13族氮化物晶体制造技术

在使氮化镓晶体生长时，将晶种基板浸泡于含有镓和钠的混合熔液中。接着，在含氮气不含氧气的加压气氛下，以加热混合熔液的状态，使氮化镓晶体生长在晶种基板上。此时，作为搅拌混合熔液的条件，先采用第1搅拌条件，其被设定为使氮化镓晶体生长于晶种基板上以使生长面变凹凸，其后，再采用第2搅拌条件，其被设定为使氮化镓晶体生长于晶种基板上以使生长面变平滑。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】在使氮化镓晶体生长时，将晶种基板浸泡于含有镓和钠的混合熔液中。接着，在含氮气不含氧气的加压气氛下，以加热混合熔液的状态，使氮化镓晶体生长在晶种基板上。此时，作为搅拌混合熔液的条件，先采用第1搅拌条件，其被设定为使氮化镓晶体生长于晶种基板上以使生长面变凹凸，其后，再采用第2搅拌条件，其被设定为使氮化镓晶体生长于晶种基板上以使生长面变平滑。【专利说明】13族氮化物晶体
本专利技术涉及13族氮化物的晶体生长方法及13族氮化物晶体。
技术介绍
近年来，使用氮化镓等13族氮化物制造蓝色LED或白色LED、青紫色半导体激光器等半导体设备，并将该半导体设备应用于各种电子机器的研究正在活跃地进行。现有的氮化镓系半导体设备主要是通过气相法进行制造。具体地是在蓝宝石基板或碳化硅基板上通过有机金属气相生长法(MOVPE)等，异质外延生长氮化镓的薄膜来进行制造。此时，由于基板与氮化镓薄膜的热膨胀系数和晶格常数存在很大的差异，氮化镓会产生高密度的位错(晶体中晶格缺陷的一种)。因此，气相法很难得到位错密度低的高质量氮化镓。另一方面，除了气相法，也开发有液相法。作为液相法的一个例子，已知有高温高压合成法。此方法是在高温高压下使氮气溶解于熔融状态的金属镓中，直接使氮化镓结晶化的方法。其获得质量好的晶体的代价是反应需要1500°C、lGPa的超高温.超高压条件，因此实用性存在问题。助熔剂法是液相法的一种，在氮化镓的情况下时，通过使用金属钠作为助熔剂可以将生长氮化镓晶体所需的温度缓和在800°C左右，压力缓和在数MPa。具体地，在金属钠与金属镓的混合融液中溶解氮气，使氮化镓成为过饱和状态进行晶体生长。这样的液相法与气相法相比，由于较难产生位错，故可以得到位错密度低的高质量氮化镓。涉及此类助熔剂法的研究开发正大量地进行。例如，专利文献I中提出了得到降低贯通缺陷(由位错引起的贯通上下方向的缺陷)的氮化镓晶体的晶体生长方法。即，助熔剂法的话，虽然是在晶种基板上生长氮化镓晶体，但晶种一般是通过气相法所形成，因而其位错密度高，导致氮化镓根据该位错反应出缺陷来生长。这样的氮化镓存在贯通晶体上下的贯通缺陷，在利用于半导体设备时，该贯通缺陷会成为导致漏电的原因，因而不理想。据此，专利文献I中，首先在形成倾斜面的条件下使氮化镓晶体生长于晶种基板上，然后，在具有平坦表面，且沿C轴方向生长的条件下生长氮化镓晶体。在后者的条件中，混合熔液中的锂浓度被调整到0.5~0.8摩尔％的范围内。通过这样的方法可以获得贯通缺陷少的氮化镓晶体。专利文献1:日本专利特开2007-137735号公报
技术实现思路
但是，像专利文献I中那样在氮化镓晶体中混入锂的情况下，在设备的制造或使用时，锂会扩散引起特性恶化，因此，要应用于半导体设备存在困难。故期待着不向混合熔液中混入锂，又能得到贯通缺陷少的晶粒边界或夹杂物少的氮化镓晶体。此外，夹杂物是指混入氮化镓晶体中的混合熔液(金属镓与金属钠的熔液)的固化物。本专利技术的主要目的在于，不使用锂，而得到贯通缺陷少的晶粒边界或夹杂物少的13族氮化物晶体。本专利技术人在将晶种基板浸泡于镓和钠的混合熔液中，于含氮气不含氧气的加压气氛下，以加热的状态使氮化镓晶体生长在晶种基板上时，发现通过调整混合熔液的搅拌条件，可以控制晶体生长使生长面凹凸或者平滑，从而完成了本专利技术。具体地，知道了在始终激烈的搅拌条件下生长13族氮化物晶体时，可以得到这样的氮化镓晶体，即贯通缺陷虽少，但在观察生长面(表面)为凹凸的截面时，存在沿倾斜方向伸长的晶粒边界(参阅图1(a))。而且，在晶粒边界屡屡看得见有异物混入(夹杂物)。