專利名稱：AlGaN塊狀晶體制造方法和AlGaN襯底制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及AWaN塊狀晶體(bulk crystal)制造方法和AWaN襯底制造方法。
背景技術(shù)：
AlxGa(1_x)N(0 < χ < 1)(也稱為“AWaN” )晶體作為用于形成發(fā)光元件、電子元件 和半導(dǎo)體裝置如半導(dǎo)體傳感器的材料是非常有用的。這種AKiaN晶體的生長方法的實例包括通過自發(fā)成核而不利用底部襯底的生長 方法和利用底部襯底的生長方法。經(jīng)由通過自發(fā)成核的生長方法難以穩(wěn)定地生長大的 AlGaN晶體。在例如日本特開2004-331453號公報(專利文獻(xiàn)1)等中公開了利用底部襯底 的AlGaN晶體的生長方法。專利文獻(xiàn)1公開了將硅(Si)、藍(lán)寶石(Al2O3)、SiC(碳化硅)、 ZrB2 (硼化鋯)或III-V族化合物用于底部襯底。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2004-331453號公報

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如在專利文獻(xiàn)1中那樣利用底部襯底的AlGaN晶體的生長具 有下列問題。即，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，AWaN晶體在低溫下的生長有降低AlGaN晶體品質(zhì)的問題。降 低的具體形式包括在AKiaN晶體中晶體缺陷如位錯等以高密度存在、由于在生長表面上形 成大的不規(guī)則而造成的不均勻的AWaN晶體等。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)為了改進(jìn)AlGaN晶體的品質(zhì)而在高溫(例如，1200°C以上)下生 長AlGaN晶體時，由于MGaN晶體從底部襯底的背面蒸發(fā)和分解而不能生長具有大厚度的 AlGaN晶體。當(dāng)AlGaN晶體具有小厚度時，不能從所述AlGaN晶體中切下AlGaN襯底。僅能 夠切下少量AlGaN襯底?？紤]到以上問題完成了本發(fā)明，且本發(fā)明的目的是提供一種用于制造高品質(zhì)的 AlGaN塊狀晶體的AlGaN塊狀晶體制造方法。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于制造高品質(zhì)的AlGaN襯底的AlGaN襯底制造 方法。解決問題的手段本發(fā)明的AWaN塊狀晶體制造方法包括如下步驟首先，準(zhǔn)備由AlaGa(1_a)N (0
<a≤1)構(gòu)成的底部襯底。接著，在所述底部襯底上生長具有主面的由AlbGa(1_b)N(0 < b
<1)構(gòu)成的塊狀晶體。所述底部襯底中Al的組成比a大于所述塊狀晶體中Al的組成比 b。
作為深入研究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，晶體分解溫度隨著晶體的Al組成比的增加 而升高。因此，在本發(fā)明中，底部襯底的AlaGaa_a)N(0<a< 1)中Al的組成比a大于塊狀 晶體的AlbGaa_b)N(0<b< 1)中Al的組成比b。因此，即使當(dāng)在生長其中不規(guī)則的形成受 到抑制的塊狀晶體所需要的溫度下生長塊狀晶體時，也能夠抑制底部襯底的蒸發(fā)和分解。 因而，能夠在高溫下長時間生長塊狀晶體。因此，可以在抑制生長表面中不規(guī)則的形成的同 時，生長具有大厚度的塊狀晶體。