[发明专利]用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法

说明书

本发明提供了用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法，其被设计成生长具有高度再现性的半导体单晶。用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法包括向坩埚中添加籽晶基底、Ga和Na，以及生长第III族氮化物半导体单晶。在第III族氮化物半导体单晶的生长中，使用测量装置探测Ga与Na的反应。在坩埚的温度调整在80℃至200℃的第一温度范围内的情况下，Ga与Na反应。在测量装置探测到Ga与Na反应之后，将坩埚的温度升高至第III族氮化物半导体单晶的生长温度。

技术领域

本说明书的技术方案涉及用于通过助熔剂法生产第III族氮化物半导体单晶的方法。

背景技术

通过气相生长法，例如金属-有机化学气相沉积(MOCVD)和氢化物气相外延(HVPE)；分子束外延(MBE)；和液相外延生产半导体晶体。一种液相外延技术是使用Na助熔剂的助熔剂法。

在助熔剂法的一般工序中，在蓝宝石基底等基底上形成氮化镓(GaN)层，由此形成籽晶基底，并且半导体单晶是在熔体中生长在籽晶基底上。将籽晶基底、半导体单晶的原料和助熔剂放置于坩埚中，并且然后，生长半导体单晶同时控制反应室温度和压力。已经公开了通过搅拌熔体将氮气从气-液相界面转移至熔体的技术(参考例如日本专利申请特许公开(特开)第2010-168236号的第[0003]段、表1等)。

当半导体单晶通过助熔剂法生长时，半导体单晶有时并不根据生长条件生长。甚至当半导体单晶可以生长时，也难以在籽晶基底的整个表面上获得均匀的半导体单晶。半导体单晶的再现性有时不稳定。也就是说，决不会容易地稳定生长半导体单晶。

发明内容

本发明技术方案已经完成了对常规技术中所涉及的上述问题的解决。因此，本发明技术方案的一个目的是提供用于以高再现性生产第III族氮化物半导体单晶的方法。

因此，在本发明技术方案的第一方面中，提供了用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法，所述方法包括向坩埚中添加籽晶基底、Ga和Na，以及生长第III族氮化物半导体单晶。在第III族氮化物半导体单晶在预定生长温度下的生长中，在坩埚温度调整至低于500℃的第一温度范围内的情况下，Ga与Na反应。在Ga与Na的反应之后，将坩埚的温度升高至第III族氮化物半导体单晶的生长温度。

本发明技术方案的第二方面涉及用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法的一个具体实施方案，其中Ga与Na的反应为Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态。

第一温度范围优选为80℃至400℃，并且进一步优选80℃至200℃。本发明的发明人发现在半导体生长之前实现Ga与Na在熔体中的反应，即Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态极大有助于在生长期间核的产生或回熔。在常规技术中，没有获得高质量晶体是因为在生长之前Ga-Na合金的细颗粒的生成量少。当所述温度维持在低于500℃的范围内或者升温速率在所述温度范围内降低时，促进了Ga与Na的合金化。之后，通过将所述温度升高至生长温度并且生长半导体来实现高质量晶体生长。大量的Ga-Na合金的细颗粒甚至在80℃至400℃的温度范围内产生。然而，当然大量细颗粒可以在80℃至200℃的温度范围内产生，使得可以生长出最高质量的半导体晶体。

本发明的第三方面涉及用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法的一个具体实施方案，其中通过用于探测在本发明技术方案的第一和第二方面中的Ga与Na的反应的测量装置探测Ga与Na的反应。

在用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法中，Ga与Na充分反应。Ga-Na合金均匀地分散在熔体中。第III族氮化物半导体单晶均匀地形成在整个籽晶基底的表面上。半导体单晶还具有高的产率。当Ga与Na的反应不充分时，在第一温度范围内继续热处理直到确定充分的反应。为了促进Ga与Na的反应，可以进行如下操作：延长热处理的时间、搅拌、改变压力以及控制炉内气氛。