[发明专利]氮化物半导体的制造方法、结晶生长速度增加剂、氮化物单晶、晶片及器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种将超临界状态和/或亚临界状态的溶剂与原料物质及矿化剂一起使用，在晶种上进行氮化物半导体的结晶生长的氮化物半导体的制造方法和其结晶生长速度增加剂，另外，本发明还涉及用该方法制造的氮化物单晶、晶片及器件。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的氮化物半导体，可以用于发光二极管及激光二极管等发光器件或HEMT及HBT等高频及高输出功率的电子器件。尤其是在今后存在市场扩大的前景的电子器件用途中，其元件尺寸比发光器件还大，所以，从生产性的观点考虑，强烈希望晶片进一步大口径化，另外，还需要在大口径晶片面内实现结晶品质的高度均匀性。

目前，氮化镓结晶是在蓝宝石或碳化硅等基板上通过MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法等气相外延生长而制造。此时，通常是用具有极性的C面基板来制作。但是，由于生长的结晶的口径根据基板的尺寸来规定，所以，用该方法只能制作和基板相同口径的结晶或晶片。另外，用气相外延法不易将原料气均匀地暴露在大面积上，因此，在技术上不能够生产大口径的结晶。

另一方面，近年来，已提出通过不使用C面而使用M面等非极性面基板飞跃性地改善器件的特性的报告(参照非专利文献1)。另外，还有提出使用M面基板进行结晶生长的技术(参照专利文献1～3)。但是，在现在进行的通过MOCVD法等在上述的蓝宝石或碳化硅等这样的基板上进行结晶生长的异质外延生长法中，难以使高品质且大口径的M面生长。因此，作为得到高品质的M面晶片的方法，需要从氮化镓块状单晶上切出M面晶片的方法。然而，由于目前所得到的块状氮化镓单晶的M面的口径较小，所以，从这种块状氮化镓单晶只能切出小口径的M面晶片。

为了得到具有大口径的C面的氮化镓单晶、及m轴方向上较厚的氮化镓单晶，需要在垂直于c轴的方向上进行结晶生长。关于在垂直于c轴的方向进行结晶生长，迄今为止已进行了一些研究及提案。

例如，有报告称，在碱性矿化剂体系中，与c轴垂直的a轴方向的结晶生长速度比c轴方向的结晶生长速度快(参照专利文献4及5)。但是，该文献中没有公开具体的方法及结果。另外，由于最初是使用碱性矿化剂的氨热法，所以，存在如下问题：混入成为制造器件的障碍的碱金属杂质、需要高温高压、不能使用贵金属作为用于防止杂质混入的压力容器内衬等，在实用性方面障碍较多。此外，由于在六方晶系的纤锌矿型晶体结构中，M面比A面稳定，所以，从A面沿a轴方向生长时生成稳定的M面，且结晶生长面成为山型，不能生长出具有大面积的平坦结晶面。

关于在a轴以外的轴方向上进行结晶生长，有报告称采用得到块状氮化镓单晶的代表方法即氨热法，在与c轴垂直的m轴方向上也生长结晶的例子(参照非专利文献2)。但是，该方法中，只不过是m轴方向的生长速度和c轴方向的生长速度为同一程度，至今还没有报告记载m轴方向的生长速度出现有意义的增大的块状氮化镓单晶的制造方法。

非专利文献1：Japanese Journal of Applied Physics，Vo.44，No.5，2005，pp.L173-L175

非专利文献2：Journal of Crystal Growth 287(2006)376-380

专利文献1：日本特开2005-506271号公报

专利文献2：日本特开2003-43150号公报

专利文献3：日本特开2003-36771号公报

专利文献4：日本特表2006-509709号公报

专利文献5：日本特表2006-509710号公报

发明内容

发明要解决的问题

因此，目前还不存在促进在垂直于c轴的方向上结晶生长的实用且有效的方法。因此，尽管需要得到具有大口径的C面的晶片，但其实用且简单的制造方法尚未被开发出来。

另外，为了得到M面大的晶片，采用如下方法：从通过氨热法等方法沿c轴方向进行结晶生长而得到的块状氮化镓单晶上切出M面晶片，但该方法中，在C+面和C-面上，生长速度不同，因此，存在如下问题：处于所得到的结晶的两端面的C+面生长部和C-面生长部的杂质浓度、结晶缺陷数不同，而不能在M面内得到均匀品质的晶片。