另外，塊狀晶體中Al的組成比b小于底部襯底中Al的組成比a。隨著Al組成比 降低，晶格常數(shù)升高。在底部襯底和塊狀晶體的層壓體中，將拉伸應(yīng)力施加至晶格常數(shù)相對 小的底部襯底上，以便與晶格常數(shù)相對大的塊狀晶體匹配。因此，可以抑制拉伸應(yīng)力施加至 塊狀晶體，從而抑制裂紋、缺陷、位錯等的發(fā)生。結(jié)果，能夠改進(jìn)塊狀晶體的結(jié)晶度。如上所述，當(dāng)?shù)撞恳r底中Al的組成比a大于塊狀晶體中Al的組成比b時，能夠制 造具有大厚度的高品質(zhì)的AWaN塊狀晶體。在上述AlGaN塊狀晶體制造方法中，在生長步驟中優(yōu)選生長厚度是Imm以上的塊 狀晶體。按照本發(fā)明的AWaN塊狀晶體制造方法，能夠抑制底部襯底的分解，因而能夠制 造厚度大到Imm以上的AKkiN塊狀晶體。在上述AlGaN塊狀晶體制造方法中，生長步驟優(yōu)選包括在底部襯底上生長含有擴(kuò) 散在其中的III族元素的第一層的步驟，以及在所述第一層上生長由AlbGa(1_b)N構(gòu)成的第 二層的步驟。當(dāng)在高溫下生長塊狀晶體時，構(gòu)成底部襯底的III族元素擴(kuò)散到塊狀晶體中。因 此，所述塊狀晶體中布置在底部襯底側(cè)上的第一層含有III族元素。即，第一層的形成相當(dāng) 于塊狀晶體在高溫下的生長。第一層的形成能夠有效地抑制第二層生長表面中不規(guī)則的出 現(xiàn)。因此，能夠進(jìn)一步改進(jìn)塊狀晶體的品質(zhì)。在上述AlGaN塊狀晶體制造方法中，在生長步驟中，優(yōu)選將塊狀晶體生長為Al濃 度沿著底部襯底側(cè)至主面的方向降低。因此，能夠進(jìn)一步抑制施加至生長表面的拉伸應(yīng)力。結(jié)果，能夠在生長表面上制造 更高品質(zhì)的MGaN晶體。在上述AlGaN塊狀晶體制造方法中，在生長步驟中，優(yōu)選在1650°C以上生長塊狀 晶體。在本發(fā)明中，即使在1650°C以上的高溫下生長，也能夠抑制底部襯底的分解。因 此，能夠進(jìn)一步抑制生長表面中不規(guī)則的形成。在上述AlGaN塊狀晶體制造方法中，在生長步驟中，優(yōu)選將塊狀晶體生長為主面 是c面、a面和m面中的任一種。在這種情況下，利用所述塊狀晶體能夠制造高性能的半導(dǎo) 體元件。在生長步驟后，上述AlGaN塊狀晶體制造方法優(yōu)選還包括至少除去底部襯底的步 驟。結(jié)果，能夠制造從中除去了底部襯底的塊狀晶體。本發(fā)明的AWaN襯底制造方法包括通過上述AlGaN塊狀晶體制造方法制造AlGaN 塊狀晶體的步驟，以及從所述塊狀晶體中切下至少一個AlbGa(1_b)N襯底的步驟。按照本發(fā)明的AlGaN襯底制造方法，使用了具有大厚度的高品質(zhì)的AlGaN晶體，所述AlGaN晶體通過本發(fā)明的AlGaN塊狀晶體制造方法制造。因此，能夠制造高品質(zhì)的AlGaN 襯底。發(fā)明效果按照本發(fā)明的AWaN塊狀晶體制造方法，使用了 Al組成比a大于塊狀晶體的Al 組成比b的底部襯底，因而能夠制造具有大厚度的高品質(zhì)的AWaN塊狀晶體。按照本發(fā)明的AKiaN襯底制造方法，利用所述AlGaN塊狀晶體能夠制造高品質(zhì)的 AWaN襯底。


