[发明专利]基底基板、3B族氮化物结晶及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及基底基板、3B族氮化物结晶及其制法。

背景技术

近年来，使用氮化镓等的3B族氮化物制作蓝色LED、白色LED、蓝紫色半导体激光器等的半导体装置，并将该半导体装置应用到各种电子设备等研究活动比较活跃。以往的氮化镓系半导体装置主要由气相法来制作。具体地说，在蓝宝石基板或碳化硅基板上，通过有机金属气相沉积法(MOVPE)等来异质外延生长、制作氮化镓薄膜。此时，由于基板和氮化镓薄膜的热膨胀系数、晶格常数有很大的不同，会在氮化镓上产生高密度位错(结晶中晶格缺陷的一种)。因此，通过气相法难以得到位错密度低的高品质氮化镓。另一方面，除了气相法之外，还开发有液相法。助熔剂法是液相法的一种，对于氮化镓来说，通过使用金属钠作为助熔剂，可以将氮化镓结晶生长所需的温度降至800℃左右、压力降至数MPa～数百MPa。具体地说，在金属钠和金属镓的混合熔液中溶解氮气，使氮化镓成为过饱和状态，以作为结晶生长。与气相法相比，这样的液相法难以发生位错，可以得到位错密度低的高质量的氮化镓。

关于这样的助熔剂法的研究开发也在不断进行。例如，在专利文献1中，公开了旨在降低位错密度的3B族氮化物的结晶的制法。具体地说，在助熔剂法中，使用的含有氮化镓晶种层的基底基板，采用其主面的法线相对于氮化镓晶种层<0001>方向具有1°以上10°以下的倾角的作为包括氮化镓晶种层的基底基板，晶种熔液氮化镓单晶在基底基板的主面上生长时，残留在氮化镓单晶的位错在与{0001}面平行的方向传播，并被排出到该单晶的外周部。

然而，在专利文献1的图2中，例示了以具有多个微小台阶的阶梯状凹凸面作为基底基板的主面的实例。该微小台阶由作为{0001}面(c面)的多个平台面和作为多个{1-100}面(m面)的多个台阶面构成，相邻的平台面之间通过台阶面相连。这里，由于与平台面平行的方向的结晶生长优于与平台面垂直的方向的结晶生长，位错在结晶的生长方向传播，因此，在结晶生长时发生的位错在与平台面实质平行的方向传播并排出到结晶的外周部。另外，虽然采用主面的法线相对于氮化镓晶种层<0001>方向具有1°以上10°以下的倾角的作为基底基板，但如果倾角超过10°，则在结晶生长中产生大的台阶，在该大的台阶上卷入熔液，产生液胞(包裹体)，因此并不理想。又，一般地，大台阶是指用肉眼或低倍率的显微镜能够容易观察到的微米级的阶差，微小台阶是指原子台阶等具有纳米级阶差的结构。

专利文献1：日本专利公开2009-51686号公报

发明内容

本发明发明人发现，在结晶生长中有时从基底基板的主面向着斜上方形成晶界，从基底基板的主面继承的生长中的结晶的位错碰上晶界的话，该位错的传播被妨碍。基底基板一般由气相法生成，因此位错密度较高，即使是液相法在结晶中也会继承该位错，若结晶生长中产生的晶界可以终止位错的传播，则在结晶生长结束后的结晶表面基本不会显现出位错。因此，在该结晶上进一步生长氮化镓单晶以使生长面变平滑的话，上层的氮化镓单晶成为没有位错造成的缺陷、晶界和包裹体也较少的结构。

然而，至此还不知道控制氮化镓结晶生长中晶界的发生地点的方法。因此，在结晶生长中，混合了晶界产生较密处和晶界产生较疏处，晶界产生较疏处不能够终止位错的传播，会在结晶生长结束后的结晶表面产生位错密度高的部分。

本发明正是鉴于上述问题提出的，其目的在于提供一种适于利用3B族氮化物结晶的结晶生长中的晶界终止位错传播的基底基板。

本发明发明人发现，利用3B族氮化物结晶的结晶生长中的晶界终止位错的传播时，在基底基板设置阶差为10～40μm的台阶的情况下，以该台阶的阶差附近为起点产生了晶界，因此可以根据基底基板的台阶来控制晶界的发生，从而完成本发明。

本发明基底基板是具有3B族氮化物的晶种层的基底基板，主面具有微米级的多个台阶。该基底基板例如像如下这样用于助熔剂法。即，向含有3B族金属和碱性金属的混合熔液中浸入基底基板，并向该混合熔液导入氮气，使3B族氮化物的结晶在基底基板的主面上生长。在主面上生长3B族氮化物时，以台阶的阶差附近为起点向斜上方产生晶界。另一方面，一般认为晶种层中所包含的位错，向与晶界的前进方向交叉的方向(与主面垂直的方向)传播，在晶界和位错交叉的地点位错的传播被晶界终止，位错不会超过晶界传播。因此，本发明的基底基板，可以根据在主面上的哪个位置形成台阶的阶差来控制晶界的起点，进而可以以少量的台阶阻止基底基板的位错的传播。