CN107230737A

CN107230737A - Iii族氮化物基板以及iii族氮化物结晶的制造方法

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Publication number: CN107230737A
Application number: CN201710056925.1A
Authority: CN
Inventors: 冈山芳央
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2017-10-03
Anticipated expiration: 2037-01-25
Also published as: US11248310B2; US20220119984A1; US20170275780A1; CN107230737B

Abstract

本发明的课题在于，提供制造高品质的III族氮化物结晶的方法。解决方法为一种III族氮化物基板，其具备具有正面和背面的III族氮化物的基材部，上述正面与所述背面的Mg浓度不同。通过以该III族氮化物基板为解决手段，能够解决上述课题。上述课题即在于提供制造高品质的III族氮化物结晶的方法。为了解决该课题，提供一种III族氮化物基板，其具备具有正面和背面的III族氮化物的基材部，上述正面与所述背面的Mg浓度不同。

Description

III族氮化物基板以及III族氮化物结晶的制造方法

技术领域

本发明涉及III族氮化物基板、以及III族氮化物结晶的制造方法。

背景技术

近年来，GaN等III族氮化物的结晶作为发光二极管等的材料受到关注。作为这样的III族氮化物的结晶的制造方法之一，已知在Na等熔剂中，使III族元素与氮反应，在基板上进行结晶生长的熔剂法。作为此时的基板，通常为蓝宝石基板等。另外，作为其它制造方法，还已知：使III族元素的卤化物气体与氨反应，在基板上进行结晶生长的HVPE法(氢化物气相生长法)；使III族元素的氧化物气体与氨反应的OVPE法(氧化物气相生长法)等气相生长法。在HVPE法、OVPE法中，作为基板也通常为蓝宝石基板等。但是，蓝宝石基板相对于GaN的晶格不匹配率为13.8％，若使III族氮化物结晶在该蓝宝石基板上生长，则存在容易产生结晶缺陷等课题。

另一方面，作为用于制作III族氮化物的基板，提出了ScAlMgO₄(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-178448号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，ScAlMgO₄基板的晶格常数虽然与蓝宝石相比不匹配率小，但是不完全与III族氮化物的晶格常数一致。因此，存在如下问题：在包含以ScAlMgO₄基板为代表的、通式RAMgO₄(通式中，R表示选自Sc、In、Y、和镧系元素系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga、和Al中的一个或多个三价元素)所表示的单晶体的基板上生长的III族氮化物结晶中产生翘曲、裂纹、结晶缺陷。

因此，本发明的目的在于提供高品质的III族氮化物结晶。

用于解决问题的手段

为了达成上述目的，本发明提供一种III族氮化物基板，其具备具有正面和背面的III族氮化物的基材部，所述基材部的正面与所述基材部的背面的Mg浓度不同。另外，提供一种III族氮化物结晶的制造方法，其包括：准备包含通式RAMgO₄所表示的单晶体(通式中，R表示选自Sc、In、Y、和镧系元素系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga、和Al中的一个或多个三价元素)的RAMgO₄基板的工序；使含有Mg的III族氮化物结晶在所述RAMgO₄基板上生长的工序。

发明效果

根据本发明，能够减小III族氮化物基板、与向制造III族氮化物基板时的基底基板或III族氮化物基板上形成的发光层等III族氮化物层的晶格常数的不匹配。也就是说，能够制造高品质的III族氮化物基板以及使用其的高性能的发光二极管等电子器件。

附图说明

图1为本发明的实施方式的III族氮化物基板的一例的示意性截面图。

图2为本发明的实施方式的III族氮化物基板的另一例的示意性截面图。

图3为本发明的实施方式中使用的含RAMgO₄基板的一例的示意性截面图。

图4为本发明的实施方式中使用的结晶制作装置的示意性截面图。

图5为本发明的实施方式中使用的结晶制作装置的示意性截面图。

具体实施方式

图1中，示出本发明的III族氮化物基板10的一例的示意性截面图。如图1所示，III族氮化物基板10的特征在于具备具有正面2和背面3的包含III族氮化物的基材部1，该基材部1的正面2与背面3的Mg浓度不同。像这样，由于正面2与背面3的Mg浓度不同，而正面2附近与背面3附近的晶格常数不同。因此，能够将III族氮化物基板10、与设置于III族氮化物基板10的正面2侧或背面3侧的基板、结晶层的晶格常数的不匹配控制得较小。

