[发明专利]导电的IIIA族氮化物晶体的制造方法,导电的IIIA族氮化物衬底的制造方法及导电的IIIA族氮化物衬底

说明书

技术领域

本发明涉及导电的IIIA族氮化物晶体的制造方法，导电的IIIA族氮化物衬底的制造方法以及导电的IIIA族氮化物衬底，并且特别涉及用于实现高输出激光二极管和高亮度发光二极管或高频电子器件的导电的IIIA族氮化物晶体的制造方法，导电的IIIA族氮化物衬底的制造方法以及导电的IIIA族氮化物衬底。

背景技术

作为直接跃迁型的IIIA族氮化物半导体材料具有大的禁带宽度，因此适合应用于短波发光元件。近年来，IIIA族氮化物半导体材料被用于蓝紫激光二极管和绿、蓝或白光发光二极管等。

在制造IIIA族氮化物半导体器件时，没有适合的具有小晶格失配的衬底材料，因此常规使用蓝宝石衬底。然而，由于不是小的晶格失配，约10⁸到10¹⁰每1cm²的位错缺陷被引入安装在蓝宝石衬底上的IIIA族氮化物半导体器件。另外，蓝宝石衬底存在导电率和导热率极差的问题，使得在蓝宝石衬底上的IIIA族氮化物器件的性能恶化。

近年来，具有约10⁵到10⁶每1cm²的位错密度的单晶氮化镓衬底已经实现，并且在市场上配销。通过在导电率和导热率没有问题的单晶氮化镓衬底上进行均相外延生长，能够轻易地获得表现出高性能的器件。

目前配销的单晶氮化镓衬底大多数用卤化物气相外延：HVPE法制造。作为通过上述方法获得具有导电性的单晶氮化镓衬底的措施，已知供应SiH_xCl_4-x(x＝1到3)作为掺杂气体的方法(专利文献1)和供应O₂、H₂O、H₂S、SiCl₄、GeCl₄、Se₂Cl₂、Te₂Cl₂等作为掺杂气体的方法(专利文献2)。

为了获得一片目前配销的氮化镓单晶衬底，消耗一片异质衬底(例如砷化镓和蓝宝石)。于是，为了保护异质衬底本身、减少氮化镓单晶的缺陷以及从 异质衬底中分离出氮化镓单晶，该异质衬底的表面具有在制造中需要费工的多种结构(专利文献3)。由于这个原因，氮化镓单晶衬底极贵。因此，目前氮化镓单晶衬底不用于高输出激光二极管的制造并且通常不使用，这也阻碍了氮化镓单晶衬底降低成本。

因此，开发了削减用于制备基础材料的成本并实现氮化镓单晶衬底较低的成本的技术，利用氮化镓单晶衬底作为晶种，然后在晶种上生长具有导电率的氮化镓单晶以获得晶锭，将所得的晶锭切片，从而制造氮化镓单晶衬底(专利文献4)。

在这种情况下，通过用内缘刀片切片机(inner peripheral blade slicer)将厚的氮化镓晶锭切片来获得氮化镓衬底。这里为了防止加工期间破损，氮化镓衬底需要至少100μm的厚度。同时，每一切片部分需要几mm的切片余量(slicing margin)(专利文献4)。此外，破损层被引入了通过切片获得的衬底，因此需要抛光和除去该破损层。抛光余量为每一面几百μm。因此，作为切屑被简单丢弃的切片余量和抛光余量比作为衬底被利用的部分大几倍到十倍。因此，作为切片源的晶锭需要具有至少cm级的长度。

因此，HVPE法氮化镓单晶的生长速率是有问题的。然而，通常该生长速率仅约100μm/小时(专利文献1、专利文献5和非专利文献1)。

(专利文献1)

日本专利延迟公开第2000-91234号

(专利文献2)

日本专利延迟公开第2006-193348号

(专利文献3)

专利公开第3985839号

(专利文献4)

日本专利延迟公开第2006-273716号

(专利文献5)

日本专利延迟公开第2003-17420号

(非专利文献)

(非专利文献1)Kenji Fujito，Shuichi Kubo，Hirobumi Nagaoka，Tae Mochizuki，Hideo Namita，Satoru Nagao，晶体生长杂志(Joumal of CrystalGrowth)311(2009)3011

如上所述，当HVPE法氮化镓单晶的生长速率为约100μm/小时时，作为切屑被丢弃的量生长需要几小时。因此，在采用HVPE法的常规方法中，难以低成本地提供具有足够导电率的氮化镓衬底。

发明内容