CN103668443B - 第iii族氮化物半导体单晶、其制造方法、自立式衬底和半导体器件 - Google Patents

第iii族氮化物半导体单晶、其制造方法、自立式衬底和半导体器件 Download PDF

Info

Publication number
CN103668443B
CN103668443B CN201310359171.9A CN201310359171A CN103668443B CN 103668443 B CN103668443 B CN 103668443B CN 201310359171 A CN201310359171 A CN 201310359171A CN 103668443 B CN103668443 B CN 103668443B
Authority
CN
China
Prior art keywords
crucible
iii nitride
nitride semiconductor
group iii
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310359171.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103668443A (zh
Inventor
山崎史郎
守山实希
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyoda Gosei Co Ltd filed Critical Toyoda Gosei Co Ltd
Publication of CN103668443A publication Critical patent/CN103668443A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103668443B publication Critical patent/CN103668443B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B9/00—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents
    • C30B9/04—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution
    • C30B9/08—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution using other solvents
    • C30B9/12—Salt solvents, e.g. flux growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/02—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/06—Reaction chambers; Boats for supporting the melt; Substrate holders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/10—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
    • C30B29/64—Flat crystals, e.g. plates, strips or discs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B9/00—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents
    • C30B9/04—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution
    • C30B9/08—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution using other solvents
    • C30B9/10—Metal solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
    • H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66712—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/66734—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with a step of recessing the gate electrode, e.g. to form a trench gate electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/21—Circular sheet or circular blank