[圖1]圖1是顯示本發(fā)明實施方案1中的AKiaN塊狀晶體的截面示意圖。[圖2]圖2是顯示本發(fā)明實施方案1中的AlGaN塊狀晶體制造方法的流程圖。[圖3]圖3是顯示本發(fā)明實施方案1中的底部襯底的截面示意圖。[圖4]圖4是顯示本發(fā)明實施方案1中生長了AWaN塊狀晶體的狀態(tài)的截面示意 圖。[圖5]圖5是顯示本發(fā)明實施方案1中生長了另一種AlGaN塊狀晶體的狀態(tài)的截 面示意圖。[圖6]圖6是顯示本發(fā)明實施方案1中除去了底部襯底的狀態(tài)的截面示意圖。[圖7]圖7是顯示本發(fā)明實施方案2中的AKiaN襯底的截面示意圖。[圖8]圖8是顯示本發(fā)明實施方案2中的AWaN襯底制造方法的流程圖。[圖9]圖9是顯示本發(fā)明實施方案2中從AlGaN塊狀晶體中切下AlGaN襯底的狀 態(tài)的截面示意圖。[圖10]圖10是說明在實施例中用于確認(rèn)存在第一層的方法的截面圖。
具體實施例方式下面基于附圖描述本發(fā)明的實施方案。在附圖中，相同部分或相應(yīng)部分由相同參 考數(shù)字表示，且不重復(fù)其描述。(實施方案1)圖1是顯示本發(fā)明實施方案的AKiaN塊狀晶體的截面示意圖。參考圖1來描述本 實施方案的AWaN塊狀晶體10。本實施方案的AlGaN塊狀晶體10是Albfeia_b)N(0 < b < 1)。所述AlGaN塊狀晶 體10具有主面10a。所述主面IOa優(yōu)選是例如{1000}面(c面)、{11-20}面(a面)和 {1-100}面(m面)中的任一種。從晶體學(xué)觀點來看，括號{ }表示一族面，且通過在數(shù)字 之上放置“_”(杠)表示負(fù)指數(shù)，但是在本說明書中，通過在數(shù)字之前放置負(fù)號來表示負(fù)指 數(shù)。AlGaN塊狀晶體10的位錯密度優(yōu)選是1 X IO8CnT2以下，更優(yōu)選是1 X IO7CnT2以下， 還更優(yōu)選是IX IO6CnT2以下，最優(yōu)選是5 X IO5CnT2以下。在這種情況下，當(dāng)利用由AlGaN塊 狀晶體形成的AlGaN襯底20來制造裝置時，能夠改進(jìn)所述裝置的特性。位錯密度能夠通過 例如如下方法測定對通過在熔融KOH(氫氧化鉀)中蝕刻而產(chǎn)生的凹坑數(shù)進(jìn)行計數(shù)并將所 述數(shù)除以單位面積。
AlGaN塊狀晶體10的厚度HlO優(yōu)選是Imm以上，更優(yōu)選是2mm以上，還更優(yōu)選是 4mm以上。具有Imm以上的厚度，就能夠從AlGaN塊狀晶體10制造更大量的AlGaN襯底，從 而降低制造AlGaN襯底所需要的成本。另外，通過增厚AlGaN塊狀晶體10能夠減少缺陷如 位錯，因而能夠形成高品質(zhì)的AWaN晶體10。圖2是顯示本發(fā)明實施方案的AWaN塊狀晶體制造方法的流程圖。參考圖2來描 述本發(fā)明實施方案的AWaN塊狀晶體制造方法。圖3是顯示本發(fā)明實施方案中的底部襯底的截面示意圖。如圖2和3中所示，首 先，準(zhǔn)備由AlaGa(1_a)N(0 < a彡1)構(gòu)成的底部襯底11 (步驟Si)。在步驟Sl中準(zhǔn)備的所述 底部襯底11中Al的組成比a大于待在下述步驟S2中生長的AWaN塊狀晶體12中Al的 組成比b。所述底部襯底11和所述AlGaN塊狀晶體12中Al的組成比a和b是Al的摩爾 比。隨著底部襯底11中Al的組成比a增加，構(gòu)成底部襯底11的晶體的分解溫度升高。 因此，即使當(dāng)在下述步驟S2中在高溫下生長AlGaN塊狀晶體時，也能夠抑制底部襯底11的 分解，因而能夠生長具有大厚度的AlGaN塊狀晶體。從耐蒸發(fā)和分解的觀點來看，所述底部 襯底11中Al的組成比a優(yōu)選盡可能大，例如，所述組成比a優(yōu)選是0.8以上，更優(yōu)選是1。在步驟Sl中，優(yōu)選準(zhǔn)備具有直徑尺寸是例如2英寸以上的主面Ila的底部襯底 11。結(jié)果，能夠生長具有大直徑的AKiaN塊狀晶體。