氮化镓晶体、氮化镓基板及氮化镓晶体的制造方法与流程

本发明主要涉及一种氮化镓晶体。

背景技术：

1、以往，氮化镓(gan)晶体具有较大的带隙，而且带间跃迁为直接跃迁型，因此被用作半导体材料，用于紫外、蓝色等发光二极管或半导体激光器等较短波长侧的发光元件、电子元件、半导体传感器等各种半导体器件。

2、近年来，gan晶体除了用于发光器件用途之外，还可用于电力用半导体元件(功率器件)及高频功率器件。因此，正在推进开发能够耐受高电压、大电流的gan晶体。

3、另外，这些器件优选使用由同种材料构成且晶体缺陷少的高品质的半导体基板(自支撑基板)来制造，能够成为这样的半导体基板的gan晶体的制造技术正在被积极地研究。

4、作为gan晶体的制造方法，已知有氨热法等液相生长法、氢化物气相生长法(hvpe法)等的气相生长法等。

5、hvpe法是在氢气流中将ga的氯化物和nh3导入炉内使其热分解，使由热分解产生的晶体堆积在基板上的方法。

6、另一方面，氨热法是利用处于超临界状态和/或亚临界状态的氨等含有氮的溶剂与原材料的溶解-析出反应来制造所期望的晶体材料的方法。在适用于晶体生长时，利用原料在氨等含氮溶剂中的溶解度的温度依赖性，通过温度差产生过饱和状态而使晶体析出。具体地，在高压釜等耐压性容器内放入晶体原料、种晶并密闭，利用加热器等进行加热，从而在耐压性容器内形成高温区和低温区，通过在其中一处溶解原料，在另一处培育晶体，从而能够制造晶体(例如参照专利文献1～3)。

7、氨热法与hvpe法相比，在原料利用效率高、能够抑制制造成本这方面具有优势。此外，氨热法能够使gan晶体高品质化和大口径化，因此近年来正在推进实用化。

8、现有技术文献

9、专利文献

10、专利文献1：日本特开2003-277182号公报

11、专利文献2：日本特开2005-8444号公报

12、专利文献3：日本特开2011-68545号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、如上所述，利用氨热法的gan的晶体生长从抑制制造成本、晶体的高品质化和大口径化的观点出发是有利的。另一方面，根据本发明人的研究，发现通过氨热法得到的gan晶体在其生长过程中有可能会产生特定的晶体缺陷，从晶体品质的观点来看还有改善的余地。

3、这种情况下，本发明的目的在于提供一种特定的晶体缺陷少的高品质的gan晶体和gan基板。

4、解决问题的技术方案

5、本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究，结果成功地制作了抑制产生特定的晶体缺陷的gan晶体。

6、另外，本发明人发现通过在氨热法中使用特定的种晶并且将晶体生长工序中的压力条件和温度条件设为特定的范围，从而得到抑制产生特定的晶体缺陷的gan晶体，从而完成了本发明。

7、本发明的实施方式中包括下述方式，但不限定于这些。

8、[1]一种氮化镓晶体，其含f，f以外的卤素元素的含量合计为f的含量的1/100以下，所述氮化镓晶体具有相对于(000-1)晶面的倾斜度为0度以上且10度以下的主表面1，该主表面1为满足下述条件(a1)～(a3)中的至少任一个的特定主表面a：

9、(a1)能够画出下述第一线段和第二线段，所述第一线段是在该特定主表面a上沿第一方向延伸的长40mm的假想线段，所述第二线段是在该特定主表面a上沿与该第一方向垂直的第二方向延伸的长40mm的假想线段，并且在特定主表面a上的任意10mm×10mm的正方形区域中的小面生长区域密度不超过500cm-2；

10、(a2)能够画出第一线段和第二线段，所述第一线段是在该特定主表面a上沿第一方向延伸的长40mm的假想线段，所述第二线段是在该特定主表面a上沿与该第一方向垂直的第二方向延伸的长40mm的假想线段，并且在特定主表面a中发现至少一个小面生长区域密度小于5cm-2的20mm×20mm的正方形区域；

