III族氮化物晶体、III族氮化物半导体、III族氮化物衬底、和III族氮化物晶体的制造方法技术

一种III族氮化物晶体衬底，具有主面和主面相反侧的背面。另外，主面的平均位错密度和背面的平均位错密度为6.0

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】III族氮化物晶体、III族氮化物半导体、III族氮化物衬底、和III族氮化物晶体的制造方法


[0001]本专利技术涉及III族氮化物晶体、III氮化物半导体、III族氮化物衬底、和III族氮化物晶体的制造方法。

技术介绍

[0002]III族氮化物晶体，由于通过使III族元素(Ga、Al、In)的组成变化而能够覆盖宽带隙，所以被用于发光二极管(LED)、半导体激光器(LD)等的光半导体器件。此外，III族氮化物晶体，因为介质击穿场强高达3.3MV/cm
－3
(GaN)，所以在高频、大功率用途的电子器件等之中被广泛使用。将III族氮化物晶体用作衬底，在此衬底上进行同质外延生长的光学器件和电子器件，由于结晶度高，所以与形成在蓝宝石衬底等异质衬底上的器件相比，元件特性大幅提高。因此，使用III族氮化物晶体的器件大有前途，其研究
·
开发广泛进行。
[0003]作为用于这些高性能器件的III族氮化物晶体，已知有在蓝宝石等异质籽晶衬底上通过氢化物气相外延生长法(HVPE法)使厚膜的III族氮化物晶体生长，将厚膜的III族氮化物晶体切片而形成自支撑氮化物衬底的方法。HVPE法是在生长腔内导入GaCl气体和氨气并使之反应，从而培养GaN晶体的方法。例如，在专利文献1中公开有一种技术，在异质籽晶衬底上形成掩模或凸凹图案，以HVPE法使之选择生长的技术。由此，有意识地形成具备相对于衬底表面具有角度的刻面的氮化物半导体晶核，在其上使氮化物晶体横向生长，从而得到拥有5.0
×
106cm
－2
左右的位错密度的氮化物半导体晶体。
[0004]然而，在专利文献1的技术中，根据非专利文献1所公开的氮化物晶体的膜厚与位错密度的关系，如图1所示，在生长初期会具有大约高达107cm
－2
的位错密度。图1是表示在非专利文献1所公开的蓝宝石籽晶衬底上生长的III族氮化物晶体的膜厚与位错密度的关系的图。因此，即使进行1mm左右的膜厚生长，如图1所示，表面位错密度最多也不过5.0
×
106cm
－2
左右。
[0005]另外，若相对于膜厚方向的位错密度分布大，则氮化物晶体的+c轴的曲率为半径5m左右，翘曲变大。图2中显示对与图1同样在蓝宝石衬底上生长的氮化物晶体，在从表面侧特定的培养膜厚的区域进行切片，向蓝宝石衬底侧以500μm的厚度切下氮化物晶体，进行成形加工至400μm的厚度，这时的晶体表面侧的位错密度与背面侧的位错密度之差。在图2的图中，由箭头所示的标绘表示，对距表面侧1.5mm～2mm区域的氮化物晶体进行切片而截取500μm厚的氮化物晶体，进行成形加工至400μm的厚度时的正背面的位错密度差的值。具体来说显示表面(2.0mm)和背面(1.6mm)的位错密度分别为1.0
×
106cm
－2
、1.25
×
106cm
－2
左右，正背面存在2.5
×
105cm
－2
左右的位错密度差。氮化物晶体内部在膜厚方向的位错密度差，引起氮化物晶体表面的晶轴翘曲(图3的(a))。因此，为了用作晶圆而进行加工以使之平坦时，图3(b)所示这样的主面晶轴的倾斜度有可能在晶圆面内发生变化。这样的晶圆面内的晶轴分布，在用于器件的氮化物混晶晶体生长中，容易发生组成和膜厚偏差，存在造成品质降低的可能性。因此，要求兼备位错密度的进一步改善、和晶体翘曲的减少。
[0006]在专利文献2中公开有一种在Na助熔剂法等液相生长形成的氮化物籽晶衬底上，通过HVPE法使氮化物晶体生长，切片
·
研磨氮化物晶体，从而得到高品质的氮化物晶体的方法。另外还公开有以Na助熔剂法得到的氮化物晶体具有6.0
×
105cm
－2
以下良好的位错密度，c轴的晶体翘曲的曲率半径为30m以上。
[0007]然而，HVPE法所使用的培养温度，通常为1050℃左右，在专利文献2所公开的液相生长形成的籽晶衬底上，通过HVPE法以1050℃的培养温度培养氮化物晶体时，无法获得良好的氮化物晶体。考虑这是由Na助熔剂法得到的基于液相生长的氮化物籽晶衬底内部存在的Na(Na夹杂物)的影响。在Na助熔剂法中，存在于熔体中的Na混入到籽晶衬底内，成为Na夹杂物。Na夹杂物如图4(a)、图4(b)的液相生长形成的氮化物晶体的光学显微镜照片所示，被观测到在晶体内部有白色的空腔，以图4(a)所示的条状和图4(b)所示的圆形的状态存在。在HVPE法所使用的1030～1050℃的高温下，该Na夹杂物在籽晶衬底内部膨胀，被认为会像图5所示这样引起破裂。由于破裂，如图6所示，会导致籽晶衬底发生巨大的凹陷。另外，破裂的Na夹杂物，不仅对籽晶衬底的表面造成Na污染，而且因破裂而飞散的籽晶衬底的氮化物晶体自身也会作为异物残留在籽晶衬底的表面。因此，阻碍HVPE法中氮化物晶体在籽晶衬底上的生长。这样一来，由HVPE法生长的籽晶衬底上的氮化物晶体的结晶度恶化，认为无法获得良好的氮化物晶体。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1：日本专利第4396816号公报
[0011]专利文献2：日本专利第6578570号公报
[0012]非专利文献
[0013]非专利文献1：住友化学技报_“GaN单晶衬底的开发”_2018年