圖4是顯示按照本發(fā)明實施方案生長了 AKiaN塊狀晶體的狀態(tài)的截面示意圖。接 著，如圖2和4中所示，在所述底部襯底11上生長具有主面1 且由AlbGa(1_b)N(0 < b < 1) 構(gòu)成的AWaN塊狀晶體12 (步驟S2)。在步驟S2中生長的AWaN塊狀晶體12中Al的組成 比b小于在步驟Sl中準(zhǔn)備的底部襯底11中Al的組成比a。即，在底部襯底11中Al的組 成比a和AlGaN塊狀晶體12中Al的組成比b之間建立了 a > b的關(guān)系。在底部襯底11 中Al的組成比a和AlGaN塊狀晶體12中Al的組成比b之間建立了優(yōu)選a > b > 0. 的 關(guān)系，更優(yōu)選0. 7a > b > 0. 125a的關(guān)系。在這種情況下，能夠進(jìn)一步抑制底部襯底11的 分解，且能夠生長高品質(zhì)的AKiaN塊狀晶體12。在步驟S2中，在能夠抑制生長表面(主面12a)中不規(guī)則形成的高溫下生長AlGaN 塊狀晶體12。即使當(dāng)在高溫下生長AlGaN塊狀晶體12時，也能夠抑制底部襯底11的分解， 因為按照本實施方案所述底部襯底11的Al組成比a高。因此，能夠抑制生長表面中不規(guī) 則的形成，且能夠生長具有大厚度的AKiaN塊狀晶體12。具體來說，AWaN塊狀晶體12的生長溫度優(yōu)選是1650°C以上，更優(yōu)選是1650°C以 上且1800°C以下。當(dāng)所述溫度是1650°C以上時，能夠使作為生長表面的AlGaN塊狀晶體12 的主面1 非常平坦。當(dāng)所述溫度是1800°C以下時，能夠有效地抑制底部襯底11的分解， 從而增加厚度H12。生長溫度表示例如底部襯底11的溫度。另外，能夠生長具有大厚度H12的AWaN塊狀晶體12，H12優(yōu)選是Imm以上，更優(yōu) 選是2mm以上，還更優(yōu)選是4mm以上。盡管厚度H12沒有上限，但是在本實施方案中，能夠 容易地制造厚度H12是例如50mm以下的AWaN塊狀晶體12。隨著Al的組成比a和b降低，晶格常數(shù)升高。在步驟S2中，AWaN塊狀晶體12中 Al的組成比b小于底部襯底11中Al的組成比a。在底部襯底11和AWaN塊狀晶體12的 層壓體中，施加拉伸應(yīng)力，使得晶格常數(shù)相對小的底部襯底11與晶格常數(shù)相對大的AKiaN塊狀晶體12匹配。因此，可以抑制拉伸應(yīng)力施加至AlGaN塊狀晶體12，從而抑制AKkiN塊 狀晶體12中裂紋、缺陷、位錯等的發(fā)生。因此，能夠改進(jìn)AKiaN塊狀晶體12的結(jié)晶度。作為AlGaN塊狀晶體12結(jié)晶度指數(shù)的位錯密度優(yōu)選是1 X 108cm_2以下，更優(yōu)選是 IXlO7cnT2以下，還更優(yōu)選是IXlO6CnT2以下，最優(yōu)選是5X IO5CnT2以下。在本實施方案中， AlGaN塊狀晶體12中Al的組成比b小于底部襯底11中Al的組成比a，因而能夠生長具有 這樣的位錯密度的AWaN塊狀晶體12。當(dāng)生長AlGaN塊狀晶體12使得Al濃度從底部襯底11側(cè)(背面12b)至生長表面 (主面12a)降低時，能夠進(jìn)一步抑制施加至生長表面的拉伸應(yīng)力，結(jié)果能夠進(jìn)一步降低位 錯密度。即，AKiaN塊狀晶體12的組成比b不限于是恒定的，而是組成比b可以向生長表 面單調(diào)降低。表述“單調(diào)降低，，表示，組成比b總是恒定或者從在所述底部襯底11側(cè)上的 背面12b至作為生長表面的主面12a(在生長方向上)降低，且主面12a的組成比b低于背 面12b的組成比。即，表述“單調(diào)降低”不包括組成b在生長方向上增加的情形。