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及第III族氮化物半导体单晶及其制造方法、自立式衬底和半导体器件。本发明的一个目的是提供一种制造第III族氮化物半导体单晶的方法，该方法使得能够通过具有任意内侧直径的坩埚制造具有平坦表面的第III族氮化物半导体单晶；提供了从第III族氮化物半导体单晶获得的自立式衬底，并提供了使用自立式衬底的半导体器件。制造方法包括添加模板、熔剂和半导体原材料到坩埚中并在旋转条件下生长第III族氮化物半导体单晶。在半导体单晶生长的过程中，具有内侧直径R(mm)的坩埚旋转的最大转速ω(rpm)满足以下条件：ω1-4≤ω≤ω1+4；ω1＝10z；和z＝-0.78×log10(R)+3.1。

Description

第III族氮化物半导体单晶、其制造方法、自立式衬底和半导体器件
技术领域
本发明涉及第III族氮化物半导体单晶、其制造方法、自立式衬底、和半导体器件。更具体地，本发明涉及通过熔剂工艺(fluxprocess)制造第III族氮化物半导体单晶、其制造方法、自立式衬底、和半导体器件。
背景技术
半导体晶体的制造通过气相生长方法例如金属有机气相化学沉积(MOCVD)和氢化物气相外延(HVPE)；分子束外延生长(MBE)；和液相外延生长。一种液相外延生长技术是使用Na熔剂的熔剂工艺。
在熔剂工艺的常规工序中，在蓝宝石衬底或类似衬底上形成氮化镓(GaN)层，由此准备籽晶衬底，且在籽晶衬底上生长半导体单晶。这种情况下，将籽晶衬底、半导体单晶的原材料和熔剂置于坩埚中，然后在控制反应室内温度和压力的条件下生长半导体单晶。已公开了通过搅拌熔体将氮气从气-液界面转移到熔体内部的技术(参见例如专利文件1的第[0003]段、表1等)。
专利文件1：日本公开特许公报(特开)第2010-168236号
然而，为了制造具有大直径的单晶衬底，必须采用足以容纳衬底直径的大内侧直径的坩埚。在坩埚以给定的转速旋转的情况下，施加到坩埚内壁附近存在的熔融液体的离心力随着坩埚内侧直径的变化而变化。即，在坩埚旋转期间，存在于内壁附近的熔融液体的表面水平随着坩埚直径的增加而升高。
在一种情况下，可以通过以预定的旋转速度旋转具有小内侧直径的坩埚来制造具有平坦表面的半导体单晶。然而，当通过以相同的转速旋转具有更大内侧直径的坩埚来生长半导体单晶时，所得的半导体单晶有凹入的中央部分。因此，即使将转速调整到适合生长半导体单晶时，根据所采用的坩埚的直径，半导体单晶的表面也可以是平坦的或不平坦的。因此，在生长具有大直径和平坦表面的半导体单晶时遇到难题。
发明内容
已经设想了本发明来解决前述常规方法中涉及的难题。因此，本发明的一个目的是提供一种制造第III族氮化物半导体单晶的方法，这种方法使得能够通过具有任意内部直径的坩埚来制造具有平坦表面的第III族氮化物半导体单晶。另一个目的是提供通过这种方法制造的第III族氮化物半导体单晶。再一个目的是提供由第III族氮化物半导体单晶获得的自立式衬底(self-standingsubstrate)。又一个目的是提供采用自立式衬底的半导体器件。
因此，在本发明的第一个方面中，提供了一种通过使用熔剂用于生长第III族氮化物半导体单晶来制造第III族氮化物半导体单晶的方法。该方法包括添加籽晶衬底、熔剂和半导体原材料到坩埚中并在坩埚旋转的情况下生长第III族氮化物半导体单晶。在半导体单晶生长的过程中，具有内侧直径R(mm)的坩埚以最大转速ω(rpm)旋转，该最大转速ω(rpm)满足以下条件：
ω1-4≤ω≤ω1+4；
ω1＝10z；和
z＝-0.78×log10(R)+3.1。
在制造第III族氮化物半导体单晶的方法中，半导体单晶生长期间坩埚的最大转速ω(rpm)根据坩蜗内侧直径R(mm)进行调整。具体地，最大转速ω随着坩埚的内侧直径R的增加而减小。通过这种调节，可以抑制半导体晶体生长期间坩埚内壁附近存在的熔融液体高度增加和坩埚中央处的熔融液体的高度减小。这样生长的半导体单晶在中央基本上没有凹入区域，意味着可以获得平坦的半导体单晶。注意，还没有明确的解释熔剂高度和生长的半导体单晶的膜厚度分布之间的关系。然而，一个可想到的因素是熔融液体在籽晶生长表面附近的流动。下面将描述已经在实际进行的实验中建立的熔融液体的高度和半导体单晶的膜厚度分布的关系。
在制造第III族氮化物半导体单晶的方法的第二方面中，半导体单晶的生长包括恒速旋转阶段，其中坩埚旋转的恒定转速满足以下条件：
ω1-4≤ω≤ω1+4。在恒速旋转阶段内，转速在高水平下保持恒定，由此可以合适地搅拌熔剂以用于半导体单晶的生长。
在制造第III族氮化物半导体单晶的方法的第三方面中，在恒速旋转阶段内，坩埚以恒定转速旋转，该恒定转速满足以下条件：
ω1-2≤ω≤ω1+2。这样，熔融液体可以更适宜地进行搅拌。
在制造第III族氮化物半导体单晶的方法的第四方面中，该方法包括在半导体单晶生长之前，在衬底上形成籽层，由此提供籽晶衬底。由于籽晶衬底具有籽层，所以半导体单晶能够适宜地生长。
在制造第III族氮化物半导体单晶的方法的第五方面中，坩埚的旋转阶段包括：
加速阶段，其中转速增加到恒速旋转阶段的速度。
旋转暂停阶段，其中坩埚的旋转暂停；和
减速阶段，其中转速从恒速旋转阶段的速度降低。
在旋转暂停阶段，坩埚转速基本上为零。
在本发明的第六方面中，提供了已经在坩埚中通过熔剂工艺生长的第III族氮化物半导体单晶。具有内侧直径R(mm)的坩埚以最大转速ω(rpm)旋转，该最大转速ω(rpm)满足以下条件：
ω1-4≤ω≤ω1+4；
ω1＝10z；和
z＝-0.78×log10(R)+3.1。单晶具有130mm或更大的直径。第III族氮化物半导体单晶为平坦表面。
