氮化物晶體及其制造方法
【專利說明】氮化物晶體及其制造方法
[0001]本申請是2011年7月I日提交的名稱為“氮化物晶體及其制造方法”、申請?zhí)枮?01110276053.2的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種氮化物晶體和制造該晶體的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]氮化鎵(GaN)是一種寬帶隙半導(dǎo)體，已知作為一種發(fā)射短波長光如藍(lán)光或紫外光輻射的材料。此外，因?yàn)镚aN具有高的熱導(dǎo)率和高的擊穿強(qiáng)度，所以期望GaN能夠?qū)崿F(xiàn)例如使用硅(Si)或砷化鎵(GaAs)難以實(shí)現(xiàn)的高頻電子器件和高功率電子器件。
[0004]關(guān)于GaN襯底的生產(chǎn)，直徑(Φ)約2英寸的GaN襯底已經(jīng)通過以下方式來制造:用鹵化物氣相外延法(HVPE)在不同材料制成的基礎(chǔ)襯底(例如藍(lán)寶石襯底或GaAs襯底)上生長GaN厚膜，然后通過從基礎(chǔ)襯底分離GaN厚膜。然而，因?yàn)镠VPE法包括GaN晶體在不同材料制成的基礎(chǔ)襯底上的異質(zhì)外延生長，所以難以防止GaN與基礎(chǔ)襯底之間熱膨脹系數(shù)的差異或晶格失配。因此，HVPE法制造的GaN的位錯(cuò)密度高達(dá)約106cm_2，且由于GaN與襯底之間的熱膨脹差異，在GaN中存在有應(yīng)變。因此，期望對GaN襯底的進(jìn)一步質(zhì)量改進(jìn)。
[0005]此外，電子器件中需要使用的GaN襯底的尺寸是直徑4英寸或更大，人們期望增加襯底的尺寸以及襯底中品質(zhì)的均勻性。此外，為了抑制隨著施加電壓增加相應(yīng)發(fā)生的壓電極化的影響，非極性的GaN襯底被認(rèn)為是理想的光學(xué)器件用GaN襯底。為了解決上述問題，有必要研制一種尚質(zhì)量的塊狀(bulk)GaN晶體。
[0006]已經(jīng)研發(fā)來生長高質(zhì)量塊狀GaN晶體的一種方法是助熔劑法，其中氮溶解到鈉(Na)和鎵(Ga)的混合熔融液體中；GaN結(jié)晶并從其中長出。助熔劑法能夠在較低溫度如7000C _900°C生長晶體，容器內(nèi)壓力也相對低至100kg/cm2的水平。因此，助熔劑法是用于晶體生長的可行方法。
[0007]Chemistry of Materials, Vol.9, 413-416 (1997)中公開了一篇文章，報(bào)導(dǎo)了使用疊氮化鈉(NaN3)和Ga為源材料生長GaN晶體的實(shí)例，其中將源材料放置并與氮一起密封在不銹鋼制成的反應(yīng)容器中；且將反應(yīng)容器在600°C _800°C的溫度保持24-100小時(shí)。
[0008]日本特開第2008-94704號公報(bào)公開了一種通過助熔劑法制造大尺寸GaN晶體的方法，其中使用氮化鋁(AlN)針狀晶體作為籽晶來生長柱狀GaN晶體。此外，日本特開第2006-45047號公報(bào)公開了一種制造用作籽晶的針狀A(yù)lN晶體的方法。這樣，通過助熔劑法進(jìn)行籽晶的晶體生長來制造大尺寸的晶體是已知的技術(shù)。
[0009]然而，通過加工如上所述獲得的GaN晶體而得到的GaN晶片并不容易看得見，因?yàn)镚aN晶體是無色透明的晶體，特別是當(dāng)將要放置GaN晶片的地方是白色或者透明時(shí)，都存在難以找出晶片精確位置的缺點(diǎn)。
[0010]在這點(diǎn)上，日本特開第2002-356398號公報(bào)公開了一種技術(shù)，該技術(shù)能通過斜切已經(jīng)成形為晶片的GaN襯底的圓周邊緣，從而使光在其上漫反射而更容易地識別晶片的輪廓。根據(jù)日本特開第2002-356398號公報(bào)，通過在作為GaN晶體解理面的{10-10}面上形成取向平面(OF)能容易地確定GaN晶體的晶體取向。
