[发明专利]生长GaN晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生长GaN晶体的方法，所述GaN晶体具有低位错密度且优选用作用于各种半导体装置诸如发光装置、电子装置和半导体传感器的衬底。

背景技术

作为用于形成各种半导体装置诸如发光装置、电子装置和半导体传感器的衬底的材料，GaN晶体是非常有用的。这里，为了增强各种半导体装置的特性，需要具有低位错密度和高结晶度的GaN晶体衬底。

这里，与气相生长方法诸如氢化物气相外延(HVPE)法或有机金属化学气相淀积(MOCVD)法相比，使用含Ga熔融体的液相生长方法被认为是有希望的，因为可以生长具有低位错密度的GaN晶体。

例如，对于专利申请号WO99/34037的PCT国际公开的国内再公开(以下，称为专利文献1(PTL 1))公开了一种通过在1000K至2800K(优选地，1600K至2800K)的高温和2000个大气压至45000个大气压(优选地，10000个大气压至45000个大气压)下的气氛中将氮气溶解在Ga熔融体中而生长GaN晶体的方法。

然而，PTL 1的晶体生长方法需要高达2000个大气压(202.6MPa)至45000个大气压(4.56GPa)、优选10000个大气压(1.01GPa)至45000个大气压(4.56GPa)的压力。为了提供这样高的压力，简单地将压缩氮气提供至晶体生长容器中是不够的，需要额外的加压装置。另外，需要能够经得起这样高压的耐压容器。因此，需要大规模的装置，这是有问题的。

然后，作为使用含金属Ga的熔融体的液相生长方法，已经提出了其中将晶体生长期间的气压减少的方法。例如，H.Yamane和其他四人，“使用Na助熔剂的GaN单晶的制备(Preparation of GaN Single CrystalsUsing a Na Flux)”，材料化学(Chemistry of Materials)，(1997)，卷9，413-416页(以下，称为非专利文献1(NPL 1))公开了其中将Na用作助熔剂的生长GaN晶体的方法。在该方法中，在氮气氛中将用作助熔剂的叠氮化钠(NaN₃)和用作原料的金属Ga封闭在不锈钢反应容器中(容器内部尺寸：内径＝7.5mm且长度＝100mm)；并且将反应容器在600℃至800℃的温度下保持24至100小时以生长GaN晶体。

在NPL 1的晶体生长方法中，由于在晶体生长期间的气压至多为约100kgf/cm²，所以与PTL 1的晶体生长方法相比，能够使用简单的晶体生长装置。然而，在NPL 1的晶体生长方法中，由于金属Na包含在用于晶体生长的熔融体中，因此将Na作为杂质掺入到正在生长的GaN晶体中，这是有问题的。

引用列表

专利文献

PTL 1：对于专利申请号WO 99/34037的PCT国际公开的国内再公开

非专利文献

NPL 1：H.Yamane和其他四人，“使用Na助熔剂的GaN单晶的制备(Preparation of GaN Single Crystals Using a Na Flux)”，材料化学(Chemistry of Materials)，(1997)，卷9，413-416页

发明内容

技术问题

本发明的目的是解决在使用含Ga熔融体的液相生长方法中的上述问题，并且提供一种在不将原料(镓和氮)以外的杂质添加到熔融体中且不增加晶体生长装置尺寸的情况下生长具有低位错密度和高结晶度的GaN晶体的方法。

解决问题的手段

本发明提供了一种生长GaN晶体的方法，所述方法包括：准备衬底的步骤，所述衬底具有主面并包含Ga_xAl_yIn_1-x-yN(0＜x，0≤y，且x+y≤1)晶种，所述Ga_xAl_yIn_1-x-yN晶种具有所述主面，以及通过在800℃以上1500℃以下的气氛温度和500个大气压以上且小于2000个大气压的气压下使溶液与所述衬底的主面进行接触，在所述主面上生长GaN晶体的步骤，其中该溶液通过使氮溶解在Ga熔融体中而制得。

本发明生长GaN晶体的方法在所述准备衬底的步骤之后并且在所述生长GaN晶体的步骤之前还可以包括腐蚀所述衬底的所述主面的步骤。这里，可以通过在800℃以上1500℃以下的气氛温度和1个大气压以上且小于500个大气压的气压下，使溶液与所述衬底的主面进行接触，进行腐蚀所述衬底的所述主面的步骤，其中该溶液通过使氮溶解在Ga熔融体中而制得。