本发明专利技术涉及制备n-型III族氮化物单晶的方法、所述单晶、和晶体基板。制备n-型III族氮化物单晶的方法包括将至少包括包含III族元素的物质、碱金属、和氧化硼的原料放入反应容器中；通过将反应容器加热到氧化硼的熔点使氧化硼熔融；通过将反应容器加热到III族氮化物的晶体生长温度在反应容器中形成包括所述III族元素、所述碱金属、和所述氧化硼的混合熔体；通过使含氮气体与所述混合熔体接触将氮溶解到所述混合熔体中；和由溶解在混合熔体中的III族元素、氮、和氧化硼中的氧生长以氧作为给体掺杂的n-型III族氮化物单晶。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制备η-型III族氮化物单晶的方法、η-型III族氮化物单晶、和晶体基板。
技术介绍
目前，用作发射UV光、紫光、蓝光、和绿光的光源的InGaAlN-型(III族氮化物)器件大多是通过包括以下步骤的制备方法制备的通过MO-CVD (金属有机化学气相沉积)、MBE(分子束外延法)等在蓝宝石基板或碳化硅(SiC)基板上生长III族氮化物单晶。但是，当蓝宝石基板或SiC基板用作基板时，有这样的问题，即由于基板和III族氮化物之间热膨胀系数上和晶格常数上大的差异，晶体具有许多缺陷。结果，这可以导致器件特性劣化，如作为发光器件的III族氮化物器件的寿命缩短。而且，这还可以导致运行功率增加。为了解决这些问题，例如，基板和在基板上生长的晶体最好使用相同的材料，以及在III族氮化物单晶基板例如氮化镓(GaN)基板上生长晶体。在常规GaN基板制备方法中，GaN厚膜通过氢化物气相外延法(HVPE)在由不同材料如蓝宝石或GaAs基板形成的底层基板上生长，然后将GaN厚膜从该底层基板分离，从而制得直径(φ)为约2英寸的GaN基板。但是，在HVPE中，由于GaN单晶是在由不同材料形成的底层基板上异相外延生长的，GaN单晶和底层基板之间热膨胀系数上的差异或晶格不匹配是不可避免的。因此，通过HVPE制备的GaN基板具有如下问题具有约106cm_2的高位错密度和GaN基板会由于与底层基板热膨胀系数上的差异而变翘曲。因此，需要可以实现GaN基板质量进一步改进的制备方法。作为制备高质量GaN基板的方法，对熔剂法进行了研究和开发，其中通过将氮溶于钠(Na)和镓(Ga)的混合熔体来生长GaN单晶。在熔剂法中，GaN单晶可以在700 900°C的较低温度下生长，并且反应容器中的压力也较低，在约lOOkg/cm2。因此，熔剂法是制备GaN单晶的可行方法。在Chemistry of Materials，Vol. 9 (1997) 413-416 中，报告了一个实例，其中使用叠氮化钠(NaN3)和( 作为原料，通过将氮密封在不锈钢反应容器中并将该反应容器保持在600°C 800°C的温度对 100小时来生长GaN单晶。而且，日本专利申请特开No. 2008-094704公开了通过使用熔剂法制备GaN的大晶体的方法，其中使用氮化铝(AlN)的针状晶体作为晶种生长GaN的柱状晶体。此外，日本专利申请特开No. 2006-045047公开了制备用作晶种的AlN针状晶体的方法。由此，通过使用熔剂法生长晶种来制备GaN大晶体已经是众所周知的技术。 同时，当使用GaN晶体作为光学器件的基板时，由于必须在GaN基板上形成n_侧欧姆电极，因此需要具有IO17CnT3或更高的η-型载流子浓度的η-型GaN半导体晶体。因此，正在研究通过使用熔剂法将给体如氧或锗加入(掺杂)到GaN晶体中来生长η-型GaN 晶体。 但是，在日本专利No. 4223540和日本专利申请特开No. 2010-1209中，存下以下问题当锗的掺杂量增加时，由于提高的可见光吸收，晶体生长速率下降和器件特性恶化。关于加入氧，例如，日本专利申请特开No. 2005-1542Μ公开了一种技术，其中使用氧化钠(Na2O)和氧气作为掺杂剂，约2Χ IO17CnT3的氧掺杂到III族氮化物晶体中。而且，日本专利申请特开No. 2007-246303公开了一种技术，其中当制备原料时通过在手套箱的气氛气体中包含氧和水分来掺杂约IOw 102°cm_3的氧。