在本发明的第七方面中，提供了具有170mm或较小直径的第III族氮化物半导体单晶。第III族氮化物半导体单晶为平坦表面。
在本发明的第八方面中，提供了通过抛光前述第III族氮化物半导体单晶的至少一个表面形成的自立式衬底。自立式衬底具有充分大的直径。
在本发明的第九方面中，提供一种半导体器件，其包括：
前述自立式衬底；
形成在自立式衬底上的第III族氮化物半导体层；和
接触第III族氮化物半导体层或自立式衬底的电极。
本发明能够提供制造第III族氮化物半导体单晶的方法，该方法可以通过具有任意内侧直径的坩埚制造具有平坦表面的第III族氮化物半导体单晶；通过这种方法制造的第III族氮化物半导体单晶；通过第III族氮化物半导体单晶获得的自立式衬底；和使用自立式衬底的半导体器件。
附图说明
当结合附图进行考虑时，参考随后详细描述的优选实施方案，本发明的多个其它目的、特点和伴随的优点将更容易理解(因为其变得更好理解)，附图中：
图1是根据一个实施方案的第III族氮化物半导体单晶的截面图。
图2是根据一个实施方案的用于制造第III族氮化物半导体单晶的晶体生长设备构造的示意图。
图3是示出制造用于根据实施方案制造第III族氮化物半导体单晶的方法中的籽晶衬底的方法的图示。
图4是示出包含在根据实施方案制造第III族氮化物半导体单晶的方法中的半导体单晶生长的坩埚旋转模式的曲线图。
图5是示出根据实施方案制造第III族氮化物半导体单晶的方法中坩埚的内侧直径和坩埚的转速之间关系的曲线图。
图6是展示根据实施方案制造第III族氮化物半导体单晶的方法中坩埚的内侧直径和坩埚的旋转转速之间关系的第二曲线图。
图7是根据实施方案的垂直型半导体器件的结构的截面图。
图8是根据实施方案的水平型半导体器件的结构的截面图。
图9是根据实施方案的半导体发光器件的结构的截面图。
具体实施方式
接着将参考附图描述本发明的具体实施方案。实施方案涉及基于熔剂工艺制造第III族氮化物半导体单晶的方法；通过该方法制造的第III族氮化物半导体单晶；由第III族氮化物半导体单晶获得的自立式衬底；和采用自立式衬底的半导体器件。这些实施方案中描述的要素仅作为示例目的，本发明不限于这些实施方案。附图中示意性示出的每一层的厚度与它的实际值不相符。
1.半导体单晶
图1示出根据实施方案1的晶体CR。如图1所示，晶体CR具有蓝宝石衬底11、缓冲层12、GaN层13、和单晶CR1。单晶CR1是由基于第III族氮化物的化合物半导体形成的。单晶CR1通过从晶体CR上移除蓝宝石衬底11和其它层来获得。
2.晶体生长装置
图2示出根据实施方案1的晶体生长装置20。晶体生长装置20用于通过熔剂工艺在生长衬底上生长第III族氮化物半导体单晶。如图2所示，晶体生长装置20有进气管21、排气管22、绝热体23、反应室24、压力容器25、转盘27、旋转轴28、发动机31、发动机控制单元32和加热器H。
如图2所示，在晶体生长装置20中，坩埚26可以置于转盘27上。坩埚26可以和转盘27一同旋转。旋转中心与旋转轴28对应。坩埚26的转速可以通过调节发动机31的转动来调节。在实施方案1中，坩埚26的内侧直径与晶体生长期间坩埚26的转速相关。该关系的细节将在下文描述。
压力容器25适应于容纳反应室24。压力容器25由材料如SUS构成。当然，也可使用其它材料。反应室24适合于容纳坩蜗26并提供半导体单晶的生长条件。
设置进气管21用于将氮气(N2)供给到反应室24中。设置排气管22用于从反应室24排出氮气(N2)。反应室24的内部压力可以通过这两个管进行调节。设置加热器H用来加热压力容器25的内部以及反应室24的内部。加热器H也可以控制反应室24的内部温度。绝热体23用作可以阻止热量从反应室24的内部向外部扩散的构件。
转盘27用作坩埚26放置于其上的基底。因此，转盘设置27在反应室24中。坩埚26由铝制成。当然，也可使用其它材料。旋转轴28支撑转盘27并且将发送机31的动力传递至转盘27。旋转轴28接收发动机31的驱动力并用作旋转中心。
发动机31用作转动旋转轴28的旋转驱动构件。发动机控制单元32控制发动机31的旋转。发动机控制单元32控制发动机31的旋转方向以及发动机31的转速、和发动机31的转速的增加或减少。换句话说，发动机控制单元32根据下文描述的旋转模式控制坩埚26的旋转。
3.制造第III族氮化物半导体单晶的方法
3-1.形成籽晶衬底
下面将描述制造第III族氮化物半导体单晶的方法。如图3所示，将描述模板10的制备。模板10是用于通过熔剂工艺生长第III族氮化物半导体单晶的籽晶衬底。首先，提供蓝宝石衬底11。通过MOCVD，在蓝宝石衬底11的c-平面上形成缓冲层12。缓冲层12由材料例如AIN形成。缓冲层12也可以由TiN或GaN形成。
在缓冲层12上形成GaN层13，由此制备模板10。缓冲层12和GaN层13作为籽晶层。然而，当使用自立式衬底(晶片)时，无需形成缓冲层12。GaN层13在本实施方案中为GaN层，也可以由AlGaN、InGaN或AlInGaN形成。GaN层13在特定生长条件下于熔剂中经受回熔。在该情况下，部分GaN层13溶解在熔剂中。
3-2.半导体单晶生长
接下来，通过熔剂工艺在模板10上形成半导体单晶层，其为一种类型的液相外延生长。表1示出用于半导体单晶生长的原材料。Ga比例优选调整到30％或更少。然而，Ga比例可超过30％。碳比例可以在0摩尔％到2.0摩尔％之间变化。即，熔剂可以或可以不任选地包含碳。然而，碳比例更优选为0.01摩尔％至2.0摩尔％。表1中示出的值仅是示例，也可以使用其它值。除了这些元素之外，也可以添加掺杂元素。
