[发明专利]制造第Ⅲ族元素氮化物半导体的设备及制造该半导体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过采用碱金属的熔剂方法来制造第III族氮化物半导体晶体的方法，并且涉及用于制造该半导体晶体的设备。

背景技术

Na熔剂方法是用于生长第III族氮化物半导体晶体的典型公知方法。在该方法中，将Na(钠)和Ga(镓)熔化并且保持在约800℃，并且使得镓与氮在约10个大气压的压力下进行反应，由此在晶种上生长GaN(氮化镓)。

日本专利申请公开(特开)No.2004-292286公开了一种通过Na熔剂方法制造第III族氮化物半导体晶体的设备，该设备具有分别用于氮、Ga、Na和掺杂剂的单独提供的供给管。该制造设备实现以期望的速率供给氮、Ga、Na和掺杂剂，由此实施晶体生长同时保持组分的组成比例。结果，可制造具有高的组成均匀性的第III族氮化物半导体。

然而，由于在该专利文献中公开的设备具有专用于供给掺杂剂的管，所以该设备具有大量数目的供给管，这导致死区的增加。因此，促进了Na的蒸发，使得Na蒸气在管中被液化或固化，由此堵塞该管并阻碍材料输送。

发明内容

鉴于前述内容，本发明的一个目的是提供制造高品质的掺杂的第III族氮化物半导体晶体并抑制Na蒸发的方法。本发明的另一个目的是提供制造这种半导体晶体的设备。

因此，在本发明第一方面中，提供一种制造第III族氮化物半导体的设备，包括：反应容器、加热装置和置于反应容器中的坩埚，提供该设备用于通过在反应容器中使得保持在坩埚中的包含至少第III族金属和碱金属的熔融混合物与包含至少氮的气体反应来生长第III族氮化物半导体晶体，其中该设备具有第一供给管，用于将气态掺杂剂和包含至少氮的气体的混合物供给至反应容器。

在本发明的第二个方面中，提供一种制造第III族氮化物半导体的设备，包括：反应容器、加热装置和置于反应容器中的坩埚，提供该设备用于通过在反应容器中使得保持在坩埚中的包含至少第III族金属和碱金属的熔融混合物与包含至少氮的气体反应来生长第III族氮化物半导体晶体，其中该设备具有第一供给管和第二供给管，第一供给管用于将包含至少氮的气体供给至反应容器，第二供给管用于将其中已经熔融有可溶于第III族金属的掺杂剂的熔融第III族金属供给至反应容器。

在本发明的第三个方面中，提供一种制造第III族氮化物半导体的设备，包括：反应容器、加热装置和置于反应容器中的坩埚，提供该设备用于通过在反应容器中使得保持在坩埚中的包含至少第III族金属和碱金属的熔融混合物与包含至少氮的气体反应来生长第III族氮化物半导体晶体，其中该设备具有第一供给管和第三供给管，第一供给管用于将包含至少氮的气体供给至反应容器，第三供给管用于将其中已经熔融有可溶于碱金属的掺杂剂的熔融碱金属供给至反应容器。

虽然在本发明中通常采用Na作为碱金属，但是也可以采用K(钾)。或者，第2族金属如Mg(镁)或Ca(钙)或Li(锂)可与碱金属混合。术语“包含氮的气体”指的是包含分子氮或氮化合物的单组分气体或者气体混合物，并且该气体或气体混合物可还包含惰性气体如稀有气体。

在本发明中采用的掺杂剂包括以下掺杂剂元素和包含这样的掺杂剂元素的化合物。具体地，n-型掺杂剂元素是C(碳)、Si(硅)、Ge(锗)、Sn(锡)或Pb(铅)(第14族元素)或O(氧)、S(硫)、Se(硒)或Te(碲)(第16族金属)。p-型掺杂剂元素是Be(铍)、Mg(镁)、Ca(钙)、Sr(锶)或Ba(钡)(第2族元素)或Zn(锌)或Cd(镉)(第12族元素)。

气态掺杂剂是例如包含Si或O作为组分元素的气体。气态掺杂剂的例子包括SiH₄(硅烷)、H₂O(水)和O₂(氧)。可以将可溶于第III族金属或碱金属的掺杂剂熔融于第III族金属或碱金属。

根据第一方面所述的制造第III族氮化物半导体的设备可还具有用于供给熔融第III族金属的第二供给管或用于供给熔融碱金属的第三供给管。根据第二方面所述的制造第III族氮化物半导体的设备可还具有用于供给熔融碱金属的第三供给管。根据第三方面所述的制造第III族氮化物半导体的设备可还具有用于供给熔融第III族金属的第二供给管。

本发明的第四方面涉及根据第一方面所述的制造第III族氮化物半导体的设备的一个具体实施方案，其中气态掺杂剂由包含Si或O作为组分元素的气体形成。