氮化物半导体的制造方法、结晶生长速度增加剂、氮化物单晶、晶片及器件技术

本发明专利技术涉及一种氮化物半导体的制造方法，其包括：控制加入了具有六方晶系晶体结构的晶种、含有氮元素的溶剂、包含周期表第１３族金属元素的原料物质及矿化剂的高压釜内的温度及压力，以使所述溶剂达到超临界状态和／或亚临界状态，从而通过氨热性法使氮化物半导体在所述晶种的表面结晶生长的工序，其中，所述晶种上的ｍ轴方向结晶生长速度为所述晶种上的ｃ轴方向结晶生长速度的１．５倍以上。由此，能够高效、简便地制造具有大口径Ｃ面的氮化物半导体、及ｍ轴方向较厚的氮化物半导体。

【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将超临界状态和/或亚临界状态的溶剂与原料物质及矿化 剂一起使用，在晶种上进行氮化物半导体的结晶生长的氮化物半导体的制造 方法和其结晶生长速度增加剂，另外，本专利技术还涉及用该方法制造的氮化物 单晶、晶片及器件。
技术介绍
以氮化镓(GaN)为代表的氮化物半导体，可以用于发光二极管及激光二极 管等发光器件或HEMT及HBT等高频及高输出功率的电子器件。尤其是在今后存在市场扩大的前景的电子器件用途中，其元件尺寸比发光器件还大， 所以，从生产性的观点考虑，强烈希望晶片进一步大口径化，另外，还需要 在大口径晶片面内实现结晶品质的高度均匀性。目前，氮化镓结晶是在蓝宝石或碳化硅等基板上通过MOCVD (Metal-Org肌ic Chemical Vapor Deposition)法等气相外延生长而制造。此时，通常是 用具有极性的C面基板来制作。但是，由于生长的结晶的口径根据基板的尺 寸来规定，所以，用该方法只能制作和基板相同口径的结晶或晶片。另外， 用气相外延法不易将原料气均匀地暴露在大面积上，因此，在技术上不能够 生产大口径的结晶。另一方面，近年来，已提出通过不使用C面而使用M面等非极性面基板 飞跃性地改善器件的特性的报告(参照非专利文献1)。另外，还有提出使用M 面基板进行结晶生长的技术(参照专利文献1 3)。但是，在现在进行的通过 MOCVD法等在上述的蓝宝石或碳化硅等这样的基板上进行结晶生长的异质 外延生长法中，难以使高品质且大口径的M面生长。因此，作为得到高品质 的M面晶片的方法，需要从氮化镓块状单晶上切出M面晶片的方法。然而， 由于目前所得到的块状氮化镓单晶的M面的口径较小，所以，从这种块状氮 化镓单晶只能切出小口径的M面晶片。5为了得到具有大口径的C面的氮化镓单晶、及m轴方向上较厚的氮化镓 单晶，需要在垂直于c轴的方向上进行结晶生长。关于在垂直于c轴的方向进行结晶生长，迄今为止已进行了一些研究及提案。例如，有报告称，在碱性矿化剂体系中，与c轴垂直的a轴方向的结晶 生长速度比c轴方向的结晶生长速度快(参照专利文献4及5)。但是，该文献 中没有公开具体的方法及结果。另外，由于最初是使用碱性矿化剂的氨热法， 所以，存在如下问题混入成为制造器件的障碍的碱金属杂质、需要高温高 压、不能使用贵金属作为用于防止杂质混入的压力容器内衬等，在实用性方 面障碍较多。此外，由于在六方晶系的纤锌矿型晶体结构中，M面比A面稳 定，所以，从A面沿a轴方向生长时生成稳定的M面，且结晶生长面成为山 型，不能生长出具有大面积的平坦结晶面。关于在a轴以外的轴方向上进行结晶生长，有报告称采用得到块状氮化 镓单晶的代表方法即氨热法，在与c轴垂直的m轴方向上也生长结晶的例子 (参照非专利文献2)。但是，该方法中，只不过是m轴方向的生长速度和c轴 方向的生长速度为同 一程度，至今还没有报告记载m轴方向的生长速度出现 有意义的增大的块状氮化镓单晶的制造方法。非专利文献1: Japanese Journal of Applied Physics, Vo.44，No.5 ， 2005, pp丄173 - L175非专利文献2: Journal of Crystal Growth 287(2006)376 - 380专利文献l:日本特开2005 - 506271号公报专利文献2:日本特开2003 - 43150号公报专利文献3:日本特开2003 - 36771号公4艮专利文献4:日本特表2006 - 509709号公报专利文献5:日本特表2006- 509710号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题因此，目前还不存在促进在垂直于c轴的方向上结晶生长的实用且有效 的方法。因此，尽管需要得到具有大口径的C面的晶片，但其实用且简单的 制造方法尚未被开发出来。另外，为了得到M面大的晶片，采用如下方法从通过氨热法等方法沿6C轴方向进行结晶生长而得到的块状氮化镓单晶上切出M面晶片，但该方法中，在C+面和C-面上，生长速度不同，因此，存在如下问题处于所得 到的结晶的两端面的C +面生长部和C -面生长部的杂质浓度、结晶缺陷数 不同，而不能在M面内得到均匀品质的晶片。本专利技术人等鉴于这种现有技术中存在的问题，设定了本专利技术的目的即 提供具有大口径C面的氮化物半导体及能够有效且筒便地制造m轴方向上较 厚的氮化物半导体的实用制造方法。另外，本专利技术人等还设定了本专利技术的另 一目的，即加快这种氮化物半导体的结晶生长。此外，本专利技术人等还将提供 均质且品质优异的氮化物单晶和使用该氮化物单晶的晶片及器件设定为本发 明的目的。解决问题的方法
本专利技术人等反复进行深入研究，结果发现从m轴方向的结晶生长速度 比c轴方向的结晶生长速度具有有意义的提高的结晶生长法开始进行开发， 并按照该方法进行结晶生长，可解决上述技术问题而实现本专利技术的目的。也 就是说，本专利技术提供以下的技术作为用于解决课题的方法。 一种氮化物半导体的制造方法，该方法包括以下步骤控制加入 了具有六方晶系晶体结构的晶种、含有氮元素的溶剂、包含周期表第13族金超临界状态和/或亚临界状态，从而通过氨热法使氮化物半导体在所述晶种的 表面进行结晶生长，其中，所述晶种上的m轴方向结晶生长速度为所述晶种 上的c轴方向结晶生长速度的1.5倍以上。如所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述晶种上的m轴方 向结晶生长速度为所述晶种上的c轴方向结晶生长速度的2.0倍以上。如或所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述温度为 250。C 490。C。如 ~ 任一项所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述压 力为60MPa 160MPa。如 任一项所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述原 料物质包括氮化镓多晶和/或镓。如所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述氮化物半导体为 含镓氮化物半导体。如所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述氮化物半导体为氮化镓结晶。如~ 中任一项所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述 矿化剂包括酸性矿化剂。如所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述酸性矿化剂包括 铵盐。如所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述酸性矿化剂为 卣化接。如 ~ 任一项所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述 矿化剂包括含碱金属元素或碱土金属元素的矿化剂。如所述的氮化物半导体的制造方法，其中，包含所述碱金属元 素或碱土金属元素的矿化剂包括卣化镁和/或卤化钙。如 ~ 任一项所述的氮化物半导体的制造方法，其中，将多 种化学物种混在一起作为所述矿化剂。如 任一项所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述 矿化剂使用选自铵盐、镁盐及钙盐中的 一种以上的化学物种。如 任一项所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述 反应容器的内壁的至少一部分由贵金属制成。如 任一项所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述 晶种使用具有六方晶系的晶体结构、且M面的面积大于C面的面积的晶种。如 任一项所述的氮化物半导体的制造方法，其中，所述 晶种使用具有解理面的晶种，并通过氨热法使氮化物半导体在该解理面上生 长。 —种氮化物半导体的制造方法，该方法包括以下步骤控制加入了具 有六方晶系晶体结构的晶种、含有氮元素的溶剂、包含周期表第13族金属元 素的原料物质及由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体的制造方法，该方法包括以下步骤：控制加入了具有六方晶系晶体结构的晶种、含有氮元素的溶剂、包含周期表第１３族金属元素的原料物质及矿化剂的反应容器内的温度及压力，以使所述溶剂达到超临界状态和／或亚临界状态，从而通过氨热法使氮化物半导体在所述晶种的表面进行结晶生长，其中，　所述晶种上ｍ轴方向的结晶生长速度为所述晶种上ｃ轴方向的结晶生长速度的１．５倍以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：川端绅一郎，伊藤浩久，德克埃伦特劳特，镜谷勇二，吉川彰，福田承生，
申请(专利权)人：三菱化学株式会社，国立大学法人东北大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]