专利名称：用于生长Ⅲ族氮化物半导体晶体的方法以及用于Ⅲ族氮化物半导体晶体的生长装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于生长m族氮化物半导体晶体的方法以及用于in族 氮化物半导体晶体的生长装置。
背景技术：
氮化铝(A1N)晶体已经作为用于诸如光学器件和电子器件的半导
体器件的衬底材料引起了公众的注意，其具有6.2eV的宽能带间隙、大 约3.3WK"cm"的高热导率以及高的电阻率。
例如，使用升华的方法来作为用于生长诸如A1N晶体的III族氮化 物半导体晶体的方法。关于用于生长A1N晶体的方法，例如，通过下面 专利文件日本专利特开No. 10-53495 (专利文件1)、美国专利No. 5,858,086的说明书(专利文件2)和美国专利No. 6,296,956的说明书(专 利文件3)，已经提出一种通过升华的方法在碳化硅(SiC)衬底上生长 晶体的方法。
以上专利文件1描述待执行的以下步骤。即，首先，通过将A1N 粉末、二氧化钛(Ti02)和苯酚彼此混合，准备混合粉末，所述二氧化 钛与A1N在加热条件下反应以分解和蒸发A1N。此外，将SiC衬底准备 为基础衬底。接下来，在包含碳和氮气的环境下将产生的混合粉末加热 到1800°C，同时，将SiC衬底加热到no(rc，随后，该混合粉末被分 解和蒸发使得A1N晶体生长在SiC衬底上方。
此外，以上专利文件2和3描述了通过使用升华的方法升华材料使 得A1N晶体以0.5mm/hr的生长速率生长在基础衬底上方的方法。在专利文件1中，由于材料的加热温度与180(TC—样低，所以材 料的升华速率变低。因此，有在基础衬底上生长的A1N的生长速率低的 问题。
此外，为了达到如专利文件2和3中所述的0.5mm/hr的生长速率， 需要将材料加热到高温。然而，将材料加热到高温的尝试会导致基础衬 底的高温。当基础衬底的加热温度变得更高时，在基础衬底上方生长的 A1N晶体被升华，导致引起了 A1N晶体生长速率变得不足的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于生长III族氮化物半导体晶体
的方法以及用于m族氮化物半导体晶体的生长装置，通过该装置可以改 善m族氮化物半导体晶体的生长速率。
本发明的用于生长m族氮化物半导体晶体的方法是一种通过升华 包括in族氮化物半导体的材料以及通过将所升华的材料气体沉积来生 长m族氮化物半导体晶体的方法，该方法提供有以下步骤首先，准备 包括热屏蔽部的腔，所述热屏蔽部用于屏蔽来自该腔中的材料的热辐 射。然后，将该材料设置在腔中热屏蔽部的一侧。然后，通过加热要被 升华的材料，材料气体被沉积在腔中的热屏蔽部的另一侧，从而生长in
族氮化物半导体晶体。
根据本发明的用于生长m族氮化物半导体晶体的方法，因为将热屏 蔽部设置在材料和生长m族氮化物半导体晶体的空间之间，所以在材料 和生长m族氮化物半导体晶体的空间之间的热阻变高。出于此原因，可 以防止用于升华材料的热量传输到用于生长in族氮化物半导体晶体的 空间。因为材料温度变得更高，所以可以加速材料的升华。此外，因为 用于生长ni族氮化物半导体晶体的空间的温度能够变得更低，所以可以 抑制已生长的m族氮化物半导体晶体的升华。此外，因为在材料温度和用于生长ni族氮化物半导体晶体的空间温度之间的温度差能够变得更 大，所以可以使温度梯度变得更大，从而加速in族氮化物半导体晶体的 生长，所述温度梯度是通过将温度差除以材料和用于生长晶体的空间之 间的距离而获得的值。因此，由于材料温度变得更高，由于用于生长in 族氮化物半导体晶体的空间温度变得更低，以及由于材料和用于生长m 族氮化物半导体晶体的空间之间的温度梯度变得更大，所以可以增加m 族氮化物半导体晶体的生长速率。
在用于生长in族氮化物半导体晶体的方法中，可优选地，允许热屏 蔽部具有比m族氮化物半导体晶体的热辐射速率更低的热辐射速率。
利用此设置，使得用于生长m族氮化物半导体晶体的空间比材料侧 更难以热传导。出于此原因，由于材料温度变得更高，由于用于生长in 族氮化物半导体晶体的空间温度变得更低，以及由于材料和用于生长in 族氮化物半导体晶体的空间之间的温度梯度变得更大，所以ni族氮化物 半导体晶体的生长速率被进一步增加。