待生长的半导体单晶是第III族氮化物半导体单晶，例如GaN。首先，模板10和表1中示出的原材料在控制露点和氧浓度的手套箱中进行称重。表1中示出的值仅是例子，可以使用不同的值。随后，将模板10、原材料和熔剂添加到坩埚26中。然后坩埚26放置在反应室24的转盘27上。此后，排空压力容器25，随后升高容器内的压力和温度。当坩埚26旋转时，生长半导体晶体。
表1：
图2示出用于生长半导体单晶的坩埚中的条件。温度调节为870℃，压力调节为3MPa。坩埚26的内侧直径为例如59mm。在该情况下，坩埚26的转速调节为54rpm。如下所述，在实施方案1中，将坩埚26的转速调整到与坩埚的内侧直径26对应的值。生长时间为约100小时。
表2
4、坩埚转速
4-1.坩埚旋转模式
如上所述，在半导体单晶的生长中，半导体单晶在坩埚26旋转的条件下生长。实施方案1的一个特性特征在于坩埚26以特定的转速旋转。在实施方案1中，坩埚26的转速ω根据坩埚26的内侧直径R来调节。
在实施方案1中采用的坩埚26的旋转模式在图4中示出。如图4所示，坩埚26的旋转模式包括正向旋转和反向旋转的交替重复。在本说明书中，坩埚26在正向的转速用符号“+”表示，在反方向的转速用符号“-”表示。
如图4所示，搅拌阶段包括加速阶段A1、恒速旋转(正向)阶段A2、减速阶段A3、加速阶段A4、恒速旋转(反向)阶段A5和减速阶段A6。在半导体单晶生长的过程中，该循环持续进行。此处使用的术语“加速”是指增加坩埚26转速的绝对值，术语“减速”是指减小坩埚26转速的绝对值。
在加速阶段A1中，坩埚26的转速ω增加到转速ω1。在恒速正向旋转阶段A2中，坩埚26以恒速ω1旋转。在减速阶段A3中，坩埚26的转速ω从ω1减小。在加速阶段A4中，坩埚26的转速ω增加到转速-ω1。在恒速反向旋转阶段A5中，坩埚26以恒速-ω1旋转。在减速阶段A6中，坩埚26的转速ω从-ω1减少。
如图4所示，恒速正向旋转阶段A2中的转速(ω1)的绝对值等于恒速反向旋转阶段A5中的转速(-ω1)的绝对值。恒速正向旋转阶段A2中的转速(ω1)的绝对值对应于坩埚26的最大转速。类似地，恒速反向旋转阶段A5中的转速(-ω1)的绝对值对应于坩埚26的最大转速。因此，在实施方案1中，坩埚26在恒速正向旋转阶段A2中的转速(ω1)的绝对值等于坩埚26在恒速反向旋转阶段A5中的转速(-ω1)的绝对值。
注意，加速阶段A1、减速阶段A3、加速阶段A4和减速阶段A6具有相同的时间长度。恒速正向旋转阶段A2和恒速反向旋转阶段A5具有相同的长度。恒速正向旋转阶段A2的长度相对于加速阶段A1长度之比((A2的长度)/(A1的长度))为0.5至2.5。当然，前述设定的值仅作为示例，也可以使用其它值。
4-2.坩埚转速，
施加到坩埚26中的熔融液体微体积ΔV的离心力可以通过以下公式计算：
(1/2)×ρ×ΔV×r×ω2，其中
ρ：熔融液体的密度
ΔV：熔融液体的微体积
R：坩埚的旋转中心到微体积的重心的距离；和
ω：坩埚的转速。因此，到旋转中心的距离r越大，施加到坩埚26中的熔融液体微体积ΔV上的离心力就越大。在以上式中，假定熔融液体的密度ρ假定是均一的。
因此，熔融液体的液体表面通常能够被假定为旋转的抛物面。换句话说，坩埚26的内侧直径R越大，则坩埚26内壁附近的熔融液体的表面水平越高。在坩埚26内壁附近的熔融液体的表面水平保持得高的情况下，当半导体单晶硅生长时，所形成的半导体单晶硅在衬底中央附近处薄，在衬底的外缘部分处厚。因此，当在实施方案1中的坩埚26具有大的内侧直径R时，坩埚26的转速ω减小。
具体地，在实施方案1中，将转速ω调整为满足以下条件。即，根据坩埚26的内侧直径调节来坩埚26的转速ω。
-ω1-4≤ω≤ω1+4…(1)
ω1＝10z
z＝-0.78×log10(R)+3.1
ω：坩埚的转速(rpm)
R：坩埚的内侧直径(mm)
条件(1)中的ω1是根据下文描述的实验结果绘制的曲线上的值。ω1的值仅取决于坩埚26的内侧直径。
条件(1)的范围在图4中使用箭头D1表示。如图4所示，在实施方案1中，坩埚26的转速ω调整为落入条件(1)的范围内。当满足条件时，坩埚26内壁附近的熔融液体的表面水平不会过度升高。
坩埚26的转速ω的最大值满足以下条件(2)。
ω1-4≤ω≤ω1+4…(2)
ω1＝10z
z＝-0.78×log10(R)+3.1
ω：坩埚的转速(rpm)
R：坩埚的内侧直径(mm)
条件(2)的范围在图4中使用箭头D2表示。当坩埚26的转速ω的最大值落入条件(2)的范围内时，坩埚26内壁附近的熔融液体的表面水平基本不升高。
5.实验
5-1.实验程序
提供三个具有不同内侧直径Rs的坩埚26。如表3中所示，内侧直径Rs分别为59mm、115mm和180mm。通过将每个坩埚布置为在不同的转速下，制造了第III族氮化物半导体单晶。半导体是GaN。观察每一个形成的单晶的出现。由于坩埚26的转速不同，所以一些单晶在中央厚，另一些单晶在外周部分厚。
当坩埚26的内侧直径R调节为59mm时，坩埚26以20rpm、50rpm和100rpm转动。当坩埚26的内侧直径R调节为115mm时，坩埚26以25rpm和50rpm转动。当坩埚26的内侧直径R调节为180mm时，坩埚26以25rpm和50rpm转动。
5-2.实验结果
