[发明专利]III族氮化物结晶的制造方法、III族氮化物结晶及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及III族氮化物结晶的制造方法、III族氮化物结晶及半导体装置。

背景技术

氮化镓(GaN)等III族氮化物半导体(也称为III族氮化物化合物半导体、或GaN类半导体等)，广泛用作激光二极管(LD)、发光二极管(LED)等各种半导体元件的材料。例如发出蓝光的激光二极管(LD)应用于高密度光盘或显示器，发出蓝光的发光二极管(LED)应用于显示器或照明等。另外，期待紫外线LD应用于生物技术等，期待紫外线LED作为荧光灯的紫外线源。

用于制造III族氮化物(例如GaN)结晶基板的通常的方法，例如有气相外延生长。另一方面，作为可以制造更高品质的III族氮化物单晶的方法，也可实施在液相中的结晶生长法。所述液相生长法(LPE：Liquid Phase Epitaxy)存在需要高温高压的问题，但通过近年来的改良，可以在相对低温低压下进行，而成为也适于批量生产的方法。

另外也报告了如下的方法：在蓝宝石基板上，通过有机金属气相生长法(MOCVD：Metalorganic Chemical Vapor Deposition)，将III族氮化物结晶层成膜后，通过液相生长法使III族氮化物结晶进一步生长。特别是，在专利文献1中，选择在蓝宝石基板上通过MOCVD等形成的III族氮化物半导体层的多个部分作为晶种，使所述晶种与碱金属熔液接触而使III族氮化物结晶生长。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利第4588340号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，如以下所述，通过先前的III族氮化物结晶的制造方法，极难制造大尺寸、且变形、位错、翘曲等缺陷少并且高品质的III族氮化物结晶。

即，首先，在通过气相外延生长等制造III族氮化物结晶时，需要用于外延生长的基板。所述基板通常使用廉价的蓝宝石基板。但是，由于蓝宝石基板与III族氮化物结晶的晶格常数、热膨胀系数等存在相当大差异，因此III族氮化物结晶会产生变形、位错、翘曲等缺陷。所述缺陷的问题是结晶变得越大则越显著。另外，在本发明中，所谓“蓝宝石”，只要无特别说明，是指氧化铝结晶、或以氧化铝为主成分的结晶。

另外，为了消除晶格常数的差异的问题，而考虑替代所述蓝宝石基板，由大尺寸且缺陷少的III族氮化物晶种生长III族氮化物结晶。更具体来说，例如考虑使用III族氮化物基板替代所述蓝宝石基板，并将其作为晶种。但是，由于III族氮化物基板等大的III族氮化物晶种价格非常高，因此会导致成本变高。另外，在现有技术中，毕竟基本无法获得大尺寸、且变形、位错、翘曲等缺陷少且高品质的III族氮化物晶种。因此，所生长的III族氮化物结晶会继承所述晶种的结晶缺陷，而难以根本上解决问题。

此外，作为大尺寸且缺陷少的III族氮化物结晶的制造方法，也考虑使微小晶种在液相中进行长时间生长等的方法。但是，如此也极难获得大尺寸的结晶。

另外，在专利文献1中，如上所述，记载了将III族氮化物半导体层的多个部分作为晶种，而使III族氮化物结晶生长。此种情况下，由所述多个晶种生长的多个III族氮化物结晶会通过生长而结合(缔合)。但是存在以下的担忧：所述多个III族氮化物结晶在它们的边界不会整齐地结合(缔合)而产生结晶缺陷。

因此，本发明的目的是提供可以制造大尺寸、且缺陷少并且高品质的III族氮化物结晶的III族氮化物结晶的制造方法、通过所述制造方法而制造的III族氮化物结晶、及使用所述III族氮化物结晶的半导体装置。

解决课题的手段

为了达成所述目的，本发明的III族氮化物结晶的制造方法包括：

晶种选择步骤，选择预先准备的III族氮化物的多个部分，作为用于III族氮化物结晶的生成及生长的晶种；

接触步骤，使所述晶种的表面与碱金属熔液接触；

结晶生长步骤，在含氮的气氛下，使III族元素与所述氮在所述碱金属熔液中反应，而生成所述III族氮化物结晶并生长；

所述III族氮化物结晶的制造方法的特征在于：

所述晶种为六方晶，

在所述晶种选择步骤中，以由相互邻接的所述晶种生长的各结晶的m面彼此基本不重合的方式，配置所述晶种，

在所述结晶生长步骤中，通过所述III族氮化物结晶的生长，使由所述多个晶种生长的多个所述III族氮化物结晶结合。