关于III族氮化物的晶格常数，有报道称若添加杂质，则晶格常数根据其浓度而发生变化。具体来说，若向GaN添加Si、Be则晶格常数变小，若添加Mg、O则晶格常数变大。但是，在III族氮化物基板上制作发光二极管等器件时，需要在III族氮化物结晶上形成包含III族氮化物的发光层等，若使III族氮化物结晶的晶格常数大幅变化，则存在发光层等的结晶品质劣化的问题。因此，如果像本实施方式那样，向基材部11(III族氮化物结晶)添加Mg，则能够适当改善它们的晶格不匹配，能够实现高品质的GaN等III族氮化物结晶的形成。

另外，基材部1的正面2是用于在其上使III族氮化物结晶(例如，发光二极管的发光层等)生长的面，可以使正面2的Mg浓度小于背面3的Mg浓度。像这样，通过降低正面2的Mg浓度，从而基材部1的正面2的晶格常数、与在正面2上生长的III族氮化物结晶的晶格常数变得接近，可以得到高品质的III族氮化物结晶。进一步，本实施方式的基材部1可以将正面2设为+C面(例如，基材部1为GaN时，正面2为Ga极性面)，将背面3设为一C面(例如，基材部1为GaN时，背面3为N极性面)。通过将正面2设为+C面，在正面2上生长出更高品质的III族氮化物结晶。

另外，图2中，示出本发明的III族氮化物基板的另一例的示意性截面图。如图2所示，在包含III族氮化物的基材部1的背面3侧，可以设有包含通式RAMgO₄所表示的单晶体(通式中，R表示选自Sc、In、Y、和镧系元素系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga、和Al中的一个或多个三价元素)的RAMgO₄基板4。RAMgO₄与III族氮化物的晶格常数相近，因此与设置蓝宝石基板等作为种基板时相比，III族氮化物基板10’的翘曲和裂纹减少。另外，通过设置RAMgO₄基板4，与单独使用包含III族氮化物的基材部1时相比机械强度增强，在传送时或向正面2上的III族氮化物结晶的生长时，能够抑制基材部1的破裂、裂纹这样的不良情况发生。

进一步，在基材部1与RAMgO₄基板4之间，可以含有包含多晶或非晶的缓冲层5。若在基材部1与RAMgO₄基板4之间含有包含多晶或非晶的缓冲层5，则能够抑制因基材部1的背面3与RAMgO₄基板4的晶格常数的差异引起的在基材部1产生结晶缺陷等结晶品质劣化。另外，在基材部1与缓冲层5之间，可以进一步含有包含单晶的III族氮化物膜6。通过在它们之间含有包含单晶的III族氮化物膜6，能够抑制因作为多晶的缓冲层5引起的基材部1多晶化、或结晶品质劣化。需要说明的是，本发明的III族氮化物基板可以通过以下III族氮化物结晶的制造方法来制造，可以将利用后述的方法得到的III族氮化物结晶作为上述的III族氮化物基板10或10’的基材部1。

以下，对本发明的III族氮化物结晶的制造方法进行说明。图4和图5中，作为用于制造本发明的III族氮化物结晶的制造的装置的一例，示出用于进行熔剂法的反应装置(结晶制作装置)100的一例的示意性截面图。如图5所示，本发明的III族氮化物结晶的制造方法中，在使图3所示的含RAMgO₄基板11浸渍于包含III族元素和熔剂的混合液12中的状态下，向反应室103内导入氮气。然后，在混合液12中使III族元素和氮反应，由此使III族氮化物的结晶在含RAMgO₄基板11表面生长。该结晶生长时，Mg从含RAMgO₄基板11向III族氮化物结晶扩散，因此可以得到所期望的含有Mg的III族氮化物结晶。

在此，在本发明的制造方法中，进行：准备RAMgO₄基板，并在其上形成缓冲层的工序；在缓冲层上形成III族氮化物膜的工序(含RAMgO₄基板形成工序)；和在该含RAMgO₄基板的III族氮化物膜上通过熔剂法或HVPE法等气相生长法形成III族氮化物结晶的工序(结晶形成工序)。以下，对于本发明的实施方式的III族氮化物结晶的制造方法，以RAMgO₄基板为包含ScAlMgO₄的单晶的基板(以下，也称“ScAlMgO₄基板”)、且制作GaN结晶作为III族氮化物结晶的实施方式为例进行说明。

(含RAMO₄基板形成工序)