在步驟S2中，AWaN塊狀晶體12優(yōu)選以30 μ m/小時以上，更優(yōu)選100 μ m/小時以 上且180 μ m/小時以下的生長速率生長。因為如上所述能夠在高溫下生長AlGaN塊狀晶體 12，所以生長速率能夠升高至這樣的值。因此，能夠以高制造效率制造AlGaN塊狀晶體12。在步驟S2中，優(yōu)選將AWaN塊狀晶體12生長為主面1 是c面、a面和m面中的 任一種。在這種情況下，利用AWaN塊狀晶體12能夠制造高性能的半導(dǎo)體元件。AlGaN塊狀晶體12的生長方法沒有特別限制，且能夠使用氣相生長方法如升華生 長法、HVPE (氫化物氣相外延)法、MBE (分子束外延)法或MOCVD (有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積) 法，液相法如助熔劑生長法、高氮壓溶液生長法等。在步驟S2中，從能夠在極高溫度下進(jìn)行 生長的觀點來看，優(yōu)選使用升華生長法。圖5是顯示本發(fā)明實施方案中生長了另一種AKiaN塊狀晶體的狀態(tài)的截面示意 圖。如圖5中所示，生長步驟S2可以包括在底部襯底11上生長其中擴(kuò)散了 III族元素的 第一層13的步驟，以及在所述第一層13上生長由AlbGa(1_b)N構(gòu)成的第二層14的步驟。具 體來說，在AWaN塊狀晶體12中，第一層13含有大量Al，且第二層14含有大量(ia。在第 一層13中，Al量在底部襯底側(cè)上相對大，而( 量在與第二層14的界面?zhèn)壬舷鄬Υ?。在?一和第二層13和14之間的界面能夠通過例如SIMS( 二次離子質(zhì)譜)測定。當(dāng)在高溫下生長AKiaN塊狀晶體12時，構(gòu)成底部襯底11的III族元素(Al元素 或Al元素和( 元素)擴(kuò)散，因而AWaN塊狀晶體12中布置在底部襯底11側(cè)上的第一層 13含有III族元素。即，當(dāng)在高溫下生長AlGaN塊狀晶體12時，形成了第一層13。通過形 成第一層13，能夠更有效地抑制第二層14的生長表面中不規(guī)則的出現(xiàn)。生長溫度是例如 1650°C以上。在這樣高的溫度下生長能夠進(jìn)一步改進(jìn)AKiaN塊狀晶體12的主面1 側(cè)的 品質(zhì)。盡管通過參考圖5給出實施例描述了 AKiaN塊狀晶體12包括兩層的情形，但是 AlGaN塊狀晶體12可以包括三層以上。圖6是顯示本發(fā)明該實施方案中除去了底部襯底的狀態(tài)的截面示意圖。接著，如 圖2和6中所示，至少除去底部襯底11 (步驟S3)。步驟S3可以不實施。除去方法沒有特別限制，但是例如能夠使用諸如切割、劈開等的方法。在除去過程 中，從底部襯底11和AWaN塊狀晶體12的層壓體中切下AWaN塊狀晶體12 (在本實施方案中，AlGaN塊狀晶體10)。在這種情況下，可以從底部襯底11和AlGaN塊狀晶體12的層 壓體中僅除去底部襯底11，或者可以進(jìn)一步除去AlGaN塊狀晶體12中包括AlGaN塊狀晶體 12和底部襯底11之間的界面(背面12b)的部分。當(dāng)進(jìn)一步除去包括背面12b的部分時， 能夠容易地分離AlGaN塊狀晶體12，因為其由單晶構(gòu)成。 切割包括利用外刀刃是電鍍的金剛石砂輪的切片機(jī)機(jī)械地至少除去底部襯底11。 劈開包括沿晶體晶面至少除去底部襯底11。在除去底部襯底11的步驟S3中，優(yōu)選將AlGaN塊狀晶體10切割成主面IOa是c 面、a面和m面中的任一種。當(dāng)將AlGaN塊狀晶體12生長成主面IOa是c面、a面和m面中 的任一種時，通過與晶體12的主面12a平行地切下AlGaN塊狀晶體12，能夠制造主面IOa 的面取向與AlGaN塊狀晶體12相同的AlGaN塊狀晶體10。