表3示出了实验结果。在表3中，“中央厚度T1”指第III族氮化物半导体单晶在其中央的厚度。“外周厚度T2”指第III族氮化物半导体单晶在其外周部分处的厚度；即，单晶靠近其外周的厚度。理论上，当差值(T1-T2)几乎为零时，第III族氮化物半导体单晶的表面是平坦的。在实际情况下，由于平均厚度因生长条件的变化的变化而逐批变化，所以平坦性用参数(T1-T2)/T1进行评价。当(T1-T2)/T1大于零时，中央的厚度较大，反之当(T1-T2)/T1小于零时，外周部分的厚度较大。
通过使用具有内侧直径R的坩埚26，形成具有以下任意具体直径的单晶CR1。
当然，可以制造具有不同于以上直径的单晶CR1。然而，单晶CR1的直径需要稍微小于坩埚26的内侧直径。这样，当坩埚26以满足条件(1)和(2)的转速旋转时，且单晶的直径为130mm至170mm时，获得了具有平坦表面的单晶CR1。如表3所示，成功地生长出厚度为约0.5mm或更大的单晶CR1。
表3最右列中的“转速(T1＝T2)”是在中央厚度T1和外周厚度T2具有相同值时的转速。在坩埚26的内侧直径R为59mm的条件下，转速(T1＝T2)通过50rpm的(T1-T2)/T1和100rpm的(T1-T2)/T1两点的线性近似计算得出。50rpm的(T1-T2)/T1值通过平均实验数据b到f得出。作为结果，在坩埚26的内侧直径R为59mm的条件下，中央厚度T1和外周厚度T2是相同值时候的转速为54rpm。
类似地，在坩埚26的内侧直径R为115mm的条件下，中央厚度T1和外周厚度T2是相同值时的转速为30rpm。在坩埚26的内侧直径R为180mm的条件下，中央厚度T1和外周厚度T2是相同值时的转速为23rpm。
表3
图5示出实验结果。在图5中，横坐标代表坩埚的内侧直径R(mm)，纵坐标代表坩埚的转速ω(rpm)。前述三个点在图5中使用符号“方框”表示。即，这三点(坩埚26的内侧直径R为59mm，转速)如下：(59mm，54rpm)、(115mm，30rpm)和(180mm，23rpm)。通过穿过上述三个点的近似法绘制的曲线代表条件(1)的ω1。在图5中，条件(1)的ω1由粗实线代表。具体地，条件(1)的ω1通过最小二乘近似法导出。三点标示于具有纵向和横向对数轴的图上，并且进行线性回归。
同样在图5中，ω1+4用虚线表示，ω1-4由点划线表示。因此，条件(1)的ω的范围与图5中虚线和点划线限定的区域对应。由此，当生长半导体单晶时，调整坩埚26的转速ω以落入ω1-4(图5中的点划线)至ω1+4(图5中的虚线)的范围。
图6示出其它形式的实验的结果相同。在图6中，符号“凹”是指在衬底中央具有凹陷部分的半导体单晶，符号“凸”是指在衬底的中央处凸出的半导体单晶。
从图6中清楚可见，随着坩埚26的转速ω增加，形成的半导体单晶在其中央处的厚度趋向于减少。这是因为，在半导体单晶生长期间，熔融液体的表面水平在坩埚的外周部分高而在坩埚26的中央处低。相反，随着坩埚26的转速ω减少，所形成的半导体单晶在其中央处的厚度趋向于增加。这是因为，当熔融液体的表面水平通常平坦时，在单晶中央处的半导体单晶的生长得到促进。
如上所述，当转速ω过高时，形成的单晶CR1呈现凹形，而当转速ω过低时，形成的单晶CR1呈现凸形。在实施方案1中，当坩埚26内壁附近的熔融液体的表面水平升高被抑制时生长出具有平坦表面的单晶CR1。注意，当转速ω低时，在一些情况下，在单晶CR1上可形成混杂晶体。
6.修改方案
6-1转速ω的范围
在实施方案1中，转速ω的最大值调整为落入条件(2)的范围。然而，更优选的，转速ω(rpm)的值调整为落入条件(3)内。换句话说，设置转速ω(rpm)的值接近ω1。
ω1-2≤ω≤ω1+2…(3)
ω1＝10z
z＝-0.78×log10(R)+3.1
ω：坩埚的转速(rpm)
R：坩埚的内侧直径(mm)
6-2.旋转暂停阶段
在实施方案1中，使用在图4中示出的包括交替重复正向旋转和负相旋转的旋转模式。然而，可以向旋转模式添加其中停止旋转的旋转暂停阶段。即使在添加这样的暂停阶段时，熔融液体在籽晶表面的流动线分布可以以时间依赖的方式改进。在一种情况下，可以在减速阶段A3和加速阶段A4之间插入旋转暂停阶段。
旋转的方向可限于正向旋转。即，恒速旋转阶段、加速阶段和减速阶段沿正向方向进行。即使当采用这样的正向旋转模式时，优选添加其中停止旋转的旋转暂停阶段，使得熔融液体在籽晶表面的流动线分布可以以时间依赖的方式充分改进。
6-3.第III族氮化物半导体单晶
在实施方案1中，形成了一个GaN半导体单晶。然而，该制造方法可以应用到其它第III族氮化物半导体单晶的生长中。例如，可以制造AlxInyGa(1-x-y)N(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)。在该情况下下，必须向坩埚26添加额外的原材料。
6-4.多个半导体单晶的生长
在实施方案1中，通过单个坩蜗生长出一个半导体单晶。然而，也可以通过具有大直径的单坩埚制造多个半导体单晶，以提高产率。
7.实施方案小结
如上文所述，在实施方案1即用于制造第III族氮化物半导体单晶的发明的方法中，通过熔剂工艺生长单晶。其中放置用于生长单晶的模板10的坩埚26的转速ω根据坩埚26的内侧直径来确定。因此，坩埚26的转速仅依赖于内侧直径R，无需额外调整坩埚26的转速。这样，可以通过使用具有任意衬底直径的单晶生长模板10来生长合适的半导体单晶。
