[发明专利]氮化镓系结晶的生长方法和热处理装置

说明书

本发明提供氮化镓系结晶的生长方法和热处理装置。氮化镓系结晶的生长方法包括以下工序：以350℃～700℃的成膜温度在硅基板上进行含有氮化铝或氧化铝的中间层的成膜；在含有氨或氧的气氛中加热所述硅基板和所述中间层，而使所述中间层所含有的氮化铝或氧化铝的结晶核分布在该硅基板上；以及以分布在所述硅基板上的所述结晶核为起点，使氮化镓系结晶在所述硅基板上生长。

技术领域

本发明涉及氮化镓系结晶的生长方法和热处理装置。

背景技术

作为发光器件等半导体器件的构成材料而公知有氮化镓(GaN)。通常，为了使GaN系结晶生长，作为成为基底的基板而使用蓝宝石基板。例如，作为第1以往例而公知有如下一种方法：通过向反应管内供给三甲基镓(TMGa)气体和氮(N₂)气并使这些气体在已经在反应管内被加热的蓝宝石基板上发生反应，从而在蓝宝石基板上形成GaN结晶层。

另外，为了廉价地制造大面积的GaN系半导体器件，能够想到使GaN系结晶在硅(Si)基板上生长。但是，由于Si和GaN的反应性较高，因此，若使GaN系结晶直接在硅基板上生长，则会产生回熔蚀刻(日文：メルトバックエッチング)反应，其结果，难以使优质的GaN结晶在硅基板上生长。为了解决这样的问题，公知有如下一种技术：通过使与Si和GaN这两者的亲和性较高的中间层介于硅基板与GaN结晶层之间，从而防止产生回熔蚀刻。

例如，作为第2以往例，公知有一种在硅基板上依次层叠初始缓冲区域、多层缓冲区域、以及GaN单结晶层而成的半导体器件。该初始缓冲区域包括AlN单结晶层。该AlN单结晶层是通过如下方式形成的：将三甲基铝(TMA)和氨(NH₃)用作原料气体，在1100℃的条件下进行气相生长。在第2以往例的半导体器件中，通过将AlN单结晶层作为中间层介于硅基板与GaN单结晶层之间，从而防止产生回熔蚀刻。

发明内容

在第2以往例中，为了使AlN结晶化，以较高的成膜温度形成AlN单结晶层。但是，为了使AlN结晶化，需要将硅基板加热至接近熔点的温度，从而由于加热温度硅基板有时会发生熔融。因此，能够想到在硅基板上以低温形成非晶质的AlN膜并使GaN单结晶在AlN膜之上生长。但是，在以低温形成了AlN膜的情况下，在使GaN的结晶在AlN膜上生长时非晶质的AlN膜的一部分会结晶化，从而有时使AlN膜产生裂缝。在该情况下，硅基板和GaN会经由裂缝而发生反应，从而有可能产生回熔蚀刻。

本申请的技术方案提供能够抑制在使氮化镓系结晶在硅基板上生长时产生回熔蚀刻的氮化镓系结晶的生长方法和热处理装置。

在一技术方案中，提供一种氮化镓系结晶的生长方法。该方法包括以下工序：(a)以350℃～700℃的成膜温度在硅基板上进行含有氮化铝或氧化铝的中间层的成膜；(b)在含有氨或氧的气氛中加热硅基板和中间层，而使中间层所含有的氮化铝或氧化铝的结晶核分布在该硅基板上；以及(c)使氮化镓系结晶以结晶核为起点在硅基板上生长。

一技术方案的热处理装置包括：处理容器；气体供给部，其用于向处理容器内供给气体；加热部，其用于对容纳在处理容器内的被处理体进行加热；以及控制部，其用于控制气体供给部和加热部，控制部以如下方式控制气体供给部和加热部：向处理容器内供给含有铝的气体和含有氮或氧的气体，并将被处理体加热至350℃～700℃的温度；向处理容器内供给含有氨或氧的气体，并加热被处理体；以及向处理容器内供给含有镓的气体和含有氮的气体，并加热被处理体。

附图说明

附图是作为本说明书的一部分而编入的，表示本申请的实施方式，这些附图用于连同所述一般性说明和后述的实施方式的详细内容一起说明本申请的概念。

图1是表示一实施方式的氮化镓系结晶的生长方法的流程图。

图2是概略地表示在实施一实施方式的氮化镓系结晶的生长方法时所使用的、另一实施方式的热处理装置的剖视图。