通過實施步驟Sl S3能夠制造圖1中所示的AlGaN塊狀晶體10。如上所述，在本實施方案的AlGaN塊狀晶體10或12的制造方法中，底部襯底11 中Al的組成比a大于AlGaN塊狀晶體12中Al的組成比b。如上所述，當(dāng)在高溫下生長AlGaN塊狀晶體12時，能夠抑制生長表面(主面12a) 中不規(guī)則的形成。另外，即使當(dāng)在高溫下生長AlGaN塊狀晶體12時，本實施方案的AlGaN塊 狀晶體10或12的制造方法也能夠抑制底部襯底11的分解。因此，本發(fā)明的制造方法能夠 抑制生長表面中不規(guī)則的形成并制造具有大厚度HlO或H12的AlGaN塊狀晶體10或12。另外，晶格常數(shù)隨著Al組成比的降低而升高。因此，在底部襯底11和AlGaN塊狀 晶體12的層壓體中，抑制了拉伸應(yīng)力施加至晶格常數(shù)相對大的AlGaN塊狀晶體12。結(jié)果， 能夠抑制將裂紋、缺陷等引入AlGaN塊狀晶體12中，因而能夠制造高品質(zhì)的AlGaN塊狀晶 體10或12。而且，當(dāng)如采用通常的方法在低溫下生長AlGaN塊狀晶體時，將原料中含有的或 由原料產(chǎn)生的Al203、Ga203 (氧化鎵)等并入到AlGaN塊狀晶體12中。在這種情況下，在 AlGaN塊狀晶體10或12中形成了凹坑等，從而經(jīng)常產(chǎn)生多晶體。然而，在本實施方案中，即 使當(dāng)在高溫下生長AlGaN塊狀晶體12時，也能夠抑制底部襯底11的分解。因此，在本發(fā)明 的方法中，通常在高溫下生長晶體12。晶體12在高溫下生長引起Al203、Ga203等的分解，因 而能夠抑制A1203、Ga2O3等直接并入到AlGaN塊狀晶體12中。結(jié)果，能夠抑制多晶體的形 成，且能夠制造高品質(zhì)的AlGaN塊狀晶體10或12。因此，當(dāng)?shù)撞恳r底11中Al的組成比a大于AlGaN塊狀晶體12中Al的組成比b 時，能夠以高再現(xiàn)性穩(wěn)定地制造具有大厚度HlO或H12的高品質(zhì)的AlGaN塊狀晶體10或 12。(實施方案2)圖7是顯示本發(fā)明實施方案的AlGaN襯底的截面示意圖。參考圖7來描述本實施 方案的AlGaN襯底。如圖7中所示，利用實施方案1的AlGaN塊狀晶體10或12來形成本實施方案的 AlGaN 襯底 20。SP，AlGaN 襯底 20 由 AlbGa(1_b)N(0 < b < 1)構(gòu)成。AlGaN襯底20具有主面20a，且所述主面20a優(yōu)選是c面、a面和m面中的任一種。圖8是顯示本實施方案的AlGaN襯底制造方法的流程圖。接著，參考圖8來描述 本實施方案的AlGaN襯底制造方法。
如圖8中 所示，首先，通過實施方案1的AlGaN塊狀晶體制造方法(步驟Sl S3) 來制造AlGaN塊狀晶體10或12。步驟Sl S3基本上與實施方案1中相同，因而不重復(fù)其 描述。圖9是顯示按照本實施方案從AlGaN塊狀晶體中切下AlGaN襯底的狀態(tài)的截面示 意圖。如圖8和9中所示，接著，從所述AlGaN塊狀晶體10或12中切下AlGaN襯底20 (步 驟S4)。步驟S4中切下的AlGaN襯底20由AlbGaa_b)N(0 < b < 1)構(gòu)成。在步驟S4中，可以切下一個AlGaN襯底20，但是優(yōu)選切下多個AlGaN襯底20。因 為實施方案1中制造了具有大厚度HlO或H12的AlGaN塊狀晶體10或12，所以能夠容易地 切下多個AlGaN襯底20。切斷方法沒有特別限制，但是能夠通過切割或劈開使AlGaN襯底20與AlGaN塊狀 晶體10或12分離。