[0011]然而，在日本特開第2002-356398號公報(bào)等中公開的相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)中，存在著進(jìn)一步加工GaN襯底的需求，如斜切或形成取向平面(orientat1n flat，OF)。因?yàn)镚aN晶體較硬，在晶體切割和拋光中容易產(chǎn)生碎片(碎肩)，且存在這樣產(chǎn)生的碎肩可能成為晶片破碎的起始點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，在形成取向平面(OF)或界面(IF)的情況下，存在的缺點(diǎn)在于需要切掉晶片一些部分的材料的損耗量較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于至少部分地解決常規(guī)技術(shù)中的問題。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種圍繞籽晶外周的氮化物晶體，該氮化物晶體包括第一局部區(qū)域和第二局部區(qū)域，第二局部區(qū)域具有與第一局部區(qū)域光學(xué)特性不同的光學(xué)特性且具有表明晶體取向的光學(xué)特性。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種氮化物晶體的制造方法，該方法包括:在反應(yīng)容器中形成堿金屬和至少包括III族元素的物質(zhì)的混合熔融液；將籽晶安裝在反應(yīng)容器中；通過使含氮?dú)怏w與混合熔融液相接觸并通過將氣體中的氮溶解到混合熔融液中來從籽晶在混合熔融液和熔解到混合熔融液內(nèi)的氮中生長III族氮化物晶體，同時(shí)在氮化物晶體中形成第一局部區(qū)域和第二局部區(qū)域，其中第二局部區(qū)域具有與第一局部區(qū)域光學(xué)特性不同的光學(xué)特性且具有表明晶體取向的光學(xué)特性。
[0015]在結(jié)合附圖進(jìn)行考慮時(shí)，本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)上和工業(yè)上的重要性將通過閱讀本發(fā)明當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施方式的下列詳述而有更好的理解。
【附圖說明】
[0016]圖1是顯示根據(jù)實(shí)施例的晶體制造裝置示例的示意圖；
[0017]圖2是顯示從籽晶生長的GaN單晶示例的整體圖；
[0018]圖3是顯示從籽晶生長的GaN單晶示例的整體圖；
[0019]圖4是顯示GaN單晶的外部透視圖；
[0020]圖5A是顯示GaN襯底示例的示意平面圖；
[0021]圖5B是顯示具有生長條紋的GaN襯底示例的平面圖；
[0022]圖6是顯示生長部分邊界面示例的示意圖；
[0023]圖7是顯示生長條紋示例的示意圖；
[0024]圖8A是顯示GaN襯底的示意平面圖；
[0025]圖8B是顯示GaN晶片的示意平面圖；
[0026]圖9A是顯示GaN襯底的示意平面圖；
[0027]圖9B是顯示GaN晶片的示意平面圖；
[0028]圖1OA是顯示GaN襯底的示意平面圖；
[0029]圖1OB是顯示GaN晶片的示意平面圖；
[0030]圖1lA是顯示GaN襯底的示意平面圖；以及
[0031]圖1lB是顯示GaN晶片的示意平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面將參照附圖對本發(fā)明的氮化鎵晶體和制造該氮化鎵晶體的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。在以下說明中，附圖僅在能夠理解實(shí)施例的程度上示意性地顯示了構(gòu)成元件的形狀、尺寸和配置，本發(fā)明并不旨在受這些附圖的特定限制。此外，多幅圖中顯示的相同的結(jié)構(gòu)元件將分別分配相同的附圖標(biāo)記，并且不再重復(fù)對于這種構(gòu)成元件的解釋。
[0033]晶體制造裝置
[0034]參照圖1，將說明用于本實(shí)施例的氮化物晶體襯底的晶體制造方法中的晶體制造裝置結(jié)構(gòu)示例。圖1是顯示晶體制造裝置I的示例的示意圖。
[0035]如圖1中所示，晶體制造裝置I包括例如由不銹鋼制成的耐壓容器11，它能形成氣密性空間。耐壓容器11在閥門31的區(qū)域可從晶體制造裝置I分離。此外，反應(yīng)容器12安裝在耐壓容器11內(nèi)部的安裝臺(tái)35上。反應(yīng)容器12與安裝臺(tái)35可分離。
[0036]反應(yīng)容器12是一容器，旨在通過保持針狀晶體21和包含源材料與添加劑的混合熔融液34來進(jìn)行用作籽晶的III族氮化物針狀晶體21的晶體生長，且坩禍等可用作反應(yīng)容器12。反應(yīng)容器12的材料沒有特別的限制，可以使用氮化物如BN燒結(jié)產(chǎn)物或熱解BN(P-BN);氧化物如氧化鋁、藍(lán)寶石，或釔鋁石榴石(YAG);碳化物如碳化硅(SiC)等。根據(jù)適當(dāng)?shù)膶?shí)施方式，優(yōu)選使用YAG制的坩禍。
[0037]正如圖1中所示，加熱器13設(shè)置在耐壓容器11的外周附近，通過用該加熱器加熱耐壓容器11和反應(yīng)容器12能夠調(diào)節(jié)混合熔融液34的溫度。加熱器13可以是任何類型，只要它能加熱耐壓容器11，例如，可使用兩表面加熱類型的馬弗爐等。
[0038]在耐壓容器11中，供氣管14與耐壓容器11的內(nèi)部空間33相連通，供氣管供送作為III族氮化物晶體的源材料的氮?dú)?N2)和稀釋氣體。供氣管14分支成氮?dú)夤┧凸?7和稀釋氣體供送管30 ;這些管彼此用閥門15和18分隔開。
[0039]氮?dú)鈴倪B通到包含氮?dú)獾臍馔驳鹊牡獨(dú)夤┧凸?7中供送出來，其具有通過壓力控制裝置36調(diào)節(jié)的壓力，然后經(jīng)由閥門15供送給氣體供送管14。另一方面，稀釋氣體(例如氬氣)從連通到包含稀釋氣體的氣筒等的稀釋氣體供送管30中供送出來，其具有通過壓力控制裝置39調(diào)節(jié)的壓力，然后經(jīng)由閥門18供送給氣體供送管14。以這種方式調(diào)節(jié)其壓力的氮?dú)夂拖♂寶怏w分別供送給氣體供送管14并在其中混合。
[0040]然后，氮?dú)夂拖♂寶怏w的混合氣體供送通過氣體供送管14，經(jīng)由閥門31進(jìn)入耐壓容器11。此外，氣體供送管14具有壓力計(jì)32，使得耐壓容器11內(nèi)部的壓力可調(diào)節(jié)，同時(shí)耐壓容器11內(nèi)部的總壓力可由壓力計(jì)32進(jìn)行監(jiān)控。
[0041]在該實(shí)施例中，當(dāng)?shù)獨(dú)夂拖♂寶怏w的壓力分別由閥門15和18以及壓力控制裝置36和39調(diào)節(jié)時(shí)，氮分壓可進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，因?yàn)槟蛪喝萜?1內(nèi)部的總壓力可進(jìn)行調(diào)節(jié)，反應(yīng)容器12中的堿金屬(例如鈉)的蒸發(fā)能夠通過增加耐壓容器11內(nèi)部的總壓力來抑制。
[0042]優(yōu)選地是使用氬氣(Ar)作為稀釋氣體，然而，稀釋氣體并不限制于此，也可以使用其它的惰性氣體。
[0043]用于制造晶體的方法
[0044](I)源材料的制備
[0045]在制造根據(jù)本實(shí)施例的晶體的方法中，III族氮化物的針狀晶體用作籽晶，針狀晶體進(jìn)一步通過助熔