11、(a3)能够画出第一线段和第二线段，所述第一线段是在该特定主表面a上沿第一方向延伸的长40mm的假想线段，所述第二线段是在该特定主表面a上沿与该第一方向垂直的第二方向延伸的长40mm的假想线段，并且小面生长区域的面积总和相对于特定主表面a的面积的比率(小面生长区域面积的总和/特定主表面a的面积)为40％以下。

12、[2]根据[1]所述的氮化镓晶体，其具有主表面2，所述主表面2相对于相反侧的主表面的(0001)晶面的倾斜度为0度以上且10度以下，且在所述条件(a1)中，具有在特定主表面a上的任意10mm×10mm的正方形区域中的小面生长区域密度不超过100cm-2，在所述条件(a3)中，小面生长区域的面积总和相对于特定主表面a的面积的所述比率为10％以下。

13、[3]根据[1]或[2]所述的氮化镓晶体，其含有浓度为1×1015atoms/cm3以上且1×1018atoms/cm3以下的氟。

14、[4]根据[1]～[3]中任一项所述的氮化镓晶体，其中，所述主表面1具有满足所述条件(a1)、并同时满足条件(a2)或条件(a3)的特定主表面a，或者所述主表面1具有同时满足所述条件(a1)、条件(a2)和条件(a3)的特定主表面a。

15、[5]根据[1]～[3]中任一项所述的氮化镓晶体，其中，所述主表面1具有同时满足所述条件(a2)和条件(a3)的特定主表面a。

16、[6]根据[1]～[5]中任一项所述的氮化镓晶体，其中，所述主表面1为进一步满足下述条件(b1)的特定主表面a：

17、(b1)在所述第一线段上，使各ω扫描时的x射线入射面与该第一线段平行地以5mm间隔测定002反射的xrc时，在全部测定点间的xrc的fwhm最大值小于40arcsec。

18、[7]根据[1]～[6]中任一项所述的氮化镓晶体，其中，所述主表面1为进一步满足下述条件(b2)的特定主表面a；

19、(b2)在所述第一线段上，使各ω扫描时的x射线入射面与该第一线段平行地以5mm间隔测定002反射的xrc时，在全部测定点间的xrc峰角度的最大值与最小值之差小于0.2°。

20、[8]根据[1]～[7]中任一项所述的氮化镓晶体，其位错密度小于1×106cm-2。

21、[9]根据[1]～[8]中任一项所述的氮化镓晶体，其氢浓度为2×1019atoms/cm3以下。

22、[10]根据[1]～[9]中任一项所述的氮化镓晶体，其氧浓度为2×1019atoms/cm3以下。

23、[11]一种氮化镓晶体，其具有相对于(000-1)晶面的倾斜度为0度以上且10度以下的主表面1和相对于相反一侧主表面的(0001)晶面的倾斜度为0度以上且10度以下的主表面2，c轴方向厚度为1mm以上，主表面积1与主表面积2的面积比、即主表面积1/主表面积2为0.5以上且1以下。

24、[12]一种氮化镓晶体，其具有相对于(000-1)晶面的倾斜度为0度以上且10度以下的主表面1和相对于相反一侧主表面的(0001)晶面的倾斜度为0度以上且10度以下的主表面2，c轴方向厚度为1mm以上，(10-1-1)面与(10-1-2)面的面积比满足以下关系式(c)：

25、(10-1-2)面的面积/{(10-1-1)面的面积+(10-1-2)面的面积}<0.5…(c)。

26、[13]一种氮化镓基板，其是对[1]～[12]中任一项所述的氮化镓晶体进行切片而得到的。

27、[14]一种氮化镓晶体的制造方法，其包括以下工序：籽晶准备工序，准备具有通过液相生长法得到的氮极性表面的gan籽晶；晶体生长工序，将包含含氟矿化剂的反应容器内的压力设为200mpa以下，将晶体生长区域的温度设为600℃以上，通过氨热法使gan晶体在该gan籽晶的该氮极性表面上生长。

28、[15]根据[14]所述的氮化镓晶体的制造方法，其中，所述gan籽晶的氮极性表面的面积为30cm2以上。

29、发明效果

30、根据本发明，能够提供一种特定的晶体缺陷少的高品质的gan晶体和gan基板。