[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及用于生长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。

背景技术

氮化铝(AlN)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^-1cm^-1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AlN晶体的III族氮化 物半导体晶体的方法。关于用于生长AlN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AlN 粉末、二氧化钛(TiO₂)和苯酚彼此混合，准备混合粉末，所述二氧化 钛与AlN在加热条件下反应以分解和蒸发AlN。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℃，同时，将SiC衬底加热到1700℃，随后，该混合粉末被分 解和蒸发使得AlN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AlN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1800℃一样低，所以材 料的升华速率变低。因此，有在基础衬底上生长的AlN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 AlN晶体被升华，导致引起了AlN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III族氮化物半导体晶体的生长装置，通过该装置可以改 善III族氮化物半导体晶体的生长速率。

本发明的用于生长III族氮化物半导体晶体的方法是一种通过升华 包括III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III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III 族氮化物半导体晶体。

根据本发明的用于生长III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III族氮化物半导体晶体的空间之间，所以在材料 和生长III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III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III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III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III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III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III 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III 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III 族氮化物半导体晶体的生长速率。

在用于生长III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III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III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III 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III 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III族氮化物 半导体晶体的生长速率被进一步增加。