技术实现思路

[0014]本专利技术的一方式的III族氮化物晶体，具有主面和所述主面相反侧的背面，主面的平均位错密度和背面的平均位错密度为6.0
×
105cm
－2
以下，主面的平均位错密度和背面的平均位错密度之差为5.0
×
104cm
－2
以下，主面晶轴翘曲为曲率半径30m以上。
[0015]本专利技术的III族氮化物晶体的制造方法，具有：准备含Na的III族氮化物籽晶衬底的准备工序；在III族氮化物籽晶衬底之上通过气相生长而使III族氮化物晶体的生长工序，生长工序的开始温度为950℃以上且970℃以下，生长工序中的III族氮化物晶体的生长，以950℃以上且1020℃以下的温度进行。
[0016]专利技术的效果
[0017]根据本专利技术的III族氮化物晶体，能够提供高品质的III族氮化物晶体。
附图说明
[0018]图1是表示在现有技术的蓝宝石籽晶衬底上生长的III族氮化物晶体的膜厚与位错密度的关系的图。
[0019]图2是表示在现有技术的蓝宝石籽晶衬底上生长的III族氮化物晶体的膜厚、与在各膜厚的区域切下并成形为400μm厚度的III族氮化物晶体的正背面的位错密度差的关系
的图。
[0020]图3是表示在现有技术中发生的III族氮化物晶体的晶体翘曲的概念图。
[0021]图4是在现有技术中发生的III族氮化物晶体中的Na夹杂物的光学显微镜照片。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种III族氮化物晶体，其具有主面和所述主面相反侧的背面，所述主面的平均位错密度和所述背面的平均位错密度为6.0
×
105cm
－2
以下，所述主面的平均位错密度和所述背面的平均位错密度之差为5.0
×
104cm
－2
以下，所述主面的晶轴的翘曲为曲率半径30m以上。2.根据权利要求1所述的III族氮化物晶体，其中，所述主面的平均位错密度和所述背面的平均位错密度为2.0
×
105cm
－2
以下，所述主面的平均位错密度和所述背面的平均位错密度之差为2.0
×
104cm
－2
以下。3.根据权利要求1或2所述的III族氮化物晶体，其中，所述III族氮化物晶体的厚度为0.3mm以上且1.0mm以下。4.一种III族氮化物半导体，其具有：权利要求1至3中任一项所述的所述III族氮化物晶体；层叠在所述III族氮化物晶体之上的III族氮化物半导体元件。5.一种III族氮化物衬底，其包括：含Na的III族氮化物籽晶衬底；层叠在所述III族氮化物籽晶衬底之上的、权利要求1至3中任一项所述的所述III族氮化物晶体。6.根据权利要求5所述的III族氮化物衬底，其中，所述III族氮化...

【专利技术属性】
技术研发人员：上田章雄，大野启，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：