贯通缺陷少的原因虽还不清楚，但可以考虑是不是因为具有凹凸表面的晶体在生长时，不仅沿c面，还沿凸部侧面方向生长，于是在侧面方向生长的区域阻拦了从晶种基板的位错缺陷延伸出来的缺陷趋向，进而防止了缺陷到达表面。而另一方面，知道了在始终温和的搅拌条件下生长13族氮化物晶体时，虽含有很多反应晶种基板位错缺陷的贯通缺陷，但可以获得生长面(表面)平滑且晶 粒边界少、夹杂物也少的氮化镓晶体(参阅图1(b))。将晶体中含有的夹杂物含率与贯通缺陷密度间的关系做成图表，获得如图2所示的关系。夹杂物含率是指通过对氮化镓晶板经过研磨加工后，拍摄的图像进行二值化处理所得的二值图像的黑色部分面积的占有率。贯通缺陷密度是由对研磨加工后的氮化镓晶板进行酸蚀刻时产生的腐蚀坑密度算出。从图2可知，很难制作出夹杂物含率充分少，且贯通缺陷密度充分小的晶体。基于这些结果，在使用助熔剂法生长氮化镓晶体时，首先激烈搅拌混合熔液使氮化镓晶体生长，获得晶粒边界和夹杂物多但位错缺陷少的晶层，接着，平缓地搅拌混合熔液使氮化镓晶体积层，由于基底晶层位错缺陷少，进而可获得贯通缺陷少，且晶粒边界和夹杂物少的晶层(参阅图1(c))。据此即有了上述发现，从而完成了本专利技术。此处平滑是指在除去5_晶体外周的部分中，晶体表面上观察不到由宏观台阶或三元生长等引起的段位差，或者即使观察到宏观台阶或三元生长等，其间隔也在IOmm以上，或者晶体表面高度最高的位置与高度最低的位置间的差(Rpv)在0.1mm以下的情况，不满足这些条件的情况称为凹凸。此外，激烈搅拌是指通过使容器快速旋转，或短周期内改变搅拌速度和搅拌方向来加速容器内原料熔液流动的搅拌操作，温和搅拌是指通过以较慢的速度旋转容器，或延长改变搅拌速度和搅拌方向的间隔来缓和容器内原料熔液使其对流的搅拌操作。即，本专利技术的13族氮化物的晶体生长方法如下:一种13族氮化物的晶体生长方法，将晶种基板浸泡于含有13族金属和助熔剂的混合熔液中，在含氮气不含氧的加压气氛下，以加热的状态使13族氮化物晶体生长在所述晶种基板上，作为搅拌所述混合熔液的条件，先采用第I搅拌条件，其被设定为使生长面变凹凸，进行所述13族氮化物晶体的生长，其后，作为搅拌所述混合熔液的条件，再采用第2搅拌条件，其被设定为使生长面变平滑，进行所述13族氮化物晶体的生长。该13族氮化物的晶体生长方法中，采用第I搅拌条件进行13族氮化物晶体的生长时，在晶种基板上生成晶粒边界和夹杂物多但位错缺陷少的第I晶层。接着，采用第2搅拌条件进行13族氮化物晶体的生长时，在第I晶层上生成贯通缺陷少且晶粒边界和夹杂物少的第2晶层。即，获得在晶种基板上第I晶层和第2晶层按照顺序层积的13族氮化物晶板。这样的话，不使用锂，仅改变搅拌条件，就可得到贯通缺陷少、晶粒边界或夹杂物少的13族氮化物晶体。 此处，13族氮化物举例有氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)、氮化铊(TIN)等，其中优选氮化镓。晶种基板可以使用，例如蓝宝石基板或碳化硅基板、硅基板等表面形成有与13族氮化物同种类薄膜的基板，也可以使用与13族氮化物相同种类的基板。在本专利技术的13族氮化物的晶体生长方法中，第2搅拌条件设定为较第I搅拌条件温和为好。例如，作为所述第I搅拌条件，采用每隔第I规定时间即翻转搅拌方向的条件，作为所述第2搅拌条件，采用每隔长于第I规定时间的第2规定时间即翻转搅拌方向的条件，或者，作为所述第I搅拌条件，采用以第I旋转速度单方向旋转的条件，作为所述第2搅拌条件，采用以慢于所述第I旋转速度的第2旋转速度单方向旋转的条本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种13族氮化物晶体，其碱金属的含率在通过次级离子质谱检出的下限以下，其具备：观察截面时，在与晶种基板内的缺陷伸长方向相交叉的方向存在晶粒边界的第1晶层，和层积于所述第1晶层之上，在观察截面时，相比于所述第1晶层，具有所述晶粒边界少或不存在的、腐蚀坑密度在104/cm2以下区域的第2晶层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：下平孝直，平尾崇行，今井克宏，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：