用于制造第iii族氮化物半導(dǎo)體的方法及所使用的坩堝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于通過助熔劑法制造第III族氮化物半導(dǎo)體的方法。更具體地，所述方法的特征在于用保持熔體的坩禍。本發(fā)明還涉及在通過助熔劑法生長第III族氮化物半導(dǎo)體時所使用的坩禍。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂的Na助熔劑法是用于生長GaN晶體的公知方法。該方法是通過在Na(鈉)和Ga (鎵)的熔融混合物中引入氮氣，能夠在幾MPa的相對低的壓力和600°C至1000°C的相對低的溫度下生長GaN的技術(shù)。
[0003]日本公開特許公報(特開)N0.2011-136898和WO 2010/079655公開了在Na助熔劑法中，用于保持熔體和籽晶的坩禍由陶瓷如氧化鋁、氧化釔和YAG(釔鋁石榴石)制成。
[0004]日本公開特許公報(特開)N0.2011-136898描述了從針對助熔劑的抗腐蝕性角度來看，坩禍的平均粒徑可以優(yōu)選I μπι至100 μπι。類似地，從所述角度來看，粉末原材料的粒徑可以優(yōu)選0.1 μ m至10 μ m。
[0005]WO 2010/079655描述了氧化鋁或二氧化硅是從由氧化鋁制成的坩禍中洗脫出的。
[0006]在通過Na助熔劑法生長GaN時，觀察到形成數(shù)微米(μ m)至數(shù)百微米(μ m)數(shù)量級的大臺階的稱作“宏觀臺階生長”的晶體生長。在該宏觀臺階生長的區(qū)域中，引入晶體中的熔體(例如Na)的量增加，導(dǎo)致晶體的質(zhì)量劣化。
[0007]然而，由于宏觀臺階生長的控制因素未知，所以宏觀臺階生長不能得到抑制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于前述內(nèi)容，本發(fā)明的一個目的是提供用于通過助熔劑法制造第III族氮化物半導(dǎo)體的方法，該方法通過抑制宏觀臺階生長來展現(xiàn)出提高的晶體質(zhì)量。
[0009]在本發(fā)明的一個方面中，提供用于制造第III族氮化物半導(dǎo)體的方法，該方法包括:將溶解在助熔劑中的第III族金屬的熔體保持于坩禍中，將含有氮的氣體供應(yīng)至熔體，以及生長第III族氮化物半導(dǎo)體，其中坩禍由氧化鋁制成，并且使用在其內(nèi)壁上存在有在制造坩禍時異常生長的氧化鋁晶粒并且所述異常生長的氧化鋁晶粒的最大粒徑不小于10 μ m的i甘禍。
[0010]在本發(fā)明中，氧化鋁粒徑被定義為圍繞氧化鋁晶粒的圓的直徑。最大粒徑是所測量的氧化鋁粒徑的最大值。
[0011]異常晶粒生長是粒徑大于正常值的氧化鋁晶粒生長的一種現(xiàn)象。本發(fā)明人通過研究首次發(fā)現(xiàn):如果異常生長的氧化鋁晶粒的最大粒徑不小于?ο μπι，那么宏觀臺階生長得到抑制，由此提高晶體質(zhì)量。更優(yōu)選地，最大粒徑在10 μπι至150 μπι之間，并且再優(yōu)選地，在40 μπι至100 μm之間。異常生長的氧化招晶粒的數(shù)密度可以為?Ο/mm2至10000個/mm2(個每平方毫米)。數(shù)密度超過10000個/mm2 (個每平方毫米)會減小坩禍的強度，這不是優(yōu)選的。當(dāng)數(shù)密度在上述范圍內(nèi)時，宏觀臺階生長可以得到充分抑制。更優(yōu)選地，所述數(shù)密度為50個/mm2至2000個/mm2 (每平方毫米)，并且再優(yōu)選地，為100個/mm2至1000個/mm2 (每平方毫米)。
[0012]坩禍可以通過石膏模鑄造法來制造。這是因為由于來自石膏模的雜質(zhì)例如Ca的污染，易于發(fā)生氧化鋁晶粒的異常生長。另外，當(dāng)通過鑄造來制造坩禍時，通過將諸如Ca的雜質(zhì)添加至漿料中可以人工誘導(dǎo)異常生長。
[0013]在本發(fā)明中，第III族金屬包括Ga、Al、In和B。堿金屬例如Na、K和Li或堿土金屬被用作助熔劑。具體地，優(yōu)選使用Na?？梢詫添加至助熔劑以抑制混雜晶體。生長的第III族氮化物半導(dǎo)體晶體可以具有任意組分比，并且包括AlGaN、InGaN、AlGaInN，以及其他如GaN。另外，η型第III族氮化物半導(dǎo)體可以通過摻雜η型雜質(zhì)來生長，以及ρ型第III族氮化物半導(dǎo)體可以通過摻雜P型雜質(zhì)來生長。Ge最常用作η型雜質(zhì)。但是，在通過氣相外延生長第III族氮化物半導(dǎo)體時，最常使用Si，這是因為在助熔劑法中通過摻雜Si難以生長第III族氮化物半導(dǎo)體。另外，Mg可以用作ρ型雜質(zhì)。