作为结晶制作用基板，首先准备ScAlMgO₄基板4。接着，在ScAlMgO₄基板4上以第1温度形成缓冲层5。进一步，在缓冲层5上以高于第1温度的第2温度形成III族氮化物膜6，由此形成图3所示的含ScAlMgO₄基板11。以下，对包含含ScAlMgO₄基板11的各层进行说明。

首先，ScAlMgO₄基板4为包含ScAlMgO₄的单晶的基板，其厚度优选为100～1000μm左右，更优选为300～600μm。若ScAlMgO₄基板4的厚度为该范围，则含ScAlMgO₄基板11的强度容易充分提高，在GaN结晶的制作时难以发生破裂等。另外，ScAlMgO₄基板4的形状没有特别限制，但考虑到工业上的实用性，优选直径50～150mm左右的晶片状。

在此，ScAlMgO₄基板4的形成缓冲层5的面(以下，也称“外延生长面”)优选在表面没有高度500nm以上的凹凸。若外延生长面具有高度500nm以上的凹凸，则使GaN在含ScAlMgO₄基板11上外延生长时有时产生问题。

另外，在ScAlMgO₄基板4的与外延生长面相反侧的面(以下，也称“背面”)上，优选无不均地形成高度500nm以上的均匀高度的凹凸。若在ScAlMgO₄基板4的背面侧没有形成高度500nm以上的均匀高度的凹凸，则在为了形成GaN结晶、在其上形成的半导体层或金属层等的图案而进行曝光处理时，光从背面侧的平坦的区域反射，有时对曝光产生不良影响。需要说明的是，“无不均地形成大致均匀的凹凸”是指，按照连续地凹凸的高度为500nm以下的区域的面积成为1mm²以下的方式，形成有大致均匀的凹凸。若局部地形成凹凸，则曝光处理时光从没有凹凸的部位反射，有时对曝光产生不良影响。需要说明的是，上述凹凸高度是利用激光反射式测长机测定的值。

这样的ScAlMgO₄基板可以按照以下方式制作。首先，作为起始原料，将纯度为4N(99.99％)以上的Sc₂O₃、Al₂O₃和MgO按照规定的摩尔比配合。然后，向铱制的坩埚中投入该起始原料。接着，将投入了原料的坩埚投入高频感应加热型或电阻加热型切克劳斯基(Czochralski)炉(培育炉)中，使该炉内成为真空。其后，导入氮或Ar，在炉内成为大气压的时刻开始坩埚的加热。然后，用10小时左右缓缓加热直到到达ScAlMgO₄的熔点为止使材料熔融。接着，将沿(0001)方位切出的ScAlMgO₄单晶用作晶种，使该晶种降下至接近坩埚内的熔液。然后，使晶种一边以一定的旋转速度旋转一边缓缓降下，使晶种的前端接触熔液并缓缓降低温度，同时以提拉速度0.5mm/h的速度使晶种上升沿(0001)轴方向提拉，进行结晶生长。由此，可以得到ScAlMgO₄的单晶铸锭。

在此，对ScAlMgO₄单晶进行说明。ScAlMgO₄单晶呈岩盐型结构(111)面的ScO₂层、与六方晶(0001)面的AlMgO₂层交替地层叠的结构。六方晶(0001)面的2层与纤锌矿型结构相比是平面的，与面内的键相比，上下层间的键达到0.03nm之长，键合力弱。因此，ScAlMgO₄单晶可以以(0001)面劈开。利用该特性，通过劈开将块体材料分割，由此可以得到所期望的厚度的ScAlMgO₄基板。另外，ScAlMgO₄的(0001)面(a轴)的晶格常数约为0.325nm，与GaN的a轴晶格常数的0.319nm非常接近，它们的晶格不匹配率约为1.9％。

需要说明的是，ScAlMgO₄单晶虽然容易劈开，但是若劈开时的劈开方向的剥离力有偏差，则不发生在同一原子层的劈开。因此，难以得到平坦的外延生长面。因此，在制作ScAlMgO₄基板时，优选根据需要对外延生长面侧的劈开面进行研磨，按照没有高度500nm以上的凹凸的方式进行加工。作为加工方法的一例，可以为：在ScAlMgO₄基板的作为外延生长面的区域形成高度500nm以上的凹凸后，对该高度500nm以上的凹凸进行研磨，除去高度500nm以上的凹凸的方法。

