[发明专利]AlN块状单晶、使用该单晶的半导体装置和生产该单晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及诸如发光装置、电子装置和半导体传感器的半导体装置以及用于制备AlN单晶的方法；特别是，通过升华方法制备大直径的AlN块状单晶的方法。 

背景技术

由于AlN晶体具有宽能带隙、高热传导性和高电阻，AlN晶体近些年作为诸如光学装置和电子装置的多种半导体装置的基板材料受到了关注。 

制备AlN单晶的常规方法包括升华方法，在该方法中如专利文件1所公开的，将AlN晶体材料装入坩埚并且升华的AlN生长为单晶。如下实施这种升华方法：将单晶的材料粉末和通过加热与该材料反应以分解该材料并蒸发AlN的氧化物粉末混合；将所得的混合粉末在低于该材料的升华温度或熔解温度的温度下，在氮气环境或包含氢和碳的氮气环境中加热，从而将混合的粉末分解、蒸发AlN并且利用所得的蒸发组分在基板上生长晶体。 

然而，通过升华方法制备AlN单晶的常规方法有如下问题。该方法需要制备由AlN单晶组成并且具有和准备生长的单晶相似的直径的晶种。这样的AlN单晶昂贵并且目前得到具有大直径(直径在10mm或10mm以上)的AlN块状单晶是非常困难的。 

为了克服这个问题，采用了一种方法，在该方法中将AlN单晶生长在由不同于AlN的材料所构成的单晶上。这个方法公开于例如非专利文件1和2中，在该方法中通过升华方法将AlN单晶生长在作为可替代晶种的SiC晶体上。利用该方法，可以将AlN单晶在没有AlN块状单晶作为晶种的情况下生长。 

然而，这个方法有如下问题。当将单晶生长在SiC晶种上时，C 面晶片由于其为具有大直径的晶种而一般被用作晶种，该C面晶片为目前仅市售可购的产品。沿C轴方向生长的SiC单晶不可避免地包括沿C轴方向传播的内部缺陷。这些缺陷传播到生长在SiC晶种上的AlN单晶。此外，由于SiC晶体和AlN晶体的晶体常数、热膨胀系数等的匹配性不良，将AlN生长于SiC上的这样的异质外延生长会在SiC和AlN之间的交界面导致新的缺陷。在装置上使用所得的AlN单晶可能会由于AlN单晶的缺陷导致装置性能的下降。 

近些年报道了一种技术，例如在非专利文件3中所公开的，其中生长SiC单晶使得其晶体生长面为相对于晶种(SiC单晶)的C面具有除90°以外的任何倾斜角度的面(在下文中，指“r面”)。利用这个技术，SiC单晶能够沿C轴以外的方向生长，因此可以将在晶体生长时沿C轴传播的缺陷排出到晶体之外。因而，可以得到包含较少缺陷的SiC单晶。 

然而，在具有r面的SiC单晶基板上生长AlN单晶有下列问题。由于SiC和AlN之间在组分和诸如晶格常数的物理性能值方面的差异，在SiC单晶基板的r面上生长AlN单晶并不必然导致缺陷的减少。 

专利文件和非专利文件 

专利文件1：特开平10-53495号公报 

非专利文件1：V.Noveski，“MRS Internet J.Nitride Semicond.Res.”，卷9，2，2004 

非专利文件2：S.Wang，“Mater.Res.Soc.Symp.Proc.”，卷892，FF30-06，1，2006 

非专利文件3：Z.G.Herro，B.M.Epelbaum，M.Bickermann，C.Seitz，A.Magerl，A.Winnacker，“Growth of 6H-SIC crystals along the[01-15] direction(6H-SIC晶体沿[01-15]方向的生长)”Journal of Crystal Growth 275，496页-503页，2005 

本发明的目的为提供具有较少缺陷和高品质的AlN块状单晶，以及通过使用AlN单晶生长于其上的合适的晶种制备该AlN块状单晶的方法；以及半导体装置。 

发明内容

本发明的发明人仔细地研究了如何将利用r面作为晶体生长面的技术应用于生长AlN单晶。结果，发明人发现单纯地将AlN单晶生长于作为晶种的SiC单晶的特定r面上在抑制产生于晶种中的缺陷传播到AlN单晶方面是有利的。然而，发明人发现，依靠SiC单晶的r面的选择，由于SiC和AlN之间的匹配性较差，在SiC和AlN之间的交界面处新缺陷的产生仍然成问题。