术的目的在于，提供能够提高上述晶体的品质、提高使用该晶体而制作的基板或半导体设备的性能、且使制造成品率良好的技术。用于解决问题的方案根据本专利技术的一个方式，提供一种氮化物晶体(半绝缘性晶体或半导体晶体)，其是用InxAlyGa1-x-yN的组成式(其中，0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)表示的晶体，前述晶体通过最大载荷在1mN以上且50mN以下的范围内的纳米压痕法测定的硬度大于22.0GPa。专利技术的效果根据本专利技术，能够提高III族氮化物的晶体的品质，提高使用该晶体而制作的基板、半导体设备的性能，且使制造成品率良好。附图说明图1的(a)是GaN基板的俯视图的示意图，图1的(b)是其侧视图的示意图。图2是气相生长装置的概略构成图，表示在反应容器内实施晶体生长步骤时的情况。图3是气相生长装置的概略构成图，表示使反应容器的炉口开放的状态。图4的(a)是使GaN晶体膜在种晶基板上较厚地生长的情况的示意图，图4的(b)是通过将较厚地生长的GaN晶体膜切片而获得多个GaN基板的情况的示意图。图5是GaN晶体的电阻率的评价结果的示意图。附图标记说明10基板20种晶基板21GaN晶体膜具体实施方式<专利技术人获得的见解>本申请专利技术人以前申请了日本特愿2016-210939号。并且，在其公开公报(日本特开2018-070405号公报)中分别公开了一种纯度极高的III族氮化物晶体及其制造方法，所述III族氮化物晶体是用InxAlyGa1-x-yN的组成式(其中，0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)表示的晶体，并且，晶体所包含的硅(Si)、硼(B)和铁(Fe)的各浓度均低于1×1015at/cm3、且氧(O)和碳(C)的各浓度均低于5×1015at/cm3。Si、B、Fe、O和C的浓度均极低的该高纯度晶体可以说是专利文献1～3所代表的现有技术文献中未公开的新型晶体。另外，根据本专利技术人的研究可知：该高纯度晶体难以通过单纯组合专利文献1～3中公开的晶体生长方法、也就是使用高纯度气体作为原料气体或载气的方法、用AlN等物质涂布晶体生长炉的内壁的方法来实现。根据本专利技术人的研究可知：通过在晶体生长前的炉内至少实施日本特开2018-070405号公报所公开的高温烘烤步骤，且使各种处理条件最佳化，能够首次实现上述高纯度晶体。上述高纯度晶体的杂质浓度在利用申请当时的代表性杂质分析技术、即SIMS(二次离子质谱法)时，浓度低至难以检测的程度，但本申请专利技术人为了摸索出进一步改良该晶体的余地，对该晶体进行了使用光栅变化法的高灵敏度SIMS测定。测定的结果，本专利技术人掌握了下述情况：通过实施高温烘烤步骤能够如上所述地降低杂质浓度，但根据处理条件的不同，有时O浓度达到例如4.5×1015at/cm3，或者C浓度达到例如3.5×1015at/cm3。并且，本申请专利技术人以进一步降低晶体中混入的O、C作为新课题，并针对其解决方法进行了深入研究。其结果发现了下述新型作用效果：通过交替地重复实施向高温烘烤步骤的处理气氛中极微量地添加氧(O2)气等氧化剂的氧化程序(sequence)、以及向处理气氛中添加特定量的氯化氢(HCl)气体等蚀刻气体的蚀刻程序，能够进一步降低晶体中存在的O、C。另外，本申请专利技术人进行了深入研究，结果还得到了下述见解：通过如上所述地降低GaN晶体中的杂质浓度，能够使其硬度(hardness)为以往的GaN晶体无法得到的程度的大硬度。此处，本说明书中，“晶体硬度大”是指“晶体难以发生塑性变形”。将GaN晶体的晶锭进行加工而制作基板时，在晶体的内部除了原本存在的残留应力之外，还会新产生由切片机、研磨平台等加工夹具所施加的力而导致的应力。相对于它们合成而成的应力，若晶体硬度小，则晶体内原本存在的位错容易发生滑动运动，或者晶体内容易产生新的位错，或者增殖的位错容易发生进一步的滑动运动。它们的结果，晶体发生塑性变形，因其进一步加剧而容易在晶体中混入微细的龟裂(裂纹)、或者晶体容易破损。这样的课题不仅可能在基板的制作时产生，在基于基板来制作半导体设备时、例如进行切割加工时也同样地可能产生。本申请的晶体具有利用以往的GaN晶体无法获得的程度的大硬度，因此具有难以产生上述课题的优点。需要说明的是，晶体的硬度可以使用维氏试验、纳米压痕法等公知方法进行测定。尤其是，从针对硬度能够得到稳定的测定结果这一点出发，使用前端直径小的压头的纳米压痕法是有利的。以下例示出实施方式的本申请的晶体是基于本专利技术人获得的这些见解而首次实现的。<本专利技术的第一实施方式>(1)GaN基板的构成本实施方式的晶体作为一例，以由GaN的单晶(以下也称为GaN晶体或GaN单晶)形成的平板状(圆板状)基板(晶圆)10的形式构成。图1的(a)、图1的(b)分别示出基板10的俯视图、侧视图。基板10在例如制作激光二极管、LED、高速晶体管等半导体设备时可适宜使用，但直径D低于25mm时，半导体设备的生产率容易降低，因此优选设为25mm以上的直径。另外，若厚度T低于250μm，则基板10的机械强度降低，在使用了该基板的设备结构的晶体生长时、其后的设备工艺中容易破损等，难以维持自支撑状态，因此优选设为250μm以上的厚度。但是，此处示出的尺寸只不过是一例，本实施方式不限定于此。基板10例如可通过经由如下工序来获得：使用氢化物气相生长法(以下记作HVPE法)，使GaN单晶在由GaN单晶形成的种晶基板上外延生长，将该较厚地生长的晶体晶锭进行切片而使其自支撑化。或者，也可以将专利文献2所述那样的异种基板上的GaN层用作基底层，隔着纳米掩膜等使GaN层较厚地生长，并将所得产物从异种基板上剥离，去除异种基板侧的小面生长的晶体，由此得到基板10。本实施方式的基板10以具有较高绝缘性、即较大电阻率的半绝缘性基板的形式构成。使构成基板10的GaN晶体的电阻率例如在20℃以上且300℃以下的温度条件下维持1×106Ωcm以上的大小，另外，在超过300℃且为400℃以下的温度条件下维持1×105Ωcm以上的大小。关于GaN晶体的电阻率的上限，没有特别限定，可例示出1×1010Ωcm左右的大小。本实施方式的GaN晶体具有这种大的电阻率是因为：晶体中包含的各种杂质的浓度极小，具体而言，晶体中包含的硅(Si)、硼(B)、铁(Fe)、氧(O)和碳(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化物晶体，其是用In

【技术特征摘要】
20180730 JP 2018-1429071.一种氮化物晶体，其是用InxAlyGa1-x-yN的组成式表示的晶体，式中，0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1，
所述氮化物晶体通过最大载荷在1mN以上且50mN以下的范围内的纳米压痕法测定的硬度大于22.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤仓序章，今野泰一郎，铃木贵征，北村寿朗，藤本哲尔，吉田丈洋，
申请(专利权)人：赛奥科思有限公司，住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP