晶体的制造方法技术

在基板上生长晶体（例如ＧａＮ类化合物半导体晶体）的方法，至少包含：形成第１晶体层（ＧａＮ类缓冲层）的工序；形成第２晶体层（ＧａＮ类中间层）的工序；以及形成第３晶体层（ＧａＮ类厚膜层）的工序，上述３个工序在不同的条件下分别生长晶体层。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在发光器件、电子器件等半导体器件的制造中使用的晶体，特别是GaN类化合物半导体。
技术介绍
GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等GaN类化合物半导体(InxGayAl1-x-yN，其中，0≤x，y；x+y≤1)，作为发光器件和功率器件等半导体电子器件的材料受到期待，还在其它各种领域中作为可以应用的材料受到重视。迄今，由于生长GaN类化合物半导体的大块晶体是困难的，故在上述电子器件中使用例如通过在蓝宝石等异种晶体上的异质外延而形成的例如GaN等薄膜单晶的基板。但是，由于蓝宝石晶体与GaN类化合物半导体晶体的晶格失匹性大，故存在着在蓝宝石晶体上生长的GaN类化合物半导体晶体的位错密度变大而产生晶体缺陷的问题。由于蓝宝石的热传导率低、散热难，故还存在着在功耗大的电子器件等中使用在蓝宝石晶体上生长了GaN类化合物半导体晶体的基板时容易变成高温的问题。还尝试了依据利用氢化物气相生长法(下面，略为HVPE)的ELO(横向外延生长)法等的GaN类化合物半导体晶体的生长。在此，所谓ELO法是，例如在蓝宝石基板上形成成为掩模的绝缘膜，在该绝缘膜的一部分上设置开口部使绝缘膜作为掩模，把露出的蓝宝石基板面作为外延生长的籽晶来生长结晶性高的GaN类化合物半导体晶体的方法。按照该方法，由于GaN类化合物半导体晶体从设置在掩膜上的开口部内侧的蓝宝石基板表面开始生长、生长层在掩模上扩展开来，故可以把晶体中的位错密度抑制得较小，能够得到结晶缺陷少的GaN类化合物半导体晶体。但是，由于通过ELO法得到的GaN类化合物半导体晶体的热畸变大，故在ELO法产生的GaN晶体生长后进行抛光使蓝宝石基板分离，当设法以单体得到GaN类化合物半导体晶片时存在着晶片因残余畸变而弯曲的问题。因此，本专利技术人提出了，作为异种晶体基板的材料之一使用稀土类13(3B)族钙钛矿晶体，且将其{011}面或{101}面作为生长面而利用异质外延来生长GaN类化合物半导体的方法(WO 95/27815号)。再有，在此所说的所谓{011}面或{101}面，分别表示与(011)面、(101)面等价的面的组。按照上述以前申请的生长技术，在把例如作为稀土类13(3B)族钙钛矿之一的NdGaO3(下面，略记为NGO)作为基板，在其{011}面或{101}面上生长GaN时，晶格失匹约为1.2％，与把蓝宝石或作为其代用品使用的SiC作成基板时相比较，能够使晶格失匹性非常小。因此，由于晶体中的位错密度降低，故能够生长晶体缺陷少的GaN类化合物半导体晶体。还提出了进一步改良上述以前申请的技术，在低温(400～750℃)下在NGO基板上形成GaN薄膜层，之后，在惰性气体(N2气)气氛中使温度升高到规定温度进行热处理，在高温(800～1200℃)下在上述GaN薄膜层上生长GaN厚膜层的专利技术(特开2000-4045号公报)。按照该技术，由于在形成GaN厚膜层之前作为缓冲层形成GaN薄膜层，故能够防止在GaN类化合物半导体的生长温度(800～1200℃)下NGO基板与NH3等进行反应而还原。因此，能够避免因NGO基板还原而导致所生长的GaN化合物半导体晶体变坏。但是，在上述以前申请的技术(特开2000-4045号公报)中，由于在比GaN厚膜层的生长温度(800～1200℃)低得多的温度(400～750℃)下形成GaN薄膜层以使NGO基板不还原，故显然存在着晶体质量变坏这样的不良情况。由于还必须把晶体质量变坏的GaN薄膜层(低温缓冲层)形成得较厚以使NGO基板在温度升高到GaN厚膜层生长温度的期间内不还原，故显然存在着结晶性进一步变坏的不良情况。因此，按照前述方法能够防止NGO基板在GaN厚膜层的生长温度下还原，但是，可以认为，GaN薄膜层对于在其上生长的GaN类化合物半导体晶体造成坏影响，存在着降低其晶体质量的可能性。本专利技术的目的在于，在使用了在GaN类化合物半导体层的生长中与原料气体反应或因热而变坏的基板(例如，NGO等稀土类13(3B)族钙钛矿)的、GaN类化合物半导体中，改良在基板与GaN类厚膜层之间形成的GaN薄膜层的质量，由此，提供能够提高GaN类化合物半导体晶体的晶体质量的技术。
技术实现思路
为了达到上述目的，本专利技术提出了，在基板上生长晶体的方法，其特征在于，至少包含形成第1晶体层的工序；形成第2晶体层的工序；以及形成第3晶体层的工序。上述3个工序在不同的条件下分别生长晶体层。在上述晶体层为GaN类化合物半导体层时，应用本专利技术是特别有效的。即，由于通过在基板上形成第3晶体层(GaN类厚膜层)之前作为薄膜层形成第1晶体层(GaN类低温缓冲层)和第2晶体层(GaN类中间层)，能够提高薄膜层的质量，故减少了对于在其上形成的厚膜层的质量所造成坏影响，提高整块晶体的晶体质量。通过形成由第1晶体层(GaN类缓冲层)和第2晶体层(GaN类中间层)构成的薄膜层，还能够防止基板在第3晶体层(GaN类厚膜层)的生长温度下与原料反应而还原。还希望，上述第1、第2和第3晶体层为单晶层。即，在制造GaN类化合物半导体晶体时，由于迄今作为薄膜层形成多晶低温缓冲层而存在着在其上生长的厚膜层的结晶性变坏的可能性，但是，在本专利技术中，由于把第1晶体层(GaN类低温缓冲层)和第2晶体层(GaN类中间层)作成单晶，故能够防止第3晶体层(GaN类厚膜层)的结晶性变坏。还希望，使上述第1晶体层(GaN类低温缓冲层)的膜厚为5nm～300nm。更希望，使上述膜厚为10nm～100nm。由此，能够防止在形成第2晶体层(GaN类中间层)之前，基板变坏。再有，由于厚度在该范围以上时对于第3晶体层(GaN类厚膜层)的结晶性造成坏影响，故把第1晶体层(GaN类低温缓冲层)的膜厚设在上述范围。在570℃～670℃的生长温度下形成上述第1晶体层(GaN类低温缓冲层)，由此，能够在其成长过程中防止基板变坏。还希望，把上述第2晶体层(GaN类中间层)的膜厚设定为0.5μm～50μm。由此能够防止在形成第3晶体层(GaN类厚膜层)之前，基板变坏。再有，由于厚度在该范围以上时对于第3晶体层(GaN类厚膜层)的结晶性造成坏影响，故把第2晶体层(GaN类中间层)的膜厚设在上述范围。在750℃～850℃的生长温度下形成上述第2晶体层(GaN类中间层)。由此，能够在其成长过程中进一步防止基板变坏。还希望，把上述第3晶体层(GaN类厚膜层)的生长温度设在950℃～1050℃的范围。此外，形成上述第3晶体层(GaN类厚膜层)的工序，是在上述第2晶体层(GaN类中间层)的生长工序终了以后，在上述第2晶体层(GaN类中间层)的生长温度以上(例如，第3晶体层的生长温度)保持20分钟～4个小时以后，开始生长上述第3晶体层(GaN类厚膜层)，即可。即，在生长第3晶体层(GaN类厚膜层)之前，由于通过在其生长温度或在与该生长温度接近的温度下进行退火、已形成的第1、第2晶体层(GaN类薄膜层(低温缓冲层、中间层))的结晶性变得良好，故可提高在其上形成的第3晶体层(GaN类厚膜层)的结晶性。上述方法在基板容易与在生长上述第1、第2和/或第3晶体层中使用的原料反应时或由于热而容易变坏时，是特别有效的。例如，作为上述基板有，以NGO为代表的包含1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体的制造方法，是在基板上生长晶体的方法，其特征在于，至少包含：形成第１晶体层的工序；形成第２晶体层的工序；以及形成第３晶体层的工序；上述３个工序在不同的条件下分别生长晶体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2002-2-27 50605/20021.一种晶体的制造方法，是在基板上生长晶体的方法，其特征在于，至少包含形成第1晶体层的工序；形成第2晶体层的工序；以及形成第3晶体层的工序；上述3个工序在不同的条件下分别生长晶体层。2.根据权利要求1中所述的晶体的制造方法，其特征在于，上述晶体层为GaN类化合物半导体层。3.根据权利要求1或权利要求2中所述的晶体的制造方法，其特征在于，上述第1、第2、第3晶体层为单晶层。4.根据权利要求1～权利要求3的任一项中所述的晶体的制造方法，其特征在于，以5nm～300nm的膜厚形成上述第1晶体层。5.根据权利要求1～权利要求4的任一项中所述的晶体的制造方法，其特征在于，在570℃～670℃的生长温度下形成上述第1晶体层。6.根据权利要求1～权利要求5的任一项中所述的晶体的制造方法，其特征在于，以0....

【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木伸一，中村正志，佐藤贤次，
申请(专利权)人：日矿金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]