在用于生长ni族氮化物半导体晶体的方法中，可优选地，热屏蔽部 包括多个板状部，并且该多个板状部处于用于设置材料的第一空间和用 于生长m族氮化物半导体晶体的第二空间之间，且该多个板状部被设置 成在第一和第二空间中的每个中形成分隔的第三空间，所述多个板状部 具有用于允许材料气体通过的通孔。
利用此设置，在用于生长m族氮化物半导体晶体的第二空间中，可 以减小直接经受来自第一空间中材料的热辐射的面积。出于此原因，由 于材料温度变得更高，由于用于生长in族氮化物半导体晶体的空间的温 度变得更低，以及由于材料和用于生长m族氮化物半导体晶体的空间之 间的温度梯度变得更大，所以m族氮化物半导体晶体的生长速率被进一 步改善。在用于生长III族氮化物半导体晶体的方法中，可优选地，设置板状 部被设置成当从第二空间看第一空间时，板状部的各个通孔不彼此重叠。
利用此设置，在用于生长III族氮化物半导体晶体的空间中，能够屏 蔽直接从材料接收的热辐射。出于此原因，由于材料温度变得更高，由
于用于生长m族氮化物半导体晶体的空间的温度变得更低，以及由于材
料和用于生长m族氮化物半导体晶体的空间之间的温度梯度变得更大，
所以m族氮化物半导体晶体的生长速率被进一步改善。
在用于生长ni族氮化物半导体晶体的方法中，可优选地，用于生长 m族氮化物半导体晶体的步骤包括用于将在第三空间中的材料气体沉 积为其它m族氮化物半导体晶体的步骤，以及用于通过将其它m族氮化 物半导体晶体升华来在第二空间中生长ni族氮化物半导体晶体的方法。
在第三空间中沉积的其它m族氮化物半导体晶体中的杂质量变得 低于在材料中的杂质量。此外，由于在第二空间中生长的m族氮化物半 导体晶体中的杂质量低于在其它m族氮化物半导体晶体中的杂质量，所 以可以生长高纯度的m族氮化物半导体晶体。
在用于生长m族氮化物半导体晶体的方法中，可优选地，进一步包 括用于排出部分材料气体的步骤。
利用此设置，可以将在材料中包含的杂质更优选地排出。因此，可 以生长高纯度的m族氮化物半导体晶体。
在用于生长m族氮化物半导体晶体的方法中，可优选地，m族氮化
物半导体晶体为AlxGa(1-x)N晶体(0<x《l)。利用此设置，可以获得以 增加的生长速率生长的有用的AlxGa(1_x)N晶体。本发明的用于m族氮化物半导体晶体的生长装置提供有腔和加热 部。所述腔包括用于设置包含m族氮化物半导体的材料的第一空间、用 于生长in族氮化物半导体的第二空间、以及设置在第一空间和第二空间 之间的热屏蔽部，以便屏蔽来自材料的热辐射。加热部用于将设置在第 一空间的材料升华。
根据本发明的用于m族氮化物半导体晶体的生长装置，因为热屏蔽 部被设置在用于设置材料的第一空间和用于生长in族氮化物半导体晶 体的第二空间之间，所以在第一空间和第二空间之间的热阻会变得更 高。出于此原因，可以防止由加热部所施加的用来升华材料的热传输到 第二空间侧。因为材料温度通过加热部而升高，所以可以加速材料的升 华。此外，因为第二空间的温度可以变得更低，所以可以抑制已生长的 m族氮化物半导体晶体的升华(退化)，并且因为热应力也得到减小， 所以可以有效地、稳定地获得高质量晶体。此外，因为在第一空间的温 度和第二空间的温度之间的温度差可以变得更大，所以在第一空间和第 二空间之间的温度梯度可以变得更大，使得可以加速m族氮化物半导体 晶体的生长。因此，由于用于在其中设置材料的第一空间的温度变得更 高，由于用于生长m族氮化物半导体晶体的第二空间的温度变得更低， 以及由于第一空间和第二空间之间的温度梯度可以变得更大，所以m族 氮化物半导体晶体的生长速率可以被进一步改善。
在本发明的用于m族氮化物半导体晶体的生长装置中，可优选地， 热屏蔽部具有比ni族氮化物半导体晶体的热辐射速率更低的热辐射速 率。
利用此设置，使得第二空间比第一空间更难以热传导。出于此原因， 由于材料温度变得更高，由于第二空间的温度变得更低，以及由于第一 空间和第二空间晶体之间的温度梯度变得更大，所以可以进一步改善m
族氮化物半导体晶体的生长速率。在用于m族氮化物半导体晶体的生长装置中，可优选地，热屏蔽部
包括多个板状部，并且该多个板状部处于第一空间和第二空间之间，该 多个板状部被设置成在第一和第二空间中的每个中形成分隔的第三空 间，所述多个板状部具有允许材料气体通过的通孔。
利用此设置，在用于生长III族氮化物半导体晶体的第二空间中，可 以减小直接经受来自在其中设置材料的第一空间的热辐射的面积。出于 此原因，由于材料温度变得更高，由于第二空间的温度变得更低，以及
由于第一空间和第二空间之间的温度梯度变得更大，所以in族氮化物半 导体晶体的生长速率被进一步改善。
在用于m族氮化物半导体晶体的生长装置中，可优选地，板状部被 设置成当从第二空间看第一空间时，板状部的各个通孔不彼此重叠。
利用此设置，在第二空间中，可以屏蔽直接从材料接收的热辐射。 出于此原因，由于材料温度变得更高，由于第二空间的温度变得更低， 以及由于第一空间和第二空间之间的温度梯度变得更大，所以m族氮化 物半导体晶体的生长速率被进一步改善。
在用于m族氮化物半导体晶体的生长装置中，可优选地，腔进一步 包括用于排出部分通过升华材料而形成的材料气体的开口部。
利用此设置，可以排出在材料中包含的杂质。因此，可以生长高纯 度的n i族氮化物半导体晶体。
根据本发明的用于生长ni族氮化物半导体晶体的方法和用于m族 氮化物半导体晶体的生长装置，因为在包括热屏蔽部的腔中生长m族氮 化物半导体晶体，所以用于生长m族氮化物半导体晶体的生长速率被改 善。结合附图，根据本发明的以下详细描述，本发明的以上和其它目 的、特征、方面和优点将会变得更加明显。
图1是示意性示出根据本发明实施例1的用于m族氮化物半导体晶
体的生长装置的结构的横截面图。
图2是示意性示出本发明实施例1的腔的结构的横截面图。
图3是示意性示出本发明实施例2的腔的结构的横截面图。 图4是示意性示出本发明实施例3的腔的结构的横截面图。 图5是示意性示出本发明实施例4的腔的结构的横截面图。 图6是示意性示出本发明实施例5的腔的结构的横截面图。 图7是示意性示出本发明实施例6的腔的结构的横截面图。 图8是示意性示出本发明实施例7的腔的结构的横截面图。 图9是示意性示出本发明实施例8的腔的结构的横截面图。 图10是示意性示出本发明实施例9的腔的结构的横截面图。
具体实施例方式
参考附图，将对本发明的实施例进行如下说明。
(实施例1)
本发明的生长装置100是一种将包含III族氮化物半导体的材料升
华以便通过允许所升华的材料气体沉积来生长ni族氮化物半导体晶体 的装置。
如图1和2所示，在本实施例中的生长装置IOO主要提供有包括热 屏蔽部110的腔101、加热构件121、反应容器123以及加热部125。
如图2所示，腔IOI包括处于热屏蔽部IIO—侧(图2的上侧)且 用于设置包括III族氮化物半导体的材料13的第一空间Rl、处于热屏蔽 部110另一侧(图2的下侧)且用于生长m族氮化物半导体晶体15的第二空间R2以及处于第一空间Rl和第二空间R2之间的第三空间R3。 在第二空间R2中，设置基础衬底ll。如图1所示，在本实施例中，腔 101保持材料13在其下部，并且允许III族氮化物半导体晶体15在其上
部上生长。
设置在第一空间Rl和第二空间R2之间的热屏蔽部110屏蔽来自 材料13的热辐射。热屏蔽部110与材料13不直接接触。
优选地，允许热屏蔽部110具有比III族氮化物半导体晶体15的热 辐射速率更低的热辐射速率，并且可优选地，其具有0.5%或更小的热辐 射速率以便有效地屏蔽来自材料13的热辐射。更具体地，因为热屏蔽 部110具有低热辐射速率、高热阻以及对材料气体的低反应性，所以可 优选地采用诸如钽(Ta)和钨(W)的高熔点金属、碳化物等来制作热屏 蔽部110，并且可优选地将其表面形成为镜状。
在此，将热辐射速率定义为在由黑体(吸收入射到其上的所有波长 并且既不反射也不发射所述波长的最佳物体)辐射的所有能量和由实际 物质辐射的能量之间的比率。
热屏蔽部110包括多个板状部111和113，并且设置这些多个板状 部111和113以分隔开各个第一空间Rl和第二空间R2，并且在第一空 间Rl和第二空间R2之中提供第三空间R3。在与在将材料13和将要生 长的III族氮化物半导体晶体15连接的最短距离上流动的所述材料气体 的流动的方向(由图2中箭头A所指示的方向)相交叉的方向上设置所 述多个板状部111和113，并且，在本实施例中，将所述多个板状部111 和113设置在与所述方向垂直的方向上。
板状部111和113提供有通孔llla和113a以便允许从升华的材料 13产生的材料气体通过。在腔101的外围上，加热构件121被形成为以便保证腔101的内部 和外部之间的通风。在该加热构件121的外围，形成反应容器123。由 高频加热线圈等制成的用于加热加热构件121的加热部125形成在该反 应容器123的外部的中心部分处。可优选地，加热部125包括用于加热 第一空间Rl的第一加热部和用于加热第二空间R2的第二加热部。利用 这种结构，将在其中设置材料13的空间R1加热到更高的温度，同时将 m族氮化物半导体晶体15保持在较低的温度。在此情况下，将热屏蔽 部110设置在第一加热部和第二加热部之间。
在加热构件121和反应容器123中的每个的一端上，设置用于允许 诸如氮气(N2)的载气流入设置在反应容器123内部的腔101中的引入 端口 121a和123a以及用于将载气朝着反应容器123的外部排气的排气 端口 121b和123b。
辐射温度计127分别附着在反应容器123的上端面和下端面以便测 量腔101上方和下方的温度。
在此，在本实施例的生长装置100中，腔101被设置成其中设置材 料13的第一空间Rl处于下方，而用于生长III族氮化物半导体晶体15 的第二空间R2处于上方；然而，腔101的设置不限于此。例如，在生 长装置100中，腔101可以被设置成第一空间Rl处于上方，而第二空 间R2处于下方。
此外，在本实施例中，腔101包括具有用于形成第一空间Rl、第 二空间R2和第三空间R3的多个板状部的热屏蔽部110;然而，热屏蔽 部110可以进一步提供有用于进一步将第三空间R3分隔成多个空间的 其它板状部。
接下来，下面的说明将描述用于生长在本发明中的in族氮化物半导
体晶体的方法。本发明的III族氮化物半导体晶体通过使用图l和2所示的生长装置100，以升华的方法进行生长。
首先，如图l和图2所示，准备其中包括热屏蔽部110的用于屏蔽
来自材料13的热辐射的腔101。可优选地，材料13包含要被生长的III 族氮化物半导体，即，AlxGa^)N (0<x《l)。
接下来，在腔101中，将材料13设置在热屏蔽部110的一侧。在 本实施例中，将材料13设置在由板状部111所分隔的第一空间Rl中。
接下来，将基础衬底11设置在腔101内的热屏蔽部110的另一侧。 在本实施例中，将基础衬底11设置在由板状部113分隔的第二空间R2 中。基础衬底11的材料可以与要被生长的III族氮化物半导体晶体15的 材料相同，或者与之不同，且例如，可以使用氮化铝、碳化硅、蓝宝石 等。在此，在使用不同种类衬底作为基础衬底11的情况中，不同种类 的衬底在AlGaN的生长环境中趋向于容易恶化；然而，在本实施例中， 因为基础衬底11的温度能够设置得较低，所以可以应用这些衬底材料。 具体地，从具有大孔的晶体的可用性的角度而言，可优选将碳化硅或蓝 宝石作为基础衬底。当设置了这种基地衬底11时，可以生长具有大孔 的III族氮化物半导体晶体15。
在此，没有示出用于设置该基础衬底11的步骤。在此情况下，通 过自发成核来生长将稍后描述的m族氮化物半导体晶体15。
接下来，加热材料13使其升华，并且将材料气体沉积在腔101内 部的热屏蔽部110的另一侧上，从而生长III族氮化物半导体晶体15。在 本实施例中，将所升华的材料气体沉积在基础衬底11上。
通过使用以上步骤，能够生长m族氮化物半导体晶体15。要被生
长的III族氮化物半导体晶体15可优选为AlxGa(1.x)N晶体(0<x《l)。接下来，以下说明将描述根据本实施例的用于生长m族氮化物半导
体晶体的方法和生长装置100的效果。
在生长装置100中，因为将热屏蔽部110设置在其中设置材料13 的第一空间Rl和用于生长III族氮化物半导体晶体15的第二空间R2之
间，在材料13和m族氮化物半导体晶体15之间的热阻变得更高。出于 此原因，用于升华材料13的热量可以被防止传输到要被生长的ni族氮
化物半导体晶体15上。因此，即使当通过加热部125来加热材料13以
具有高温时，仍可以抑制m族氮化物半导体晶体15的温度变得更高，
并且因此防止设置在用于生长III族氮化物半导体晶体15的气氛中的基
础衬底ll恶化。换言之，即使将温度设置为低于引起基础衬底11恶化
的温度，也可以通过热屏蔽部110将材料13的温度设置为更高的温度。 出于此原因，能够抑制在生长时的条件变化，以改善再现性，因此使得
可以生长高质量的ni族氮化物半导体晶体15。
此外，因为材料13的温度可以更高，所以可以加速材料13的升华。 此外，由于用于生长m族氮化物半导体晶体15的第二空间R2的温度能
够更低，所以材料气体被沉积的沉积速率可以变得充分大于所沉积的m 族氮化物半导体再次再升华的速率，因此可以抑制生长的m族氮化物半
导体晶体15的升华。此外，由于其中设置材料13的第一空间Rl的温 度和用于生长III族氮化物半导体晶体15的第二空间R2的温度之间的温
度差可以变得更大，所以温度梯度可以变得更大，从而加速m族氮化物 半导体晶体i5的生长，所述温度梯度是通过将温度差除以材料13和in