注意，给出的实施方案1仅用作举例说明的目的。当然，本领域内的技术人员可以在不偏离其精神的情况下改变或修改实施方案。例如，在实施方案1中，通过金属-有机化学气相沉积(MOCVD)在模板10上形成缓冲层12和GaN层13。然而，也可以使用气相生长技术例如氢化物气相外延(HVPE)、物理方法如分子束外延生长(MBE)和其它类似技术。
实施方案2
实施方案1涉及第III族氮化物半导体单晶。实施方案2涉及采用第III族氮化物半导体单晶的自立式衬底和采用自立式衬底的半导体器件。
1.垂直型半导体器件
图7示出了根据实施方案2的电源装置100。电源装置100是垂直型半导体器件。如图7所示，电源装置100有漏电极D1、栅电极G1和源电极S1。
电源装置100具有多个第III族氮化物半导体层。如图7所示，除了前述电极之外，电源装置100具有衬底110、n型层120、p型层130、n型层140和绝缘膜150。n型层120有依次沉积在衬底110上的n+GaN型层121和n-GaN型层122。源电极S1接触n型层140，漏电极D1接触衬底110。
2.自立式衬底
衬底110是由实施方案1的晶体CR制造的自立式衬底。此处所使用的术语“自立式衬底”涵盖盘状衬底(晶片)、器件分离后获得的衬底等。这样，从晶体CR移除蓝宝石衬底11和其它部分。该移除可以优选通过已知技术例如激光剥离来进行。这样获得的单晶CR1的两个表面都被抛光或者经受类似的处理，由此产生衬底110。衬底110可以设置有凹凸结构(embossment)或其它形状。或者，可以抛光单晶CR1的至少一个表面，而不是抛光两侧。
3.修改方案
3-1.水平型半导体器件
实施方案2涉及垂直型半导体器件。然而，实施方案2的自立式衬底可以应用到图8所示的水平型半导体器件200。图8所示的水平型半导体器件200是HFET。半导体器件200具有衬底210、缓冲层220、第一载流子运输层230、第二载流子运输层240、载流子供给层250、绝缘膜260、漏电极D2、源电极S2和栅电极G2。衬底210通过加工单晶CR1获得。
3-2.半导体发光器件
或者，实施方案2的自立式衬底可以应用到图9所示的半导体发光器件。如上所述，通过实施方案1中的制造方法获得的单晶CR1可应用到多种半导体器件。半导体发光器件300有衬底310、半导体层、p电极P3和n电极层N3。衬底310通过加工单晶CR1获得。
半导体层包括依次形成在衬底310的主表面上的缓冲层320、n型接触层330、n型ESD层340、n型SL层350、发光层360、p型覆层370和p型接触层380。p电极P3接触p型接触层380，n电极N3接触n型接触层330。

Claims (16)

1.一种通过使用用于生长第III族氮化物半导体单晶的熔剂来制造第III族氮化物半导体单晶的方法，所述方法包括：
将籽晶衬底、熔剂和半导体原材料添加到坩埚中并且在所述坩埚旋转的同时生长第III族氮化物半导体单晶，其中，在所述半导体单晶生长的过程中，所述坩埚的内侧直径越大，所述坩埚的最大转速越低，具有所述内侧直径R(mm)的所述坩埚以所述最大转速ω(rpm)旋转，所述最大转速ω(rpm)满足以下条件：
ω1-4≤ω≤ω1+4；
ω1＝10z；和
z＝-0.78×log10(R)+3.1。
2.根据权利要求1的制造第III族氮化物半导体单晶的方法，其中所述半导体单晶的生长包括恒速旋转阶段，在所述恒速旋转阶段中所述坩埚以恒定转速旋转，所述恒定转速满足以下条件：
ω1-4≤ω≤ω1+4。
3.根据权利要求2的制造第III族氮化物半导体单晶的方法，其中在所述恒速旋转阶段中，所述坩埚以恒定转速旋转，所述恒定转速满足以下条件：
ω1-2≤ω≤ω1+2。
4.根据权利要求1的制造第III族氮化物半导体单晶的方法，其包括在生长所述半导体单晶之前，在衬底上形成籽层，由此提供籽晶衬底。
5.根据权利要求2的制造第III族氮化物半导体单晶的方法，其包括在生长所述半导体单晶之前，在衬底上形成籽层，由此提供籽晶衬底。
6.根据权利要求3的制造第III族氮化物半导体单晶的方法，其包括在生长所述半导体单晶之前，在衬底上形成籽层，由此提供籽晶衬底。
7.根据权利要求2的制造第III族氮化物半导体单晶的方法，其中旋转所述坩埚的阶段包括：
加速阶段，其中转速被加速到所述恒速旋转阶段的速度；
旋转暂停阶段，其中所述坩埚的旋转被暂停；和
减速阶段，其中所述转速从所述恒速旋转阶段的速度减小。
8.根据权利要求3的制造第III族氮化物半导体单晶的方法，其中旋转所述坩埚的阶段包括：
加速阶段，其中转速被加速到所述恒速旋转阶段的速度；
旋转暂停阶段，其中所述坩埚的旋转被暂停；和
减速阶段，其中所述转速从所述恒速旋转阶段的速度减小。
9.根据权利要求5的制造第III族氮化物半导体单晶的方法，其中旋转所述坩埚的阶段包括：
加速阶段，其中转速被加速到所述恒速旋转阶段的速度；
旋转暂停阶段，其中所述坩埚的旋转被暂停；和
减速阶段，其中所述转速从所述恒速旋转阶段的速度减小。
10.根据权利要求6的第III族氮化物半导体单晶的制造方法，其中旋转所述坩埚的阶段包括：
加速阶段，其中转速被加速到所述恒速旋转阶段的速度；
旋转暂停阶段，其中所述坩埚的旋转被暂停；和
减速阶段，其中所述转速从所述恒速旋转阶段的速度减小。
11.一种第III族氮化物半导体单晶，该单晶已通过熔剂工艺在坩埚中生长，其中所述坩埚的内侧直径越大，所述坩埚的最大转速越低，具有所述内侧直径R(mm)的所述坩埚以所述最大转速ω(rpm)旋转，所述最大转速ω(rpm)满足以下条件：
ω1-4≤ω≤ω1+4；
ω1＝10z；和
z＝-0.78×log10(R)+3.1，
