[发明专利]AlxGa1-xN晶体的生长方法和AlxGa1-xN晶体衬底

说明书

技术领域

本发明涉及Al_xGa_1-xN(0＜x≤1，下文相同)晶体的生长方法和有利 地用于发光器件、电子器件、半导体传感器和其它半导体器件的 Al_xGa_1-xN晶体衬底。

背景技术

发现将第III族氮化物晶体如GaN晶体和AlN晶体用作形成半导 体器件(包括发光器件、电子器件和半导体传感器)的材料是非常有用 的。提高半导体器件的特性要求第III族氮化物是大块的(bulk)，且位 错密度降低。

其中，AlN晶体通常通过升华法生长，存在通过不使用下衬底 (undersubstrate)的自然结晶成核生长，以及使用异质衬底的生长，其中 晶体在用作下衬底的SiC衬底或其它异质衬底(其化学组成与所生长的 晶体的组成不同的衬底，下文相同)上生长(参考，例如专利文献1～3)。

然而，在通过自然结晶成核的生长中，不使用下衬底会导致不能 控制晶体生长取向且不能进行稳定的晶体生长，这会降低再现性，尽 管可获得低位错密度和良好结晶度的晶体。而且，因为晶体生长通常 在高温(其中，例如2300℃以上)下进行，因此在晶体生长环境中热量分 布很宽，并使得生长的AlN晶体易于破裂，这阻止了大块AlN晶体的 形成。

另一方面，在使用异质衬底的生长中，使用大口径的异质衬底(如 SiC衬底)获得具有与异质衬底相同口径的大块AlN晶体，并有助于控 制晶体生长取向，能使晶体生长稳定进行。然而，由于在异质衬底和 AlN晶体之间晶格失配，因此位错密度很大，这有损结晶度并在晶体 中引起应力诱发的应变。

因此，用常规的升华技术已经很难生长低位错密度的大块AlN晶 体。

同时，在GaN晶体生长中，据报道，通过HVPE或别的气相技术 可获得低位错密度的大块GaN晶体，操作步骤包括：在下衬底(如蓝宝 石或SiC衬底)上提供具有窗口的掩模层，然后调节晶体生长条件以在 晶体生长表面中形成具有多个小面的凹坑，并利用留存在表面中的凹 坑进行晶体生长(参考，例如专利文献4)。

专利文献1：美国专利第5858086号；

专利文献2：美国专利第6296956号；

专利文献3：美国专利第6001748号；

专利文献4：日本未审专利申请公开2001-102307。

发明内容

本发明要解决的问题

然而，就含Al作为组成元素的Al_xGa_1-xN晶体(0＜x≤1)来说，该 晶体与GaN晶体不同，如果用在下衬底上形成的窗口穿孔 (window-perforated)的掩模层进行气相晶体生长，则在掩模层上也会生 成Al_xGa_1-xN多晶，这会阻止多小面的凹坑的形成，从而不能获得低位 错密度的大块晶体。

本发明的一个目的是提供Al_xGa_1-xN晶体生长方法和Al_xGa_1-xN晶 体衬底，由此可获得低位错密度的大块晶体。

解决问题的方法

本发明的一个方面是通过气相技术生长Al_xGa_1-xN晶体(0＜x≤1) 的方法，所述Al_xGa_1-xN晶体生长方法的特征在于，在晶体生长中，在 Al_xGa_1-xN晶体的主生长面上形成至少一个具有多个小面的凹坑，且在 至少一个凹坑存在下生长所述Al_xGa_1-xN晶体，以减少Al_xGa_1-xN晶体 中的位错。