本發(fā)明專利技術(shù)提供一種IIIA族氮化物晶體的制造方法，其包括了晶體生長過程，通過由具有六方晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵晶體的籽晶生長具有六方晶結(jié)構(gòu)的IIIA族氮化物晶體來形成IIIA族氮化物晶體，其中籽晶的c軸方向的長度“L”是9.7毫米或更長，長度“L”與c面上晶體直徑“d”的L/d比大于0.813。晶體生長過程包括了在IIIA族氮化物晶體的側(cè)面形成包含{10-10}面的外圍和包含{10-11}面的外圍，并在IIIA族氮化物晶體的底面形成包含{0001}面的外圍的過程。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及IIIA族氮化物晶體的制造方法。
技術(shù)介紹
基于氮化鎵(GaN)的半導(dǎo)體材料用于藍(lán)色LED (發(fā)光二極管)或白色LED以及如半導(dǎo)體激光器(也稱作“LD :激光二極管”)的半導(dǎo)體設(shè)備。白色LED用于照明目的或手機(jī)的背光、LC (液晶)顯示等。藍(lán)色LED用于交通燈或其它照明目的等等。另一方面，紫藍(lán)色半導(dǎo)體激光用作藍(lán)光光盤的光源。目前，大多數(shù)基于GaN的用作UV或紫藍(lán)綠色光源的半導(dǎo)體設(shè)備是利用MO-CVD (金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積)方法或MBE (分子束外延)方法在藍(lán)寶石或 SiC襯底上生長晶體來制造。藍(lán)寶石或SiC用作襯底的場合存在問題。由于在襯底和IIIA族氮化物之間熱膨脹系數(shù)或晶格常數(shù)存在顯著差異，增加了晶體缺陷。這樣的缺陷會影響設(shè)備性能。例如，延長發(fā)光設(shè)備的壽命變得更難。并且，操作功耗會增加。為了處理這些問題，更優(yōu)選的方法是使用氮化鎵襯底，其由與在該襯底上生長的晶體相同的材料所構(gòu)成。目前，用如下方法制造自支撐GaN襯底,厚的氮化鎵晶體通過HVPE(氫化物氣相外延)利用ELO (側(cè)向外延生長)在如藍(lán)寶石襯底或GaAs襯底的異質(zhì)襯底上生長，這種方法可以減少位錯密度，然后這層氮化鎵厚膜從異質(zhì)襯底上分離。上述方法所制造的氮化鎵襯底具有降到IO6CnT2量級的位錯密度，并使得尺寸達(dá)到2英寸，在實(shí)際應(yīng)用中主要用于激光設(shè)備。目前，在電子設(shè)備中對于達(dá)到4英寸或6英寸的直徑更大的襯底或削減白色LED的成本存在進(jìn)一步的需求。異質(zhì)襯底和氮化鎵之間熱膨脹系數(shù)或晶格常數(shù)的不同可能引起的翹曲或開裂阻礙了襯底直徑的擴(kuò)大。上述的位錯密度依然存在。在從異質(zhì)襯底上分離氮化鎵厚膜并把其磨光形成氮化鎵襯底的過程中，也存在制造成本高的問題。另一方面，作為實(shí)現(xiàn)氮化鎵襯底的液相方法之一，很多努力都用來開發(fā)助熔劑法， 通過把氮?dú)鈴臍庀嗳芙獾絀IIA族金屬和堿金屬的熔融混合物中來形成氮化鎵晶體。在助熔劑法中，把包含了堿金屬如鈉(Na)和鉀(K)以及IIIA族金屬如鎵(Ga)的熔融混合物在氮壓小于或等于IOMPa的氣氛中加熱到大約600到900攝氏度。因此，氮?dú)鈴臍庀嗳芙獠⑴cIIIA族金屬在熔融混合物中反應(yīng)形成IIIA族氮化物晶體。相對于其它液相方法而言，助熔劑法允許晶體生長于較低的溫度和較低的氣壓下。由助熔劑法所形成的晶體具有優(yōu)越地低于IO6CnT2的低位錯密度。有報(bào)告稱在以下條件下形成了氮化鎵晶體將用作材料源的疊氮化鈉(NaN3)和金屬Ga放入并密封到氮?dú)鈿夥障碌牟讳P鋼反應(yīng)容器中(關(guān)于容器內(nèi)部尺寸，內(nèi)直徑是7. 5毫米，長度是100毫米)，并將反應(yīng)容器保持在600到800攝氏度持續(xù)24到100小時(shí)(《材料化學(xué)(Chemistry of Material)》第 9 卷(1997) 413-416)。日本公開專利申請No. 2008-94704公開了氮化鎵柱狀晶體的制造方法，為了提供氮化鎵大晶體通過使用氮化鋁(AlN)針狀晶體作為籽晶。日本公開專利申請 No. 2006-045047公開了成為籽晶的氮化鋁針狀晶體的制造方法。日本公開專利申請 No. 2009-126771公開了觀察到黃光發(fā)光效果的籽晶，以及在該籽晶上形成、晶體層觀察不到黃光發(fā)光效果的氮化鎵晶體。但是，在由氮化鋁作為籽晶形成氮化鎵晶體的場合，氮化鋁和氮化鎵之間晶格常數(shù)的不同可能導(dǎo)致因晶格不匹配而引起的位錯。由于氮化鋁和氮化鎵之間的熱膨脹系數(shù)也不同，在從晶體生長溫度到室溫的冷卻過程中，熱應(yīng)力也會引起新的位錯乃至開裂。因此，為了生長具有低位錯密度的高質(zhì)量氮化鎵晶體，更優(yōu)選的是用和目標(biāo)晶體具有相同晶格常數(shù)或相同熱膨脹系數(shù)的氮化鎵晶體作為籽晶。但是，用日本公開專利申請 No. 2006-045047中公開的方法生長針狀氮化鎵晶體是困難的。