并且所述单晶具有130mm或更大的直径。
12.根据权利要求11的第III族氮化物半导体单晶，其具有170mm或更小的直径。
13.一种自立式衬底，其通过抛光根据权利要求11所述的第III族氮化物半导体单晶的至少一个表面获得。
14.一种自立式衬底，其通过抛光根据权利要求12所述的第III族氮化物半导体单晶的至少一个表面获得。
15.一种半导体器件，其包括：
根据权利要求13所述的自立式衬底；
在所述自立式衬底上形成的第III族氮化物半导体层；和
接触所述第III族氮化物半导体层或所述自立式衬底的电极。
16.一种半导体器件，其包括：
根据权利要求14所述的自立式衬底；
在所述自立式衬底上形成的第III族氮化物半导体层；和
接触所述第III族氮化物半导体层或所述自立式衬底的电极。
CN201310359171.9A 2012-09-10 2013-08-16 第iii族氮化物半导体单晶、其制造方法、自立式衬底和半导体器件 Active CN103668443B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012198663A JP6208416B2 (ja) 2012-09-10 2012-09-10 ＧａＮ半導体単結晶の製造方法
JP2012-198663 2012-09-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103668443A CN103668443A (zh) 2014-03-26
CN103668443B true CN103668443B (zh) 2016-07-06

Family

ID=50232429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310359171.9A Active CN103668443B (zh) 2012-09-10 2013-08-16 第iii族氮化物半导体单晶、其制造方法、自立式衬底和半导体器件

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8962456B2 (zh)
JP (1) JP6208416B2 (zh)
CN (1) CN103668443B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6714320B2 (ja) * 2014-03-18 2020-06-24 株式会社サイオクス １３族窒化物結晶の製造方法及び１３族窒化物結晶を有する積層体

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1429401A (zh) * 2000-03-14 2003-07-09 丰田合成株式会社 用于制造ⅲ族氮化物系化合物半导体的方法以及ⅲ族氮化物系化合物半导体器件
EP1385196A2 (en) * 2002-07-19 2004-01-28 Toyoda Gosei Co., Ltd. Method of producing a Group III nitride semiconductor crystal
CN1798881A (zh) * 2003-03-17 2006-07-05 财团法人大阪产业振兴机构 第ⅲ族元素氮化物单晶的制备方法和其中使用的设备
CN101415868A (zh) * 2006-04-07 2009-04-22 丰田合成株式会社 半导体晶体的制造方法和半导体衬底
JP2010037155A (ja) * 2008-08-06 2010-02-18 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体結晶の製造方法
JP2010083711A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3898247B2 (ja) * 1995-12-06 2007-03-28 信越半導体株式会社 単結晶の製造装置および製造方法
JPH10167892A (ja) * 1996-12-13 1998-06-23 Komatsu Electron Metals Co Ltd シリコン単結晶の引き上げ方法
US8101020B2 (en) * 2005-10-14 2012-01-24 Ricoh Company, Ltd. Crystal growth apparatus and manufacturing method of group III nitride crystal
WO2007102610A1 (ja) 2006-03-06 2007-09-13 Ngk Insulators, Ltd. 単結晶の育成方法
JP4968707B2 (ja) 2006-03-06 2012-07-04 日本碍子株式会社 Ｉｉｉ族窒化物単結晶の育成方法
JP4647525B2 (ja) * 2006-03-20 2011-03-09 日本碍子株式会社 Ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法
JP5129527B2 (ja) * 2006-10-02 2013-01-30 株式会社リコー 結晶製造方法及び基板製造方法