通過實施步驟Sl S4能夠制造圖7中所示的AlGaN襯底20。如上所述，按照本實施方案的AlGaN襯底20的制造方法，能夠從實施方案1的塊 狀晶體10或12中切下至少一個AlGaN襯底20 (步驟S4)。按照本實施方案的AlGaN襯底20的制造方法，能夠制造高品質(zhì)的AlGaN襯底20， 因為AlGaN塊狀晶體10或20具有高品質(zhì)。另外，因為AlGaN塊狀晶體10或20具有大厚度HlO或H12，所以能夠從實施方案1 的AlGaN塊狀晶體10或20中切下多個AlGaN襯底20。在這種情況下，能夠降低每個AlGaN 襯底20的制造成本。能夠?qū)凑毡緦嵤┓桨钢圃斓腁lGaN襯底20優(yōu)選用作如下器件用襯底發(fā)光元件 如發(fā)光二極管、激光二極管等；電子元件如整流器、雙極晶體管、場效應(yīng)晶體管、HEMT(高電 子遷移率晶體管)等；半導(dǎo)體傳感器如溫度傳感器、壓力傳感器、輻射傳感器、可見_紫外傳 感器等；及裝置如SAW裝置(表面聲波裝置)、振動器、諧振器、振蕩器、MEMS (微機(jī)電系統(tǒng)) 零件、壓電致動器等。
實施例在實施例中，檢測了底部襯底中Al的組成比a大于塊狀晶體中Al的組成比b的 條件的效果。實施例1 4按照上述實施方案1的AlGaN塊狀晶體制造方法制造了實施例1 4的AlGaN塊 狀晶體。具體來說，首先準(zhǔn)備了由AlaGa(1_a)N(0<a< 1)構(gòu)成的底部襯底(步驟Si)。Al 的組成比如下表I中所示。底部襯底的主面是c面。接著，在所述底部襯底上生長由AlbGa(1_b)N(0 < b < 1)構(gòu)成且具有主面的塊狀晶 體(步驟S2)。在實施例1 4中，如下表I中所示，塊狀晶體中Al的組成比b小于底部襯 底中Al的組成比a。塊狀晶體的主面組成比b、生長方法和生長溫度如下表I中所示。塊 狀晶體的主面是c面。在實施例1 4中，通過步驟Sl和S2制造AlbGa(1_b)N塊狀晶體。比較例1和2
通過與實施例2中相同的方法制造了 AlbGaa_b)N塊狀晶體，所不同的是，塊狀晶體中Al的組成比b (b = 0. 5)大于底部襯底的組成比a (a = 0)，且如表I中所示生長溫度低。實施例5 8及比較例3和4在實施例5 8及比較例3和4中，AlbGa(1_b)N塊狀晶體制造方法的構(gòu)造基本上與 實施例1 4及比較例1和2的AlbGa(1_b)N塊狀晶體的制造方法相同，而不同之處在于使用 以m面為主面的底部襯底，且制造塊狀晶體，使得主面是m面。實施例9 12及比較例5和6在實施例9 12及比較例5禾Π 6中，AlbGaa_b)N塊狀晶體制造方法的構(gòu)造基本上 與實施例1 4及比較例1和2的AlbGa(1_b)N塊狀晶體的制造方法相同，而不同之處在于使 用以a面為主面的底部襯底，且制造塊狀晶體，使得主面是a面。(測定方法)檢測了實施例1 12及比較例1 6的AlGaN塊狀晶體的厚度、生長速率、第一 層的存在和位錯密度。將結(jié)果示于下表I III中。從與底部襯底的界面(背面)，在生長表面(主面)的凹進(jìn)部分(即，厚度最小的 部分)中測定厚度。由生長具有每個厚度的AlGaN塊狀晶體所需要的時間來計算生長速率。如下確認(rèn)第一層的存在首先，沿生長方向(圖10中的箭頭12c)切割每個AlGaN 塊狀晶體。通過SIMS測定橫截面中的濃度以觀察擴(kuò)散了 III族元素的第一層的存在。圖 10是說明用于確認(rèn)第一層的方法的截面圖。如下測定位錯密度首先，通過將每個AlGaN塊狀晶體在經(jīng)由在鉬坩堝中于250°C 下以1 1的比例熔化KOH和NaOH(氫氧化鈉)而制備的熔融物中浸漬30分鐘來對其進(jìn)行 腐蝕。接著，洗滌每個AlGaN塊狀晶體，并利用顯微鏡來計數(shù)表面中每單位面積的蝕坑數(shù)。 對于如上所述測定的位錯密度，將IXlO4cnT2以上且5X IO5CnT2以下的位錯密度評價為A， 將超過5 X IO5CnT2且1 X IO7CnT2以下的位錯密度評價為B，將超過1 X IO7CnT2且1 X IO8CnT2 以下的位錯密度評價為C，將超過IXlO8CnT2的位錯密度評價為D，且將不可測的位錯密度 評價為E。
