[发明专利]生长Ⅲ族氮化物晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过溶液生长而生长III族氮化物晶体的方法。

背景技术

III族氮化物晶体用作各种半导体装置的晶片和类似衬底。为了更有效率地制造各种半导体装置，近来需要大型III族氮化物晶体。

生长III族氮化物晶体的方法包括气相技术如氢化物气相外延(HVPE)和有机金属化学汽相淀积(MOCVD)，及液相技术如溶液生长和助熔剂生长。本文中，与气相技术相比，从环境保护方面来看，液相技术较好，因为在晶体生长中不使用有毒气体。

以这类液相技术生长III族氮化物晶体的方法的实例为通过高压溶液生长而生长GaN晶体的方法，所述内容是由M.Bockowski，“Growth and Doping of GaN and AlN Single Crystals under HighNitrogen Pressure(在高氮压力下GaN和AlN单晶的生长和掺杂)”，Crystal Research & Technology(晶体研究与技术)，Vol.36，Issue 8-10，2001，pp.771-787(非专利文献1)公开的。另一个实例为通过Na助熔剂技术生长GaN晶体的方法，所述内容是由H.Yamane等人，“Preparation of GaN Single Crystals Using a Na Flux(利用Na助熔剂制备GaN单晶)”，Chemistry of Materials(材料科学)，Vol.9，No.2，1997，pp.413-416(非专利文献2)公开的。同样地，特开2003-206198号公报(专利文献1)公开了基于Na助熔剂的GaN晶体生长方法，在所述生长方法中使用板状III族氮化物籽晶。

然而，就非专利文献1中公开的生长方法而言，晶体生长条件为1500℃和1GPa，高温、高压，因此所述生长方法使得制造晶体的成本更高，且因为所述方法不使用籽晶，所以抑制了生长大型晶体。同时，就非专利文献2中公开的生长方法而言，尽管晶体生长条件为800℃和10MPa，相对易于实现，但是因为所述方法不使用籽晶，所以其也抑制了生长大型晶体。而且就专利文献1中公开的生长方法而言，使用的板状籽晶口径不能增大，因而得不到大型晶体。

专利文献1：特开2003-206198号公报

非专利文献1：M.Bockowski，“Growth and Doping of GaN and AlNSingle Crystals under High Nitrogen Pressure”，Crystal Research &Technology，Vol.36，Issue 8-10，2001，pp.771-787.

非专利文献2：H.Yamane，et al.，″Preparation of GaN SingleCrystals Using a Na Flux，″Chemistry of Materials，Vol.9，No.2，1997，pp.413-416.

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在通过液相技术如溶液生长或助熔剂生长而在大直径、板状III族氮化物晶体衬底上生长III族氮化物晶体的过程中，均相外延生长化学组成与衬底相同的III族氮化物晶体，在衬底中和在所述衬底上生长的III族氮化物晶体中会产生裂纹，这抑制了大型III族氮化物晶体衬底的获得。

本发明的目的是提供一种生长III族氮化物晶体的方法，所述方法在液相技术下能够生长大型晶体。

作为对在这类III族氮化物晶体衬底和III族氮化物晶体中裂纹的原因进行详细研究的结果，发现了在衬底和III族氮化物晶体中的裂纹与衬底厚度之间的相关性。继续进一步研究发现，在通过液相技术在III族氮化物晶体衬底上均相外延生长III族氮化物晶体的过程中，使III族氮化物晶体衬底的厚度为0.5mm以上，优选0.67mm以上，更优选0.84mm以上，甚至更优选1.0mm以上，使III族氮化物晶体衬底和在所述衬底上生长的III族氮化物晶体中的裂纹减到最少，从而能够生长大型III族氮化物晶体。

解决问题的手段

本发明提供了通过液相技术生长III族氮化物晶体的方法，所述生长III族氮化物晶体的方法包括：准备III族氮化物晶体衬底的步骤，所述衬底具有与III族氮化物晶体相同的化学组成，并具有0.5mm以上的厚度；以及将溶液与所述III族氮化物晶体衬底的主面接触以在所述主面上生长III族氮化物晶体的步骤，所述溶液通过使含氮气体溶于包含III族金属的溶剂中而得到。