JP5244628B2 (ja) * 2009-01-21 2013-07-24 日本碍子株式会社 ３ｂ族窒化物結晶板の製法
JP5147092B2 (ja) * 2009-03-30 2013-02-20 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法
JP2011230966A (ja) 2010-04-28 2011-11-17 Mitsubishi Chemicals Corp 第１３族金属窒化物結晶の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1429401A (zh) * 2000-03-14 2003-07-09 丰田合成株式会社 用于制造ⅲ族氮化物系化合物半导体的方法以及ⅲ族氮化物系化合物半导体器件
EP1385196A2 (en) * 2002-07-19 2004-01-28 Toyoda Gosei Co., Ltd. Method of producing a Group III nitride semiconductor crystal
CN1798881A (zh) * 2003-03-17 2006-07-05 财团法人大阪产业振兴机构 第ⅲ族元素氮化物单晶的制备方法和其中使用的设备
CN101415868A (zh) * 2006-04-07 2009-04-22 丰田合成株式会社 半导体晶体的制造方法和半导体衬底
JP2010037155A (ja) * 2008-08-06 2010-02-18 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体結晶の製造方法
JP2010083711A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014051426A (ja) 2014-03-20
US8962456B2 (en) 2015-02-24
JP6208416B2 (ja) 2017-10-04
CN103668443A (zh) 2014-03-26
US20140070370A1 (en) 2014-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI355431B (zh)
CN103228827B (zh) 外延碳化硅单晶基板的制造方法
CN1324168C (zh) SiC结晶的制造方法以及SiC结晶
US10494737B2 (en) Apparatus for producing SiC epitaxial wafer and method for producing SiC epitaxial wafer
US11749525B2 (en) Vapor phase growth apparatus and vapor phase growth method
CN107004583B (zh) 晶片支承台、化学气相生长装置、外延晶片及其制造方法
US10930492B2 (en) Method for producing SiC epitaxial wafer and apparatus for producing SiC epitaxial wafer
CN103620095A (zh) 碳化硅单晶基板及其制造方法
JP2004323348A (ja) 炭化ケイ素単結晶の製造方法
WO2005116307A1 (ja) 炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法
JP6601956B2 (ja) ウェハ支持台とそれを備えたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置および製造方法
WO2017110550A1 (ja) ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法
JP6832240B2 (ja) ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法
JP2014067955A (ja) エピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法
CN103668443B (zh) 第iii族氮化物半导体单晶、其制造方法、自立式衬底和半导体器件
TWI742550B (zh) 磊晶生長設備和磊晶生長方法（一）
JP6722578B2 (ja) ＳｉＣウェハの製造方法
US20150044467A1 (en) Method of growing ingot and ingot
TWI740402B (zh) 磊晶生長裝置和磊晶生長方法（二）
CN106480492B (zh) 用于生产第iii族氮化物半导体单晶的方法
CN110219049B (zh) GaN层叠体及其制造方法
JP2014051426A5 (zh)
JP3477292B2 (ja) 半導体液相エピタキシャル装置
JP2021082641A (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ
KR20150075195A (ko) 탄화규소 에피택시 고속 성장 공정

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant