[发明专利]N型Ⅲ族氮化物基化合物半导体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造n型III族氮化物基化合物半导体的方法，包括通过使用熔剂的熔剂工艺来实施晶体生长；还涉及由该方法制造的n型III族氮化物基化合物半导体。 

背景技术

根据常规的钠(Na)熔剂工艺，其中将氮气引入通过利用Na作为熔剂来熔化金属镓而制备的镓熔体中，以由此生长氮化镓晶体，在约5MPa的压力和600℃至800℃的相对低的温度下可以生长未掺杂杂质的GaN单晶。 

例如，下列专利文件：日本专利申请早期公开(kokai)第H11-060394、2001-058900、2001-064097、2004-292286、2004-300024以及2007-277055号；日本专利第4030125和4001170号；以及WO2004/067814和WO2007/83768公开了在制造III族氮化物基化合物半导体晶体的常规方法中，通过熔剂工艺生长晶体。这种常规的制造方法通常使用模板衬底、GaN单晶自支撑衬底或类似衬底作为籽晶，该模板衬底包括蓝宝石衬底、在其上气相的生长缓冲层和在该缓冲层上气相生长的III族氮化物基化合物半导体。 

日本专利申请早期公开(kokai)第2004-300024号公开了一种通过熔剂工艺生长GaN的方法，其中通过提供诸如SiH₄或GeH₄的气体来实施杂质掺杂。日本专利申请早期公开(kokai)第2007-277055号、日本专利第4030125和4001170号以及WO2004/067814和WO2007/83768提出锗可以在熔剂工艺中用作施主。日本专利申请早期公开(kokai)第2007-277055号和日本专利第4001170号还提出，碳可以在熔剂工艺中用作施主。然而，日本专利申请早期公开(kokai)第2007-277055号和日本专利第4001170号都未提出利用碳作为催化剂而不是作为施主，用于将锗有效地引入生长的半导体晶体。上述专利文件都未提出可利用锗密度来控制生长的半导体晶体的电阻率。 

在常规的Na熔剂工艺中，当杂质元素溶于熔剂中时，所遇到的困难是难以制造具有足够高电子浓度并显示出高结晶度的施主掺杂的n型半导体晶体。例如，当通过利用溶解的硅(Si)和镓(Ga)作为施主，实施熔剂工艺来制造具有约10¹⁷/cm³至约10²⁰/cm³的电子浓度的n型GaN时，未能实现氮化镓的晶体生长。类似地，在添加锗(Ge)的情况下，也不能通过利用包含溶解的Ge和Ga的熔体的熔剂工艺来生长n型GaN。 

发明内容

本发明人已经广泛研究了通过熔剂工艺生长n型III族氮化物基化合物半导体的方法，并因此新近发现了使用锗与碳一起溶解于其中的熔体实现了n型III族氮化物基化合物半导体的生长，其中利用作为施主的锗取代III族元素。在这种情况下，可以想象，碳没有以可被检测到的量引入该生长的半导体晶体，并且因此，碳催化了锗对III族元素的取代。 

基于该发现而完成了本发明。本发明的一个目的是通过熔剂工艺实现具有高电子浓度的n型半导体晶体的制造。 

为了实现上述目的，本发明提供了一种通过熔剂工艺制造n型III族氮化物基化合物半导体的方法，该方法包括：通过利用熔剂来熔化至少III族元素而制备熔体；对该熔体供给含氮气体；以及由该熔体在籽晶上生长n型III族氮化物基化合物半导体晶体，其中碳和锗溶解在该熔体中，锗作为施主引入该半导体晶体。 

二次离子质谱法(SIMS)已经表明通过本发明的方法生长的晶体不包含碳原子。这表明碳原子促进了锗对III族元素的取代。也已表明，当通过利用其中未溶解有碳的原料熔体来制造III族氮化物基化合物半导体时，锗未能有效地作为施主引入生长的半导体晶体，而当大量的锗添加入熔体时，晶体生长受到抑制，因此不能制造具有高电子浓度的高品质的半导体晶体。