[发明专利]氮化铝单晶的制造装置、氮化铝单晶的制造方法及氮化铝单晶

说明书

技术领域

本发明涉及氮化铝(AlN)单晶的制造装置和氮化铝单晶的制造方法以及氮化铝单晶。

本申请基于2009年4月24日在日本申请的日本特愿2009-106689号主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

氮化铝系半导体具有即便是在宽隙半导体中也属于非常大的6eV的带隙，作为紫外LED、激光元件的材料被寄予厚望。另外，氮化铝的晶格常数与作为高耐压高频功率器件而被期待的氮化镓(GaN)的晶格常数极其接近，所以氮化铝系半导体作为GaN器件制作用的基板材料也受到很大关注。

作为通常的氮化铝单晶的制造方法，可以举出液相生长法(助熔剂法)、升华法(升华再结晶生长法)、氢化物气相沉积法(气相生长法)等。其中，已知升华法是晶体的生长速度快且能够得到具有数mm以上厚度的大块晶体的方法。该升华法被当成作为下一代功率半导体材料受注目的碳化硅(SiC)的单晶的生长方法广为认知，以应用该技术的形式在进行氮化铝(AlN)单晶的生长的研究开发。

在这里，对通常的氮化铝单晶生长中的升华法进行说明。

图2表示通常的氮化铝单晶制造装置51的一个例子。在图2中，符号52为坩埚、符号53为盖体、符号10为晶体生长用炉、符号11为氮化铝原料、符号12为晶种、符号13为氮化铝单晶、符号15为加热装置、符号16为气体导入部、符号17为气体排出部。

坩埚52是利用石墨或碳化钽(TaC)形成的容器。坩埚52中收纳有氮化铝原料11。坩埚52的上表面载置有盖体53，由该盖体53和坩埚52形成内部空间14。盖体53的下表面粘合有由氮化铝或碳化硅(SiC)形成的晶种12。

坩埚52被固定于具备加热装置15的晶体生长用炉10内。晶体生长用炉10的天井部上形成有用于将氮气等导入晶体生长用炉10内的气体导入部16。晶体生长用炉10的底部上形成有用于排出氮气等导入到晶体生长用炉10内的气体或者在晶体生长用炉10内产生的气体的气体排出部17。通过这些气体导入部16和气体排出部17而晶体生长用炉10的内部被调整为规定的气体压力。

在使氮化铝单晶13生长时，通过将氮化铝原料11利用加热装置15加热至约2000℃来进行升华。由此，在内部空间14产生以氮化铝为组成的升华气体，被移送至晶种12上。由此，氮化铝单晶13从升华气体向晶种12上再结晶化。此时，为了促进升华气体的移送，将晶种12的温度设定成低于氮化铝原料11的温度。

作为通常的氮化铝单晶制造方法中的升华法，已知非专利文献1、非专利文献2中记载的那样的方法。在这些方法中，作为收纳氮化铝原料的坩埚可以使用TaC坩埚、钨坩埚、氮化硼(BN)坩埚、石墨坩埚、将坩埚内部用氮化物覆盖的石墨坩埚等。在氮化铝单晶的制造中使用高频加热炉的情况下，通常，作为加热炉的发热体利用石墨坩埚。此时，将用于收纳原料的坩埚设置在石墨坩埚内来进行氮化铝单晶的制造。

从加热的氮化铝原料生成的升华气体的腐蚀性强。特别是，从加热至1900℃以上的氮化铝原料生成的升华气体随着加热温度的上升，其腐蚀性变格外强。TaC坩埚被认为是对氮化铝升华气体的耐腐蚀性最高的坩埚之一，可以在2000℃以上的条件下进行晶体生长。另一方面，产业上，在大块晶体生长中希望100μm/h以上的晶体生长速度。在利用升华法的氮化铝单晶的生长中，为了得到100μm/h以上的生长速度，需要使晶种的温度为2000℃以上。因此，TaC坩埚是适合大块晶体生长的少数坩埚之一，使用该TaC坩埚的情况下，可以得到具有数mm以上的厚度的氮化铝大块晶体。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：E.N.Mokhov et al.，Journal of Crystal Growth 281(2005)93

非专利文献2：C.Hartmann et al.，Journal of CrystalGrowth 310(2008)930

发明内容

在升华法这样的利用了坩埚的晶体生长中，从构成坩埚的材料(以下有时称为坩埚材料)产生的杂质混入生长晶体的污染时常发生。已知利用使用了TaC坩埚的升华法的氮化铝单晶的生长的情况下，氮化铝单晶中存在数百ppm左右的碳(参照非专利文献1)。如此，使用由含碳的化合物(碳化物)构成的坩埚进行氮化铝单晶的生长时，存在碳在不经意间混入晶体中的危险。这样的碳的混入有可能引起以下的现象从而成为重大的问题。

(a)碳作为碳簇进入晶体内时，各个碳簇成为核而进行晶体生长，诱发多晶体化。