更具体来说，使用附着有#300以上且#2000以下的金刚石磨粒的磨石，在下面的加工条件下对ScAlMgO₄板状体的作为外延生长面的面进行磨削。由此可以形成500nm以上的凹凸。磨石转速设为500min^-1以上且50000min^-1以下，ScAlMgO₄板状体转速设为10min^-1以上且300min^-1以下，加工速度设为0.01μm/秒以上且1μm/秒以下，加工除去量设为1μm以上且300μm以下。接着，使用以胶态二氧化硅为主成分的浆料和包含无纺布的研磨垫，在以下的加工条件下进行研磨。由此，能够除去高度500nm以上的凹凸。研磨垫的转速设为10min^-1以上且1000min^-1以下，浆料供给量设为0.02ml/分钟以上且2ml/分钟以下，加压力设为1000Pa以上且20000Pa以下。进一步，将加压力按照10000Pa以上且20000Pa以下、5000Pa以上且小于10000Pa、1000Pa以上且5000Pa以下的顺序随着加工进行而减弱，由此能够更正确地形成没有高度500nm以上的凹凸、特别是高度50nm以上的凹凸的外延生长面。需要说明的是，上述加工条件中，浆料供给量取决于ScAlMgO₄板状体的尺寸。上述记载的浆料供给量为进行10mm见方尺寸的研磨时的值，例如在直径50mm的情况下，浆料供给量设为1ml/分钟以上且100ml/分钟以下。

另一方面，作为在背面侧无不均地形成高度500nm以上的大致均匀高度的凹凸的方法，可以举出使用金刚石固定磨粒进行磨削加工的方法。作为固定磨粒的磨粒，优选为#300以上且#2000以下的金刚石磨粒，更优选为#600的金刚石磨粒。更具体来说，使用固定有#300以上且#2000以下的金刚石磨粒的磨石，在磨石转速500min^-1以上且50000min^-1以下、ScAlMgO₄板状体转速10min^-1以上且300min^-1以下、加工速度0.01μm/秒以上且1μm/秒以下、加工除去量1μm以上且300μm以下的条件下进行加工，由此能够形成上述凹凸。另外，此时，若使用#600的金刚石磨粒，则能够进一步减小多个凹凸的高度之差。此时的加工条件优选设为：磨石转速1800min^-1、ScAlMgO₄板状体转速100min^-1、加工速度0.3μm/秒、加工除去量20μm。

另外，缓冲层5是为了在ScAlMgO₄基板4上形成高品质的III族氮化物膜6，而用于缓冲ScAlMgO₄与III族氮化物的晶格常数差的层。缓冲层5优选与ScAlMgO₄和该III族氮化物的晶格常数相近的材料，可以为包含GaN等III族氮化物的层。另外，缓冲层优选为在400℃以上且700℃以下的较低温下生长的非晶或多晶状的层。若使用这样的缓冲层，则在缓冲层上形成的III族氮化物膜6中难以产生晶格缺陷等。

缓冲层5的厚度优选为10nm以上且50nm以下，更优选为20nm以上且40nm以下。若缓冲层的厚度为10nm以上，则可以发挥晶格常数差的缓冲效果，得到的GaN的结晶中难以产生晶格缺陷等。另一方面，若缓冲层的厚度过厚，则失去晶格的信息而不能进行良好的外延生长。

缓冲层5可以利用气相生长法形成，例如可以为利用MOCVD法形成的层。

另外，III族氮化物膜6是在制作GaN的结晶时成为GaN结晶生长的晶种的层。若含ScAlMgO₄基板11具有III族氮化物膜6，则能够使GaN的结晶均匀地生长，容易得到高品质的GaN。III族氮化物膜6可以为包含GaN的层。

III族氮化物膜6的厚度优选为0.5～20μm，更优选为1μm以上且5μm以下。若III族氮化物膜6的厚度为0.5μm以上，则在非晶或多晶状的缓冲层5上形成的III族氮化物膜6成为良好的单晶，得到的GaN的结晶中难以产生晶格缺陷等。III族氮化物膜6可以利用气相生长法形成，例如可以利用MOCVD法形成。III族氮化物膜6形成时的温度优选设为高于缓冲层5形成时的温度的1000℃以上且1300℃以下，更优选设为1100℃以上且1200℃以下。若在这样的温度下形成，则能够形成结晶品质良好的III族氮化物膜6。