[0014]在本發(fā)明的其他方面中，提供在通過助熔劑法生長第III族氮化物半導(dǎo)體晶體時用于保持熔體的坩禍，所述坩禍由氧化鋁制成，其中在其內(nèi)壁上存在有異常生長的氧化鋁晶粒，并且生長異常的氧化鋁晶粒的最大粒徑不小于10 μπι。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，通過將在坩禍中異常生長的氧化鋁晶粒的粒徑控制為不小于10 μπι，能夠容易地抑制宏觀臺階生長，由此提高晶體品質(zhì)。這是因為在異常生長的氧化鋁晶粒中含有的雜質(zhì)溶解在熔體中，其影響了晶體生長。
【附圖說明】
[0016]由于在結(jié)合附圖考慮的情況下，參照優(yōu)選實施方案的以下詳細描述，本發(fā)明的各種其他目的、特征和許多附帶的優(yōu)點將變得更好理解，所以可以容易地認(rèn)識到本發(fā)明的各種其他目的、特征和許多附帶優(yōu)點，其中:
[0017]圖1示出了晶體生長設(shè)備I的結(jié)構(gòu)；
[0018]圖2是正常生長的氧化鋁晶粒的SEM圖像；
[0019]圖3是示出當(dāng)不發(fā)生晶粒異常生長時粒徑分布的數(shù)密度的圖；
[0020]圖4是異常生長的氧化鋁晶粒的SEM圖像；
[0021]圖5是示出當(dāng)發(fā)生晶粒異常生長時粒徑分布的數(shù)密度的圖；
[0022]圖6是示出最大粒徑與晶體質(zhì)量之間的關(guān)系的圖；
[0023]圖7是示出平均粒徑與晶體質(zhì)量之間的關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0024]接下來將參考附圖描述本發(fā)明的一個具體實施方案。然而，本發(fā)明不限于所述實施方案。
[0025]首先，接下來將參照圖1描述在用于根據(jù)實施方案I制造第III族氮化物半導(dǎo)體的方法中所使用的晶體生長設(shè)備I的結(jié)構(gòu)。
[0026]如圖1所示，晶體生長設(shè)備I包括壓力容器100。壓力容器100中具有反應(yīng)器101和加熱器102。在反應(yīng)器101中，設(shè)置有坩禍103。另外，在反應(yīng)器101中，提供了用于供應(yīng)氮氣的供應(yīng)管104和用于排放氮氣的排放管105。另外，在壓力容器100中，提供了絕熱材料106以便包圍反應(yīng)器101和加熱器102。
[0027]壓力容器100是由不銹鋼制成的并且具有耐壓性。反應(yīng)器101是由SUS制成的并且具有耐熱性。加熱器102通過電阻加熱器對反應(yīng)器101進行加熱，由此調(diào)節(jié)生長溫度。另夕卜，連接至反應(yīng)器101的供應(yīng)管104和排放管105中的每個均具有閥門。通過利用所述閥門調(diào)節(jié)氮氣的供應(yīng)量和排放量來調(diào)節(jié)反應(yīng)器101中的壓力，由此調(diào)節(jié)生長壓力。
[0028]坩禍103是保持籽晶(GaN自支撐襯底)、Na助熔劑、Ga原材料和其他雜質(zhì)的容器。坩禍103具有內(nèi)徑為59mm、高度為36mm和厚度為3mm的筒狀。坩禍103是由氧化鋁陶瓷(氧化鋁燒結(jié)壓制塊)制成的并且具有高的耐熱性和耐堿性。設(shè)置在反應(yīng)器101中的坩禍103通過未示出的裝置是可旋轉(zhuǎn)的。坩禍103可以具有蓋。這可以防止在GaN生長期間Na的蒸發(fā)。
[0029]另外，使用在其內(nèi)壁上存在有異常生長的氧化鋁晶粒的坩禍103，并且異常生長的氧化鋁晶粒的最大粒徑不小于ΙΟμπι。粒徑被定義為圍繞氧化鋁晶粒的圓的直徑。在內(nèi)壁上的異常生長的氧化鋁晶粒的數(shù)密度可以為10個晶粒/mm2至10000個晶粒/mm 2(每平方毫米異常生長的氧化鋁晶粒的數(shù)目)。
[0030]此處，異常晶粒生長是產(chǎn)生粒徑大于正常生長的氧化鋁晶粒的粒徑(例如，粒徑大于一個數(shù)量級或更多個數(shù)量級)的氧化鋁晶粒的一種生長。當(dāng)氧化鋁晶粒的粒徑在燒結(jié)前均勻時，那么它們在燒結(jié)后也將是均勻的。然