[发明专利]第13族氮化物晶体、所述晶体衬底及所述晶体制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及第13族氮化物晶体、第13族氮化物晶体衬底及第13族氮化物晶体制备方法。

背景技术

氮化镓(GaN)半导体材料用于蓝色发光二极管(LED)或者白色LED以及诸如半导体激光器(LD：激光二极管)的半导体器件是为人们所熟知的。作为使用氮化镓(GaN)半导体材料制备半导体器件器件的方法，已知的是利用MO-CVD(金属有机化学气相沉积)方法或MBE(分子束外延)方法等在衬底上生长氮化镓晶体的方法。

作为用于制备半导体器件的衬底，由要生长的晶体相同的材料构成的第13族氮化物衬底是合适使用的。

作为用于制备半导体器件的第13族氮化物衬底，已经公开了各种衬底及其制备方法。例如，已经公开了通过将作为材料来源的叠氮化纳(NaN₃)和金属Ga放入并密封在氮气氛围下的不锈钢材料制成的反应容器中(容器内部尺寸，内径为7.5毫米，长为100毫米)，并且将反应容器保持在600℃-800℃下24-100小时，形成氮化镓晶体(《材料化学》，第9卷(1997)，第413-416页(chemistry of materials VOL.9(1997)413-416)。

此外，人们还尝试得到进一步大的第13族氮化物晶体。例如，日本公开专利公开号2008-094704公开了利用针状氮化铝(AlN)晶体作为籽晶来制备柱状氮化镓晶体的方法。另外，日本公开专利公开号2006-045047公开了制备针状氮化铝晶体的方法。

此外，人们还尝试通过降低位错密度并降低晶体中的杂质含量得到进一步高质量的第13族氮化物晶体。例如，WO09/047894和Institute of Electronics，Information and Communication for Engineers，IEICE Tech.Rep.ED96-29，CPM96-14(1996-05)公开了：在足以使内部助熔剂流出的温度下加热由助熔剂法制造第13族氮化物晶体衬底。日本公开专利公开号2010-168236公开了在晶体生长时足以使进入到晶体的杂质的量降低的晶体生产率下生长晶体。日本公开专利公开号2011-213579公开了将针状氮化镓作为籽晶，由此得到高质量的第13族氮化物晶体。

然而，照惯例，当人们尝试得到进一步大的第13族氮化物晶体和尝试降低位错密度和晶体中的杂质含量时，已经很难缩短生产时间并降低成本。因此，按照惯例，已经很难得到适于制造半导体器件的衬底。

考虑到上面，存在提供第13族氮化物晶体、第13族氮化物晶体衬底及生产适于制备半导体器件的第13族氮化物晶体的方法的需求。

发明内容

本发明的目标是至少部分地解决传统技术中存在的问题。

一种具有六方晶体结构的第13族氮化物晶体，其包含至少一个氮原子和至少一个从B、Al、Ga、In和Tl组成的组中选择的金属原子。在与c-轴平行的横截面中底面位错的位错密度为10⁴cm^-2或更大。

一种制备第13族氮化物晶体的方法，其包括：使在c-轴方向上即使c-面的横截面面积扩大的方向上延伸的第13族氮化物的针状籽晶晶体生长的晶体生长工艺。晶体生长工艺中籽晶的a-轴方向的晶体生长速率为高于15微米/小时。

考虑到与附图的联系，通过阅读下面关于本发明目前优选的实施方式的详细描述，将更好的理解本发明的上述以及其它目的、特征、优点和技术及工业意义。

附图说明

图1是显示根据本实施方式的第13族氮化物晶体的结构的例子的概略透视图；

图2是显示在第13族氮化物晶体中平行于c-轴和a-轴的截面示意图；

图3是第13族氮化物晶体的c-面横截面的横截面图；

图4是显示第13族氮化物晶体的例子的示意图；

图5是显示第13族氮化物晶体的例子的示意图；

图6是制造籽晶的晶体制造装置的概略示意图；

图7是由籽晶制备第13族氮化物晶体的晶体制造装置的概略示意图；

图8是显示第13族氮化物晶体中位错的示意图；

图9是显示第13族氮化物晶体衬底的制造工艺的工艺流程图；

图10是显示将第13族氮化物晶体加工成衬底的例子的示意图；

图11是显示切割第13族氮化物晶体方向的示意图；

图12是显示第13族氮化物晶体衬底的示意图；

图13是描述由籽晶生长晶体的过程的示意图；