[发明专利]AlN晶体、用于生长AlN晶体的方法以及AlN晶体衬底

说明书

技术领域

本发明涉及具有满意结晶度、能够应用到各种类型半导体器件的大直径跨距AlN晶体，涉及生长AlN晶体的方法和AlN晶体衬底。

背景技术

由于其显著的半导体性质，作为用来制造包括发光器件、电子器件和半导体传感器的各种半导体器件的材料，AlN晶体是非常有用的。为此，生长具有良好结晶度的大直径跨距AlN晶体变得至关重要。

如何生长这种AlN晶体的已经提议的实例包括各种气相生长方法，如升华、氢化物气相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)和金属有机物气相沉积(MOCVD)。从可以生长满意的结晶度和在X-射线衍射中小的半最大处全宽度以及生长速率高的角度而言，在这些方法中，特别优选使用升华。这里，“升华”意指通过升华并且之后再固化成晶体源材料来生长晶体的技术。

在升华中，由化合物半导体如GaN和SiC组成的化合物半导体衬底用作籽晶衬底。具体地，考虑到AlN和SiC籽晶呈现出与生长的AlN晶体匹配的相近的晶格，并且它们具有突出的耐热性，已经研究了在由AlN或SiC组成的籽晶衬底上的AlN晶体生长。(例如，参看非专利文献文献1和2)。

在上述的AlN晶体升华生长中，制造具有良好结晶度的大直径跨度AlN晶体已经成为主要的挑战，因为在AlN和SiC籽晶衬底和其它化合物半导体衬底上存在不生长AlN晶体的区域(在下文中称为“晶体非生长区”)。此外，尤其是在使用SiC籽晶衬底顶部的情形中，SiC籽晶升华的温度是2300℃，这种情况限制升高AlN晶体生长的温度，这已经导致AlN晶体生长率下降。

非专利参考文献1：V.Noveski，“Growth of AlN crystals on AlN/SiCseeds by AlN power sublimation in nitrogen atmosphere，”MRS Internet J.Nitride Semicond.Res.9，2(2004)

非专利文献2：Lianghong Liu，“Growth Mode and Defects inAluminum Nitride Sublimed on(0001)6H-SiC Substrates，”MRS InternetJ.Nitride Semicond.Res.6，7(2001)

发明内容

本发明要解决的问题

本发明致力于解决这些问题，并且本发明的目的是获得具有良好结晶度的、可应用到不同类型半导体器件的大直径跨距的AlN晶体、生长AlN晶体的方法、以及AlN晶体衬底。

解决问题的方式

本发明的一个方面是一种将AlN晶体生长到籽晶衬底的方法，其中籽晶衬底放置在提供在反应腔中的晶体生长器皿中的晶体生长室中，该方法的特征在于在晶体生长期间将含碳的气体提供到晶体生长室中。

在涉及本发明的AlN晶体生长方法中，可以利用SiC籽晶衬底或AlN籽晶衬底作为籽晶衬底。此外，反应腔中晶体生长期间含碳气体分压与总压力的比可以是2×10^-5至0.9含端值。而且，含碳气体可以由碳和AlN源之间的反应生成。而且，作为用来生产含碳气体的碳供应源，可以利用形成晶体生长器皿的石墨。另外，含碳气体可以包括CO或CO₂气体。应该理解，CO和CO₂气体可以由碳和金属氧化物之间的反应制造。含碳气体也可以从反应腔外部提供。这里，外部提供的含碳气体可以包括CO或CO₂气体。

本发明的另一方面是由任意上述生长方法制造的、具有1×10¹⁵atoms·cm^-3至1×10²⁰atoms·cm^-3含端值的碳原子浓度、并且具有25.4mm或更大直径的AlN晶体。在涉及本发明的AlN晶体中，其直径可以达到48.8或更大。

本发明的再一个方面是通过处理上述AlN衬底获得的AlN晶体衬底。

本发明的有益效果

本发明提供具有良好结晶度的大直径跨距AlN晶体、生长AlN晶体的方法和AlN晶体衬底。

附图说明

图1是在涉及本发明的AlN晶体生长方法中使用的升华炉轮廓图的示意图。

图2是在涉及本发明的AlN晶体生长方法的一个实施例中使用的升华炉中的晶体生长器皿结构的一个实例的截面示意图。