因此，用任何傳統(tǒng)方法獲得聞質(zhì)量塊狀晶體是困難的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目標(biāo)至少部分解決了傳統(tǒng)技術(shù)中的問題。一種IIIA族氮化物晶體的制造方法，包括了形成IIIA族氮化物晶體的晶體生長過程，通過由具有六方晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵晶體的籽晶生長具有六方晶結(jié)構(gòu)的IIIA族氮化物晶體，其中籽晶的c軸方向的長度“L”是9. 7毫米或更長，長度“L”與c面上晶體直徑“d” 的17(1比大于0.813。晶體生長過程包括了在IIIA族氮化物晶體的側(cè)面形成包含{10-10} 面的外圍(outer periphery)和包含{10-11}面 的外圍，并在IIIA族氮化物晶體的底面形成包含{0001}面的外圍的過程。一種IIIA族氮化物晶體的制造方法，包括了形成IIIA族氮化物晶體的晶體生長過程，通過由具有六方晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵晶體的籽晶生長具有六方晶結(jié)構(gòu)的IIIA族氮化物晶體，其中籽晶的c軸方向的長度“L”是9. 7毫米或更長，長度“L”與c面上晶體直徑“d” 的L/d比大于O. 813。晶體生長過程包括了在IIIA族氮化物晶體的頂面和底面形成包含 {0001}面的外圍，并在IIIA族氮化物晶體的側(cè)面形成包含{10-10}面的外圍和{10-11}面的外圍。附圖說明圖1是說明了在一個實(shí)施方式中形成籽晶的晶體制造裝置的截面示意圖2A是說明了根據(jù)實(shí)施方式的氮化鎵晶體結(jié)構(gòu)的例子的截面圖2B是說明了根據(jù)實(shí)施方式的氮化鎵晶體結(jié)構(gòu)的另一個例子的截面圖3是說明了根據(jù)實(shí)施方式的氮化鎵晶體c面橫截面的例子的截面圖4是說明了根據(jù)實(shí)施方式的氮化鎵晶體c面橫截面的另一個例子的截面圖5是由電子束或UV激發(fā)的在第一區(qū)域和第二區(qū)域的示例的發(fā)光光譜；圖6是說明了根據(jù)實(shí)施方式的氮化鎵晶體c面橫截面的另一個例子的截面圖7是說明了生長籽晶的晶體制造裝置的截面示意圖8是說明了籽晶安裝的例子的示意圖9是說明了籽晶安裝的另一個例子的示意圖1OA是說明了 IIIA族氮化物晶體生長過程和晶體形狀的截面示意圖圖1OB是說明了 IIIA族氮化物晶體生長過程和晶體形狀的截面示意圖圖1lA是說明了 IIIA族氮化物晶體生長過程和晶體形狀的截面示意圖圖1lB是說明了 IIIA族氮化物晶體生長過程和晶體形狀的截面示意圖 圖12是說明了 IIIA族氮化物晶體的例子的透視圖圖13是說明了 IIIA族氮化物晶體的例子的透視圖圖14是說明了 IIIA族氮化物晶體的例子的透視圖圖15是說明了平行于IIIA族氮化物晶體c軸和a軸的橫截面中的位錯的截面示意圖16是說明了切割I(lǐng)IIA族氮化物晶體方向的示意圖17是說明了切割I(lǐng)IIA族氮化物晶體方向的示意圖18A是說明了晶體襯底的例子的示意圖圖18B是說明了晶體襯底的例子的示意圖圖18C是說明了晶體襯底的例子的示意圖 圖19A是說明了晶體襯底的例子的示意圖圖19B是說明了晶體襯底的例子的示意圖圖19C是說明了晶體襯底的例子的示意圖圖20A是說明了由籽晶生長IIIA族氮化物晶體的過程的示意圖圖20B是說明了由籽晶生長IIIA族氮化物晶體的過程的示意圖圖21A是說明了由籽晶生長IIIA族氮化物晶體的過程的示意圖圖21B是說明了由籽晶生長IIIA族氮化物晶體的過程的示意圖圖22說明了桿晶形狀和L/d間各種關(guān)系的不意圖23是對應(yīng)于360納米到370納米光譜強(qiáng)度的光致發(fā)光的映像圖；以及圖24是對應(yīng)于500納米到800納米光譜強(qiáng)度的光致發(fā)光的映像圖。具體實(shí)施方式現(xiàn)在參考附圖來說明根據(jù)一個實(shí)施方式的IIIA族氮化本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種IIIA族氮化物晶體的制造方法，包括：形成IIIA族氮化物晶體的晶體生長過程，通過由具有六方晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵晶體的籽晶生長具有六方晶結(jié)構(gòu)的IIIA族氮化物晶體，其中籽晶的c軸方向的長度“L”是9.7毫米或更長，長度“L”與c面上晶體直徑“d”的L/d比大于0.813，其中，晶體生長過程包括了在IIIA族氮化物晶體的側(cè)面形成包含{10?10}面的外圍和包含{10?11}面的外圍，并在IIIA族氮化物晶體的底面形成包含{0001}面的外圍的過程。
【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：林昌弘，皿山正二，佐藤隆，南部洋志，木村千春，三好直哉，
申請(專利權(quán))人：株式會社理光，
類型：發(fā)明
國別省市：
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