[發明專利]氮化鋁單晶基板及其制造方法

在審

• 申請號: 202010518150.7
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN111621852A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 纐纈明伯;熊谷義直;永島徹;平連有紀
• 申請（專利權）人: 國立大學法人東京農工大學;株式會社德山
• 主分類號: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;C30B25/02;C30B25/08;H01L21/02;H01L33/00;H01L33/32
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 呂琳;樸秀玉

本發明涉及一種氮化鋁單晶，其特征在于，碳的濃度為1×10¹⁴atoms/cm³以上且小于3×10¹⁷atoms/cm³，氯的濃度為1×10¹⁴～1×10¹⁷atoms/cm³，波長265nm下的吸收系數為40cm^－1以下。

本申請是下述申請的分案申請：

發明名稱：氮化鋁單晶基板及其制造方法。

國際申請日：2011年12月22日。

國際申請號：PCT/JP2011/079838。

國家申請號：201180075372.5。

技術領域

本發明涉及一種新型的氮化鋁(以下有時也稱作AlN)單晶及其制造方法。更具體來說，涉及AlN單晶中所含的碳原子的濃度低、紫外光透過性良好的新型AlN單晶及其制造方法。

背景技術

為了形成紫外發光元件等半導體元件，需要在與n電極電連接的n型半導體層和與p電極電連接的p型半導體層之間形成包含包覆層、活性層等的層疊結構，從發光效率的方面考慮重要的是，在任意一層中都是高結晶性，即，晶體的位錯或點缺陷少。基于此種理由，一般來說上述層疊結構形成于具有足以獨立地存在的機械強度的單晶基板(以下有時稱作“自立基板”)上。

作為上述層疊結構形成用的自立基板，要求與形成層疊結構的氮化鋁鎵銦(AlGaInN)等Al系III族氮化物單晶的晶格常數差或熱膨脹系數差小，進而，從防止元件的惡化的觀點考慮，還要求熱導率高。由此，為了制作含有AlN的半導體元件，有利的做法是，以Al系III族氮化物單晶基板作為自立基板，形成上述層結構。

在制成上述層結構的情況下，為了從活性層中取出光，重要的是，作為自立基板的Al系III族氮化物單晶基板使光透過。如果無法使光透過，則即使半導體元件結構的發光效率高，光也會于Al系III族氮化物單晶基板吸收，其結果是，成為發光效率低的紫外發光元件。

Al系III族氮化物單晶當中，由于特別是氮化鋁單晶具有約6eV的帶隙能量，可以發出紫外線區域的短波長的光，因此有望作為紫外光源或白色光源用的LED的基底基板來使用。從作為LED的效率的觀點考慮，重要的是，AlN單晶使紫外線區域的短波長的光透過，透過率越高，作為所述光源用的LED來說越有用。

所以，對制作紫外線區域的短波長的光的透過率高的AlN單晶的方法進行了積極的研究，例如已知有如專利文獻1中所示的使用了氫化物氣相外延法(HVPE法)的AlN單晶的方法。

另外，專利文獻2中，作為降低氮化物半導體單晶基板的吸收系數，也就是提高氮化物半導體單晶基板的透過率的方法，記載有如下的內容，即，作為AlN的雜質，如果是1×10¹⁷cm^-3以下的總雜質密度，則會具有350～780nm的全波長范圍中的50cm^-1以下的吸收系數。而且，專利文獻2中，由于將單晶生長時的基板溫度設定為比較低的900～1100℃，因此雜質整體的濃度得到抑制，然而另一方面，卻有可能降低結晶性。

另一方面，作為紫外光的具有265nm的波長的光容易被細菌的DNA吸收，從所謂破壞DNA的觀點考慮，對于殺菌來說是有用的，有望加以實用化。但是，即使具有上述的350～780nm的全波長范圍中的50cm^-1以下的吸收系數，作為白色光源用的LED的基底基板所必需的300nm以下、特別是265nm下的透過率也不充分，因而希望改善265nm附近的透過率。

對于利用氫化物氣相外延法(HVPE法)制造的AlN單晶，還已知有對于265nm的光透過率較高的材料，而其光透過率約為40％左右(265nm下的吸收系數為120cm^-1左右)，不能說是充分的(參照非專利文獻1)。