[发明专利]氮化物单晶的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物单晶的制造方法。

背景技术

氮化镓系III-V氮化物作为优异的蓝色发光元件备受瞩目，作为发光二极管或半导体 激光二极管用材料被实用化。在日本专利特开2002-293696号公报、日本专利特开 2003-292400号公报、WO2005-095682A1、WO2006-030718A1记载的方法中，用助熔剂 法培养III族氮化物单晶。也就是在均匀加热了的助熔剂中配置晶种基板，培养单晶。

在日本专利特开2004-231447也公开了在气液界面和单晶培养部之间设置相当大的 温度差来培养氮化物单晶。该文献实施例中的熔液内的温度差在150℃以上。

又，在日本专利特开2005-154254中，熔液内部的温度差在10℃以上、300℃以下， 优选在100℃以上、200℃以下。

公开了以下的方法，结合对装置进行摇动以及在坩埚内设置搅拌叶片等的手法，使得 产生从与原料气体相接的气液界面向原料液内部的流动，进行培养氮化物半导体(日本专 利特开2005-263622)。

公开了以下的方法，在不锈钢容器的下部设置辅助加热器，使得原料形成热对流且均 匀化，进行培养氮化物(International Workshop on Nitride Semiconductors 2006 [IWN2006]TuP1-17)。

发明内容

一般，在气液界面，氮浓度高容易产生杂晶。这样，频繁发生在横置的晶种上堆积杂 晶，而阻碍单晶的成长。该杂晶强力附着在目的结晶上，难以除去。

纵向设置晶种基板，可以防止气液界面产生的杂晶堆积在晶种的成长面上。可是，在 气液界面附近的成长面上优先发生结晶成长，而在晶种中的熔液底部附近几乎不发生结晶 成长。因此，只能得到面内厚度分布大的单晶。

在日本专利特开2005-263622记载的方法中，需要大型装置，还需要坩埚内部形状的 复杂加工。

International Workshop on Nitride Semiconductors 2006[IWN2006]TuP1-17记载的方法 中，通过在下部设置辅助加热器，在垂直方向发生温度梯度。此时熔液上部为低温，下部 为高温。这时，熔液由于熔液上部和下部之间的热对流而被搅拌。可是，由于不能控制热 对流的流向，所以有时品质或厚度产生偏差。

本发明的课题是，通过助熔剂法培养氮化物单晶时，抑制杂晶附着到单晶上，并且使 单晶的膜厚均匀化。

本发明是这样一种制造氮化物单晶的方法：在培养容器内、在含有助熔剂以及单晶原 料的熔液中、在晶种上制造氮化物单晶，其特征在于，在培养容器内的熔液中，在水平方 向设置温度梯度。

本发明人对加热培养容器内的熔液底部时熔液的流动进行各种研究。从培养容器的底 部进行加热时，从熔液的底部向上部产生热对流，搅拌熔液。可是，热对流从熔液底部向 上无秩序地上升，所以该流动为乱流。因此，熔液与晶种基板的接触杂乱，单晶膜难以规 则地成长为层状。结果得到的单晶膜容易膜厚不均匀或产生缺陷。

本发明根据上述的认识，如图1模型化地所示，想到将熔液2的一个侧壁部3设定为 高温部，另一个侧壁部4设定为低温部。如此，如箭头A所示，在气液界面附近的水平 方向产生热对流。此时，从气液界面溶解氮，因此熔液的氮浓度上升。该对流在低温部4 侧如箭头B所示地下降，在底部如箭头C所示地流动，在高温部如箭头D所示地上升。 此时，与上下设置温度梯度相比，流动方向固定，容易整流。并且，可以使氮在气液界面 附近溶解在熔液，然后使该熔液整流地供应给整个培养容器。结果发现，晶种基板的培养 面的熔液的流动也为整流，容易使氮化物单晶的膜厚均匀化，从而完成本发明。

附图说明

图1是表示培养容器1内的熔液的流动的模型图；

图2是表示纵向放置晶种时的溶质对流的模型图；

图3是在培养容器1内在晶种基板5上培养单晶7的状态的模型图；

图4是说明晶种基板上的溶质扩散与厚度不均匀之间的关系的模型图；

图5是说明本发明中的单晶的膜厚均匀化的原理的模型图；

图6是在本发明中可使用的培养装置的模型图；

图7是GaN单晶表面的微分干涉显微镜的照片。