權(quán)利要求
1.一種AKiaN塊狀晶體制造方法，所述方法包括準(zhǔn)備由AlaGa(1_a)N(0 < a彡1)構(gòu)成的底部襯底的步驟；以及在所述底部襯底上生長具有主面的由AlbGa(1_b)N(0 <b< 1)構(gòu)成的塊狀晶體的步驟，其中所述底部襯底中Al的組成比a大于所述塊狀晶體中Al的組成比b。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的AKiaN塊狀晶體制造方法，其中在所述生長步驟中生長厚度是 Imm以上的塊狀晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的AWaN塊狀晶體制造方法，其中所述生長步驟包括在所述底部襯底上生長含有擴(kuò)散在其中的III族元素的第一層的步驟；以及在所述第一層上生長由AlbGa(1_b)N構(gòu)成的第二層的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項的MGaN塊狀晶體制造方法，其中在所述生長步驟中， 將所述塊狀晶體生長為Al濃度沿著所述底部襯底側(cè)至所述主面的方向降低。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項的MGaN塊狀晶體制造方法，其中在所述生長步驟中， 在1650°C以上生長所述塊狀晶體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項的MGaN塊狀晶體制造方法，其中在所述生長步驟中， 將所述塊狀晶體生長為所述主面是c面、a面和m面中的任一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項的AlfeN塊狀晶體制造方法，所述方法在所述生長步 驟之后還包括至少除去所述底部襯底的步驟。
8.一種AWaN襯底制造方法，所述方法包括通過權(quán)利要求1 7中任一項所述的AlGaN塊狀晶體制造方法制造AlGaN塊狀晶體的 步驟；以及從所述塊狀晶體中切出至少一個AlbGa(1_b)N襯底的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于制造厚、高品質(zhì)的AlGaN塊狀晶體的方法。本發(fā)明還提供了一種用于制造高品質(zhì)的AlGaN襯底的方法。所述制造AlGaN塊狀晶體的方法包括如下步驟首先，準(zhǔn)備由AlaGa(1-a)N(0＜a≤1)制成的底部襯底。接著，在所述底部襯底上生長由AlbGa(1-b)N(0＜b＜1)制成的具有主面的塊狀晶體。所述底部襯底的Al組成比(a)大于所述塊狀晶體的Al組成比(b)。所述制造AlGaN襯底的方法包括從上述塊狀晶體中切下一個以上由AlbGa(1-b)N(0＜b＜1)制成的襯底的步驟。
文檔編號C30B29/38GK102099511SQ20098012800
公開日2011年6月15日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者中幡英章, 佐藤一成, 宮永倫正, 水原奈保, 谷崎圭祐 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社