需要说明的是，在制作GaN结晶之前，可以对上述含ScAlMgO₄基板11的使GaN结晶生长的面、即本实施方式中的III族氮化物膜6表面进行清洁处理。通过清洁处理，从而除去表面的杂质等，由此可以得到更高品质的GaN结晶。清洁用的气体的例子中，包含氢(H₂)气、氮(N₂)气、氨(NH₃)气、稀有气体(He、Ne、Ar、Kr、Xe、或Rn)、或它们的混合气体。另外，清洁处理可以在900℃以上且1100℃以下的温度下为1分钟以上，优选为2分钟以上且10分钟以下，通过与前述气体接触来进行。

(GaN结晶形成工序)

接下来，在前述的含RAMgO₄基板的III族氮化物膜6上，通过熔剂法形成GaN结晶。GaN的结晶例如可以使用图4和图5所示的装置按照以下方式形成。

如图4所示，反应装置100具有由不锈钢、绝热材等形成的反应室103，在反应室103内，设置有坩埚102。该坩埚可以是由氮化硼(BN)、氧化铝(Al₂O₃)等形成的坩埚。另外，在反应室103的周围配置有加热器110，加热器110按照能够调整反应室103内部、特别是坩埚102内部的温度的方式设计。

另外，在反应装置100内，还设置有用于可升降地保持含ScAlMgO₄基板11的基板保持机构114。另外，反应室103上，连接有用于供给氮气的氮气供给线路113，氮气供给线路113与原料气罐(未图示)等连接。

在制作GaN结晶时，首先，向反应装置100的反应室103内的坩埚102中加入成为熔剂的Na和作为III族元素的Ga。此时，可以根据需要添加微量添加物。需要说明的是，若在空气中进行这些作业，则Na有氧化的可能性。因此，该作业优选在填充了Ar、氮气等不活泼气体的状态下进行。接着，将反应室103内密闭，将坩埚的温度调整到高于上述缓冲层形成时的温度的温度，具体来说调整到800℃以上且1000℃以下，更优选调整到850℃以上且950℃以下，进一步向反应室103内送入氮气。此时，将反应室103内的气压设为1×10⁶Pa以上且1×10⁷pa以下，更优选设为3×10⁶Pa以上且5×10⁶Pa以下。通过提高反应室103内的气压，从而氮容易充分溶解到在高温下熔融的Na中，通过设为上述的温度和压力从而GaN结晶能够高速地生长。其后，进行保持或搅拌混合等，直到Na、Ga、和微量添加物均匀混合为止。保持或搅拌混合优选进行1～50小时行，更优选进行10～25小时。若进行这样的时间的保持或搅拌混合，则Na、Ga、和微量添加物能够均匀地混合。另外，此时，含ScAlMgO₄基板11若与低于规定温度的、或未均匀混合的Na、Ga的混合液12接触，则发生III族氮化物膜6的蚀刻、品质差的GaN结晶的析出等，因此优选凭借基板保持机构114将含ScAlMgO₄基板11保持在反应室103的上部。

其后，如图5所示，使含ScAlMgO₄基板11浸渍于混合液12。另外，可以进行混合液12的搅拌等。混合液12的搅拌可以通过摇动、旋转等使坩埚102物理地运动，也可以使用搅拌棒、搅拌桨等来搅拌混合液12。另外，还可以使混合液12中产生热梯度，通过热对流来搅拌混合液12。通过搅拌，能够将混合液12中的Ga和N的浓度保持在均匀的状态，稳定地使结晶生长。然后，GaN的结晶在含ScAlMgO₄基板11的III族氮化物膜6上外延生长。通过在该状态下进行一定时间结晶生长，可以得到具有100μm～5mm左右的厚度的GaN结晶。

在此，GaN结晶生长时的温度为800℃以上的高温，因此作为构成ScAlMgO₄基板4的元素的镁(Mg)通过缓冲层5、III族氮化物膜6，向生长的GaN结晶中扩散。例如，在880℃的生长温度下形成具有1mm的厚度的GaN结晶的情况下，测定GaN结晶中的Mg的浓度的结果如表1所示。

