[發(fā)明專利]制造Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010139890.6
• 申請(qǐng)日: 2010-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN101851785A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 佐藤峻之;永井誠(chéng)二;森勇介;北岡康夫;巖井真;東原周平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 豐田合成株式會(huì)社;國(guó)立大學(xué)法人大阪大學(xué);日本礙子株式會(huì)社
• 主分類號(hào): C30B29/38
• 分類號(hào): C30B29/38;C30B29/40
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;王春偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通過(guò)助熔劑法制造III族氮化物半導(dǎo)體的方法，更具體涉及實(shí)現(xiàn)在熔融材料中有效地混合摻雜劑的制造方法。

背景技術(shù)

Na助熔劑法是制造III族氮化物半導(dǎo)體如GaN的已知方法。在這種方法中，將Na(鈉)和Ga(鎵)熔融并保持在約800℃，并且使鎵在幾十個(gè)大氣壓的壓力下與氮反應(yīng)，由此生長(zhǎng)GaN晶體。

例如，日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(公開)No.2008-290929公開了向Na助熔劑法的熔融材料中添加硅(Si)抑制了GaN的晶體生長(zhǎng)，并且公開了使用鍺(Ge)作為n型摻雜劑的研究。

但是，當(dāng)向助熔劑法的材料中加入鍺時(shí)，在一些情況下，鍺和鈉形成合金如GeNa₃。因?yàn)镚eNa₃在常壓下具有820℃的高熔融溫度，因此Ge并不能令人滿意地混合在鈉和鎵的混合物中。這導(dǎo)致出現(xiàn)如GaN晶體中的Ga濃度改變和大量混晶產(chǎn)生的問題，從而導(dǎo)致產(chǎn)率下降。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述情況，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供通過(guò)助熔劑法制造III族氮化物半導(dǎo)體的方法，該制造方法實(shí)現(xiàn)在熔融材料中有效地混合摻雜劑。

因此，在本發(fā)明的第一方面，提供一種制造III族氮化物半導(dǎo)體的方法，其中使至少包含III族金屬、堿金屬和摻雜劑的熔融混合物與至少包含氮的氣體反應(yīng)，由此在種晶上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體，其中所述方法包括：

在由堿金屬形成相應(yīng)的堿金屬液體之前，由III族金屬形成相應(yīng)的III族金屬液體；

通過(guò)將III族金屬液體與摻雜劑混合來(lái)形成熔融混合物；

接著，由堿金屬形成堿金屬液體；和

使堿金屬液體接觸III族金屬和摻雜劑的熔融混合物。

通常，使用鈉(Na)作為本發(fā)明的堿金屬，不過(guò)也可以使用鉀(K)。術(shù)語(yǔ)“含氮?dú)怏w”是指含有分子氮或氮化合物的單組分氣體或氣體混合物，并且該氣體或氣體混合物可進(jìn)一步包括惰性氣體如稀有氣體。

在助熔劑法中，加入摻雜劑以控制待生長(zhǎng)的III氮化物半導(dǎo)體的物理性質(zhì)如導(dǎo)電類型和磁性，以促進(jìn)晶體生長(zhǎng)，防止產(chǎn)生混晶，控制晶體生長(zhǎng)方向和控制其它因素?？梢允褂枚喾N摻雜劑。

本發(fā)明的第二方面涉及根據(jù)第一方面的制造方法的特定實(shí)施方案，其中III族金屬與摻雜劑的熔融混合物是III族金屬與摻雜劑的熔融合金。

本發(fā)明的第三方面涉及根據(jù)第二方面的制造方法的特定實(shí)施方案，其中摻雜劑是使得其與任意III族金屬的合金的熔融溫度低于其與任意堿金屬的合金的熔融溫度的材料。

本發(fā)明的第四方面涉及根據(jù)第一至第三方面中任一項(xiàng)的制造方法的特定實(shí)施方案，其中當(dāng)將堿金屬、III族金屬和摻雜劑置于坩堝中時(shí)，將摻雜劑與堿金屬分開放置并且將摻雜劑放置在III族金屬附近。

本發(fā)明的第五方面涉及根據(jù)第四方面的制造方法的特定實(shí)施方案，其中：

將種晶放置在坩堝的底表面上，以使其相對(duì)于所述底表面傾斜；

將堿金屬放置在種晶上，和

將III族金屬和摻雜劑放置在坩堝的底表面上或者放置在坩堝的底表面與種晶的背表面之間的空間中。

本發(fā)明的第六方面涉及根據(jù)第一至第五方面中任一項(xiàng)的制造方法的特定實(shí)施方案，其中摻雜劑是使堿金屬和摻雜劑的液體混合物保持相分離狀態(tài)的材料。

本發(fā)明的第七方面涉及根據(jù)第一至第五方面中任一項(xiàng)的制造方法的特定實(shí)施方案，其中堿金屬是鈉，并且摻雜劑是鍺。

本發(fā)明的第八方面涉及根據(jù)第六方面的制造方法的特定實(shí)施方案，其中堿金屬是鈉，并且摻雜劑是鋅。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，摻雜劑可以有效地溶于熔融材料中，由此可生成高質(zhì)量均勻的III族氮化物半導(dǎo)體，并且可以提高產(chǎn)率。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，即使是在摻雜劑和III族金屬之間形成合金的情況下，摻雜劑也可以有效地溶于熔融材料中。尤其是，如本發(fā)明的第三方面，當(dāng)應(yīng)用提供其與任意III族金屬的合金的熔融溫度低于其與任意堿金屬的合金的熔融溫度的材料的摻雜劑時(shí)，可以滿意地獲得本發(fā)明的效果。在這種情況下，摻雜劑可以有效地溶于熔融材料中。

通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的第四或第五方面在坩堝中放置材料，可容易地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一方面。

如本發(fā)明的第六方面，當(dāng)摻雜劑是使堿金屬和摻雜劑的液體混合物保持相分離狀態(tài)的材料時(shí)，可以滿意地獲得本發(fā)明的效果。在鈉用作堿金屬的情況下，第三方面所述的摻雜劑是例如第七方面所述的鍺，并且第六方面中所述的摻雜劑是例如第八方面中所述的鋅。

附圖說(shuō)明