族氮化物半导体晶体15之间的距离而获得的值。因此，由于材料13的
温度变得更高，由于ni族氮化物半导体晶体15的温度变得更低，以及 由于在材料13和m族氮化物半导体晶体15之间的温度梯度变得更大， 所以可以增加in族氮化物半导体晶体is的生长速率。因此，可以縮减 用于生长ni族氮化物半导体晶体15所需的成本。
此外，热屏蔽部110可以防止诸如在材料13中包含的液滴和固体物质的杂质到达第二空间R2。因而，可以防止杂质在III族氮化物半导 体晶体15的生长中进入其中，并且由此可以防止产生多晶核；所以， 由于可以利用适当的生长抑制干扰，所以可以改善要被生长的III族氮化 物半导体晶体15的纯净度。
此外，在本实施例中，可以容易地将从所升华的材料13产生的升
华气体统一地提供给设置在第二空间R2中的基础衬底U。出于此原因， 由于将要被生长的III族氮化物半导体晶体15形成为凸形，所以可以防
止缺陷或位错集中在中心。出于此原因，可以改善m族氮化物半导体晶
体15的结晶特性。
因此，通过使用改善的生长速率所生长的具有较好结晶特性的m族
氮化物半导体晶体15，可以可优选地应用到例如诸如发光二极管和激光 二极管的发光器件、诸如整流器、双极晶体管、场效应晶体管和HEMT's
(高电子迁移率晶体管)的电子器件、诸如温度传感器、压力传感器、 放射传感器和可见-紫外射线检测器的半导体传感器以及用于诸如SAW 器件(表面声波器件；表面声波元件)、振动器、共振器、振荡器、MEMS
(微机电系统)部件和压电致动器的器件的衬底。
(实施例2)
如图3所示，根据本实施例的生长装置基本提供有与图2所示的腔 相同的要素；然而，形成热屏蔽部110的板状部111和113的通孔llla 和113a的位置是不同的。
具体地，当在与其中允许材料气体沿着连接材料13和要被生长的 III族氮化物半导体晶体15的最短距离流动的方向(图2中箭头A的方 向)相反的方向上从第二空间R2看第一空间Rl时，板状部111和113 被设置成板状部111和113的通孔llla和113a不彼此重叠。换言之， 板状部111和113被设置成当从第二空间R2在与箭头A相反的方向上 看第一空间Rl时，板状部111和113可以被看见，而第一空间Rl不能直接被看见。
在本发明中用于生长III族氮化物半导体晶体的方法基本提供有与 实施例1的要素相同的要素；然而，其在准备腔101的步骤上不同，使 用了具有上述腔101的生长装置。
在此，已经通过以当从第二空间R2看第一空间Rl时板状部111 和113的通孔llla和113a不彼此重叠的情况为示例描述了本实施例； 然而，如在本发明的实施例1中的图2所示，通孔llla和113a可以彼 此重叠。在此情况下，当从第二空间R2看第一空间Rl时，在箭头A 的方向上，用热屏蔽部110覆盖的总数可优选为70%或者更多。当其为 70%或者更多时，可以减少来自材料13的通过第二空间R2直接接收的 热辐射。
根据本发明中的用于III族氮化物半导体晶体的生长方法和生长装 置，在用于生长III族氮化物半导体晶体15的第二空间R2中，可以通过 板状部111和113屏蔽从材料13直接接收的热辐射。出于此原因，第一 空间Rl的温度可以变得更高，即材料13的温度可以变得更高，而第二 空间R2的温度可以变得更低，即III族氮化物半导体晶体15的温度可以 变得更低，并且在材料13和m族氮化物半导体晶体15之间的温度梯度
可以变得更大。因此，m族氮化物半导体晶体15的生长速率可以得到 进一步改善。
(实施例3)
如图4所示，根据本实施例中的生长装置，虽然其基本上具有与图 2所示的腔相同的要素，但是其进一步提供有用于排出从所升华的材料 13产生的部分材料气体的开口部101a。在本实施例中，在腔101中， 将开口部101a形成在构成第三空间R3的区域上。
虽然本实施例中的用于生长III族氮化物半导体晶体的方法具有与实施例1中基本相同的要素，但是其仍进一步提供有用于将部分材料气 体排出的步骤。具体地，通过加热材料13，在不允许部分所升华的材料
气体到达第二空间R2的情况下，将该部分所升华的材料气体从开口部 101a中排出，而所升华材料气体的剩余部分则允许达到第二空间R2， 从而生长III族氮化物半导体晶体15。
在此，将本实施例的用于III族氮化物半导体晶体的生长方法和生长 装置不仅应用到实施例l，还应用到实施例2。
如上所述，根据本实施例中的用于ni族氮化物半导体晶体的生长方
法和生长装置，能够将包含在材料13中的杂质包括在部分的材料气体 中，并且将其从开口部101a排出。出于此原因，由于能够改善所允许 达到第二空间R2的材料气体的纯净度，所以可以生长具有高纯净度的in族氮化物半导体晶体。因此，可以生长具有改善的光学特性的m族氮 化物半导体晶体。
(实施例4)
如图5所示，根据本实施例的生长装置提供有与图2所示的腔基本 相同的要素；然而，板状部111和113的设置是不同的。
具体地，板状部lll和113被设置，使得从材料13到第三空间R3 的材料气体传输速率大于从第三空间R3到第二空间R2中的III族氮化物 半导体晶体15的材料气体传输速率。
为了达到这样的传输速率，例如，分隔第一空间R1和第三空间R3 的板状部111的通孔llla的面积大于分隔第三空间R3和第二空间R2 的板状部113的通孔113a的面积。
在本实施例中的用于生长III族氮化物半导体晶体的方法，与实施例
3的用于生长ni族氮化物半导体晶体的方法具有基本相同的要素；然而，其不同之处在于用于生长III族氮化物半导体晶体15的步骤。
具体地，在第三空间R3中将材料气体沉积为另一m族氮化物半导 体晶体n。然后，通过升华该in族氮化物半导体晶体17,在第二空间
R2中生长III族氮化物半导体晶体15。
为了实现该步骤，例如，允许将III族氮化物半导体晶体15生长在 前述图5中所示的腔101内部。
在此，通过使用图2中所示的腔来代替使用图5中所示的腔，可以 在第三空间R3中生长另一in族氮化物半导体晶体17。具体地，通过设 置温度，使得从材料13到第三空间R3的温度梯度大于从第三空间R3 到第二空间R2中的III族氮化物半导体晶体15的温度梯度来执行该生长 步骤。
在此，术语"从材料13到第三空间R3的温度梯度"指(材料13 的温度和用于分隔第三空间R3和第二空间R2的板状部113的温度之间 的温度差)/ (从材料13到用于分隔第三空间R3和第二空间R2的板状 部113的最短距离Tl)。此外，术语"从第三空间R3到第二空间R2中 的III族氮化物半导体晶体15的温度梯度"指(用于分隔第三空间R3和 第二空间R2的板状部113的温度和ni族氮化物半导体晶体15的温度之 间的温度差)/ (从用于分隔第三空间R3和第二空间R2的板状部113 到III族氮化物半导体晶体15的最短距离T2)。
可替选地，例如，在初始阶段，通过使用加热部125来将第三空间 R3和第二空间R2设置成相同的温度，并且将所升华的材料气体沉积在 第三空间R3中。在后面的阶段中，在将第二空间R2的温度保持低于第 三空间R3的温度的情况下，在第二空间R2所升华的材料气体和其中升 华另一被升华的III族氮化物半导体晶体17的材料气体被传输到第二空 间R2。此外，不仅将本实施例的用于III族氮化物半导体晶体的生长方法和 生长装置应用到实施例1,而且还应用到实施例2和3。
如上所述，根据本实施例的用于III族氮化物半导体晶体的生长方法
和生长装置，沉积在第三空间R3中的其它m族氮化物半导体晶体17的 杂质量小于材料13中的杂质量。此外，由于在第二空间R2中生长的I11 族氮化物半导体晶体15的杂质量小于在其它III族氮化物半导体晶体17 中的杂质量，所以可以在第二空间R2中生长高纯净度的III族氮化物半 导体晶体15。
具体地，在其中将其它m族氮化物半导体晶体17沉积在第三空间
R3中的情况下，在构成腔101中第三空间的腔101的位置上可优选地 形成开口部101a。在该情况下，可以从第三空间R3排出材料气体和部 分其它III族氮化物半导体晶体17。出于此原因，可以排出包含在材料气 体中的杂质，并且同时，可以排出沉积在第三空间中的、包含在其它III
族氮化物半导体晶体17中的杂质。因此，可以生长高纯净度的ni族氮
化物半导体晶体15。 (实施例5)
如图6中所示，根据本实施例的生长装置与图4中所示的实施例3 中的提供有腔的生长装置具有基本相同的要素；然而，其仅有的区别在 于，相对于与其中允许材料气体流过连接材料13和要被生长的III族氮
化物半导体晶体15的最短距离的方向垂直的方向，在相同方向上以倾 斜的方式设置板状部111和113。
在此，除此之外，用于III族氮化物半导体晶体的生长方法和生长装
置与实施例3中的用于in族氮化物半导体晶体的生长方法和生长装置具
有相同的要素；因此，相同的要素用相同的附图标记来表示，并且不再 重复对其的说明。此外，不仅将本实施例的用于III族氮化物半导体晶体的生长方法和 生长装置应用到实施例l，而且还应用到实施例2至4。
(实施例6)
如图7所示，根据本实施例的生长装置与图4中所示的实施例3中 提供有腔的生长装置具有基本相同的要素；然而，其仅有的区别在于，
相对于与其中允许材料气体流过连接材料i3和要被生长的m族氮化物
半导体晶体15的最短距离的方向垂直的方向，在不同方向上以倾斜的 方式设置板状部111和113。
在此，除此之外，用于III族氮化物半导体晶体的生长方法和生长装 置与实施例3中的用于III族氮化物半导体晶体的生长方法和生长装置具 有相同的要素；因此，相同的要素用相同的附图标记来表示，并且不再 重复对其的说明。
此外，不仅将本实施例的用于III族氮化物半导体晶体的生长方法和 生长装置应用到实施例1，而且还应用到实施例2至4。
(实施例7)
如图8所示，根据本实施例的生长装置与实施例1中的生长装置具 有基本相同的要素；然而，其仅有的区别在于，热屏蔽部仅由一片板状 部111制成。
在此，除此之外，用于m族氮化物半导体晶体的生长方法和生长装 置与实施例i中的用于m族氮化物半导体晶体的生长方法和生长装置具
有相同的要素；因此，相同的要素用相同的附图标记来表示，并且不再 重复对其的说明。
此外，不仅将本实施例的用于m族氮化物半导体晶体的生长方法和生长装置应用到实施例l，而且还应用到实施例3、 5和6。 (实施例8)
如图9中所示，根据本实施例的生长装置与实施例8中的生长装置 具有基本相同的要素；然而，其仅有的区别在于，将一片板状部lll设
置在基本与其中允许材料气体流过连接材料13和待生长的m族氮化物
半导体晶体15的最短距离的方向相同的方向上。
在此，除此之外，用于m族氮化物半导体晶体的生长方法和生长装
置与实施例7中的用于III族氮化物半导体晶体的生长方法和生长装置具 有相同的要素；因此，相同的要素用相同的附图标记来表示，并且不再 重复对其的说明。
此外，不仅将本实施例的用于m族氮化物半导体晶体的生长方法和
生长装置应用到实施例l，而且还应用到实施例3、 5和6。 (实施例9)
如图10中所示，根据本实施例的生长装置与实施例7中的生长装 置具有基本相同的要素；然而，其仅有的区别在于，热屏蔽部110不是 由板状部，而是由固态部来制成。
而且在该实施例中，用于设置材料13的、处于热屏蔽部110—侧 的第一空间R1，和用于生长于III族氮化物半导体晶体15的、处于热屏 蔽部110另一侧的第二空间R2，被彼此面对面地形成，具有热屏蔽部 110插入在第一空间Rl和第二空间R2之间。
在此，热屏蔽部110可以具有固态部也可以具有板状部，还能进一 步具有其它形状的部。
此外，除此之外，用于III族氮化物半导体晶体的生长方法和生长装置与实施例8中的用于III族氮化物半导体晶体的生长方法和生长装置具 有相同的要素；因此，相同的要素用相同的附图标记来表示，并且不再 重复对其的说明。
此外，不仅将本实施例的用于m族氮化物半导体晶体的生长方法和
生长装置应用到实施例1，而且还应用到实施例2至8。
(示例)
在本示例中，检查了在其中包括热屏蔽部的腔中生长m族氮化物半 导体晶体的效果。
具体地，通过使用图5所示的实施例4的生长装置，将包含A1N 的材料设置在第一空间Rl，并且将SiC衬底设置在第二空间R2作为基 础衬底。
接下来，将腔101的内部与N2气氛交换，并且加热部125用于将 第一空间Rl加热到2200°C、将第三空间R3加热到2000。C以及将第二 空间R2加热到1900°C。在IO小时的生长周期之后，在第一空间R1中 的材料13被升华，并且在第三空间R3中，生长了 A1N晶体作为III族氮 化物半导体晶体17，同时在第二空间R2中生长A1N晶体作为III族氮化 物半导体晶体15。
接下来，在冷却A1N晶体之后，在SiC衬底上所生长的A1N晶体 被从生长装置中去除。AlN晶体的厚度为2mm。
作为通过XRD使用X射线锁定曲线对该A1N晶体执行的测量结 果，获得了 45arcsec的半值宽度。此外，作为对A1N晶体执行的EPD (腐蚀坑密度)测量结果，获得了 8X10"cn^的转换密度，且其表示较 好的晶体质量。此外，通过使用SIMS (二次离子质谱仪)来测量作为 杂质浓度的A1N晶体的氧浓度，且结果值小于3X1016/cm2atm/cc，且其表示高纯净度的晶体。
如上所述，根据本示例，确认可以升高材料温度，可以降低用于生
长m族氮化物半导体晶体的空间的温度，并且可以增大在材料和用于生
长m族氮化物半导体晶体的空间之间的温度梯度。因此，可以增加m族 氮化物半导体晶体的生长速率。
另外，确认即使当增加in族氮化物半导体晶体的生长速率时，所生 长的m族氮化物半导体晶体仍然展示出较好的结晶特性。
虽然已经详细地描述和解释了本发明，应清楚地认识到，其仅仅 出于解释和示例的目的，而不用于对本发明进行限制，本发明的范围 通过所附权利要求的术语来说明。
权利要求
1. 一种用于生长III族氮化物半导体晶体的方法，该方法通过对包含III族氮化物半导体的材料进行升华以及对所升华的材料气体进行沉积，所述方法包括以下步骤准备包括热屏蔽部的腔，所述热屏蔽部用于屏蔽来自所述腔中的所述材料的热辐射；将所述材料设置在所述腔中的所述热屏蔽部的一侧；以及通过加热要被升华的所述材料以及在所述腔中的所述热屏蔽部的另一侧上沉积所述材料气体，来生长所述III族氮化物半导体晶体。
2. 根据权利要求i所述的用于生长in族氮化物半导体晶体的方 法，其中，所述热屏蔽部具有比所述ni族氮化物半导体晶体的热辐射速率更 低的热辐射速率。
3. 根据权利要求i所述的用于生长ni族氮化物半导体晶体的方 法，其中，所述热屏蔽部包括多个板状部，所述多个板状部处于用于设置所 述材料的第一空间和用于生长所述in族氮化物半导体晶体的第二空间 之间，所述多个板状部被设置成在所述第一空间和所述第二空间中的 每个之中形成分隔的第三空间，并且所述多个板状部具有用于允许所 述材料气体通过的通孔。
4. 根据权利要求3所述的用于生长m族氮化物半导体晶体的方 法，其中，所述板状部被设置成当从所述第二空间看所述第一空间时，所述 板状部的所述各个通孔彼此不重叠。
5. 根据权利要求3所述的用于生长m族氮化物半导体晶体的方法，其中，生长所述III族氮化物半导体晶体的步骤包括以下步骤在所述第三空间中将所述材料气体沉积为其它m族氮化物半导体晶体；以及通过升华所述其它in族氮化物半导体晶体，来在所述第二空间中 生长所述m族氮化物半导体晶体。
6. 根据权利要求i所述的用于生长m族氮化物半导体晶体的方 法，进一步包括排出部分所述材料气体的步骤。
7. 根据权利要求i所述的用于生长ni族氮化物半导体晶体的方 法，其中，所述III族氮化物半导体晶体为AlxGa(^)N晶体(0<x《l)。
8. —种用于m族氮化物半导体晶体的生长装置，包括腔，其包括第一空间、第二空间以及热屏蔽部，所述第一空间用 于设置包含m族氮化物半导体的材料，所述第二空间用于生长所述ni 族氮化物半导体晶体，以及所述热屏蔽部设置在所述第一空间和所述第二空间之间以便屏蔽来自所述材料的热辐射；以及加热部，用于升华设置在所述第一空间中的所述材料。
9. 根据权利要求8所述的用于m族氮化物半导体晶体的生长装置，其中，所述热屏蔽部具有比所述ni族氮化物半导体晶体的热辐射速率更 低的热辐射速率。
10. 根据权利要求s所述的用于m族氮化物半导体晶体的生长装 置，其中，所述热屏蔽部包括多个板状部，所述多个板状部处于所述第一空 间和所述第二空间之间，所述多个板状部被设置成在所述第一空间和 所述第二空间中的每个之中形成分隔的第三空间，并且所述多个板状部具有用于允许所述材料气体通过的通孔。
11. 根据权利要求io所述的用于m族氮化物半导体晶体的生长装置，其中，所述板状部被设置成当从所述第二空间看所述第一空间时，所述 板状部的所述各个通孔彼此不重叠。
12. 根据权利要求8所述的用于m族氮化物半导体晶体的生长装 置，其中，所述腔进一步包括开口部，其用于排出通过升华所述材料所获得 的部分材料气体。
全文摘要
本发明涉及一种用于生长III族氮化物半导体晶体的方法以及用于III族氮化物半导体晶体的生长装置。一种用于生长III族氮化物半导体晶体的方法，其提供有以下步骤首先，准备包括用于屏蔽来自在腔中材料(13)的热辐射的热屏蔽部的腔。然后，将材料(13)设置在腔中的热屏蔽部的一侧。接下来，通过加热要被升华的材料，将材料气体沉积在腔中热屏蔽部的另一侧，使得生长III族氮化物半导体晶体。
文档编号C30B29/38GK101469452SQ20081018858
公开日2009年7月1日 申请日期2008年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者中幡英章, 佐藤一成, 宫永伦正, 水原奈保, 竹内久雄, 谷崎圭祐 申请人:住友电气工业株式会社