关于加入锗，例如，日本专利No. 4223540公开了将约2X IO19CnT3的锗加入III族氮化物中的技术。而且，日本专利申请特开No. 2010-001209公开了通过同时加入碳和锗以掺杂2 X IO17CnT3或更多到1 X IO20Cm-3或更少的锗制备具有约5 X 1019cm_3的电子浓度的低电阻GaN晶体的技术。但是，日本专利申请特开NO.2005-1542M有以下问题，即不能获得具有足够大载流子浓度的晶体，这使得难以形成低电阻欧姆电极。而且，在日本专利申请特开 No. 2007-246303中，有制备工艺复杂的问题，如需要在手套箱的反应容器中包封氧和水分并密封该容器。此外，虽然氧和水分只暂时导致手套箱中的气氛劣化，但有除去氧和水分的催化剂的寿命缩短的问题，这使得大规模制备晶体昂贵。因此，常规技术有以下问题，即难以通过有效地将氧掺杂到晶体制备具有大载流子浓度的晶体，因为使用了熔点比晶体生长温度高的气体或氧化物来掺杂氧。而且，还有为了获得具有大载流子浓度的晶体，装置和制备步骤变复杂的问题。
技术实现思路
有鉴于上述情况，本专利技术的目的是通过简单的工艺制备具有高质量和低电阻的 η-型III族氮化物单晶。根据本专利技术的一方面，提供了制备η-型III族氮化物单晶的方法，包括至少将包含III族元素的物质、碱金属、和氧化硼放入反应容器中；通过将反应容器加热到氧化硼的熔点使氧化硼熔融；通过将反应容器加热到III族氮化物的晶体生长温度，在所述反应容器中形成包含所述III族元素、所述碱金属、和所述氧化硼的混合熔体；通过使含氮气体与所述混合熔体接触将氮溶解到混合熔体中；和由溶解在混合熔体中的III族元素、氮、和氧化硼中的氧生长以氧作为给体掺杂的η-型III族氮化物单晶。根据本专利技术的另一方面，提供了通过上述方法制备的η-型III族氮化物单晶。根据本专利技术的再一方面，提供了通过加工上述η-型III族氮化物单晶制备的 η-型III族氮化物的晶体基板。本专利技术的以上和其它目的、特征、优点以及技术和工业上的重要性将在与附图结合考虑时通过阅读本专利技术目前优选的实施方式的详细说明而更好地理解。附图说明图1是显示用于制备根据本专利技术实施方式的η-型III族氮化物单晶的晶体制备装置的配置实例的示意图；图2是表示III族氮化物单晶的C-轴和C-面的图样图；图3是表示C-面的图样图；图4是显示制备根据本专利技术实施方式的晶体基板的制备步骤的流程图；图5是显示根据实施例3的晶体制备装置的配置的示意图；和图6是显示氧化硼加入量与GaN单晶中氧和硼的浓度之间关系的图。具体实施例方式将参考附图详细说明根据本专利技术实施方式的制备η-型III族氮化物单晶的方法、 所述η-型III族氮化物单晶、和晶体基板。但是，在以下说明中，构成要素的形状、尺寸、和排布示意性地表示在附图中从而使本专利技术易于理解。这些特征不限制本专利技术。而且，多个附图中相同的构成要素以各自相同的附图标记表示，并且可省略其重复性说明。晶体制备装置图1是显示用于制备根据本专利技术实施方式的η-型III族氮化物单晶的晶体制备装置1的配置实例的示意图。如图1中所示，晶体制备装置1包括由不锈钢制成的例如可以形成封闭空间的耐压容器11。耐压容器11可以在阀21部分处从晶体制备装置1移出。而且，反应容器12布置在耐压容器11中的平台沈上。反应容器12可以从平台沈拆卸和连接到其上。反应容器12用于通过保持针状晶体25以及包含原料和添加剂的混合熔体M 来生长作为晶种的III族氮化物针状晶体25。作为该反应容器12，可使用例如坩埚。反应容器12的材料没有特别限制。可以使用的材料的实例包括氮化物如BN烧结体和热解-BN(P-BN)，氧化物如氧化铝、蓝宝石、和钇本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：岩田浩和，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：
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