【表1】

如表1记载，若使用本实施方式的制造方法，则可以得到正面侧和背面侧(ScAlMgO₄基板侧)的Mg浓度不同的GaN结晶。需要说明的是，如前所述，若添加Mg则GaN结晶的晶格常数变大。如表1记载，在与含ScAlMgO₄基板的分界处附近(背面侧)Mg浓度变高，认为GaN结晶的晶格常数变大。由此，与ScAlMgO₄的晶格不匹配率变小，可以得到高品质的GaN结晶。另一方面，在GaN结晶的正面附近Mg浓度变低，认为Mg添加导致的GaN结晶的晶格常数的增大被抑制，接近GaN结晶本来的晶格常数。由此，在GaN结晶上，形成制作发光二极管等电子器件时所需的GaN等III族氮化物层时，GaN结晶与III族氮化物层的晶格不匹配变小，可以得到高品质的单晶层(III族氮化物层)。

在此，利用本实施方式的制造方法得到的III族氮化物结晶(上述的基材部)中的Mg浓度沿着III族氮化物结晶的厚度方向缓缓变化为宜。这是由于，一面修正与包含作为不同种类材料的ScAlMgO₄等的种基板(含RAMO₄基板)的晶格不匹配，一面能够维持与在该III族氮化物结晶上形成的、包含相同材料(例如GaN等)的III族氮化物层或器件的晶格匹配。另外，此时，按照III族氮化物结晶的正面侧(与含RAMO₄基板相反的一侧)的Mg浓度低于背面侧(含RAMO₄基板侧)的Mg浓度的方式，III族氮化物结晶(基材部)中的Mg浓度缓缓变化为宜。像这样，若Mg浓度变化，则III族氮化物结晶(基材部)中的晶格常数按照随着向III族氮化物结晶表面侧推移，而接近III族氮化物层的晶格常数的方式变化。因此，如上所述容易维持与III族氮化物层的晶格匹配，能够实现更高品质的III族氮化物基板。并且，如表1记载，若使用本实施方式的制造方法，则如上所述，可以得到按照正面2的Mg浓度低于背面3的Mg浓度的方式，Mg浓度缓缓变化的基材部1(GaN结晶)。

需要说明的是，III族氮化物结晶(基材部1)中的Mg浓度具体来说在与含RAMO₄基板相反侧的面(正面2)上，优选为5×10¹⁷[原子/cm³]以下，更优选为1×10¹⁷～2×10¹⁷[原子/cm³]。另外，在含RAMO₄基板侧的面(背面3)上，优选为超过5×10¹⁷[原子/cm³]，更优选为8×10¹⁷～1×10¹⁸[原子/cm³]。另外，III族氮化物结晶(基材部1)的厚度方向的中央的Mg浓度优选为4×10¹⁷～5×10¹⁷[原子/cm³]。在此，III族氮化物结晶的Mg浓度为通过二次离子质量法(SIMS)测定的值。在此，III族氮化物结晶的厚度方向上的Mg浓度是通过如下方式得到的：沿着与III族氮化物结晶的正面2和背面3正交的方向切断而形成厚度方向的截面，利用二次离子质量法测定该截面的厚度方向的中央部。另外，III族氮化物结晶的正面和背面的Mg浓度可以通过调整缓冲层5或III族氮化物膜6的膜厚、III族氮化物结晶的生长时的温度、时间，而调整到上述范围内。具体来说，通过减薄缓冲层5或III族氮化物膜6的膜厚能够增加Mg浓度，随之能够扩大正反面的浓度差。另一方面，通过加厚缓冲层5或III族氮化物膜6的膜厚能够减少Mg浓度，随之能够缩小正反面的浓度差。另外，通过提高III族氮化物结晶的生长时的温度或增长生长时间，能够增加Mg浓度，通过降低III族氮化物结晶的生长时的温度或缩短生长时间，能够减少Mg浓度。

需要说明的是，在上述的实施方式中的GaN结晶形成时，若与Na、Ga一起添加微量添加物，则能够调整所得到的GaN结晶的导电性、带隙。另外，通过添加物，能够促进GaN结晶的生长，或抑制结晶向坩埚等析出。在微量添加物的例子中，包括硼(B)、铊(T1)、钙(Ca)、含钙(Ca)的化合物、硅(Si)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、碳(C)、氧(O)、铝(Al)、铟(In)、氧化铝(Al₂O₃)、氮化铟(InN)、氮化硅(Si₃N₄)、氧化硅(SiO₂)、氧化铟(In₂O₃)、锌(Zn)、镁(Mg)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、和锗(Ge)等。这些微量添加物可以仅添加1种，也可以添加2种以上。

另外，对于使用Na作为熔剂的方式进行了说明，但本发明不限于此，可以使用Na以外的碱金属。具体来说，包含选自Na、Li、K、Rb、Cs和Fr中的至少1种，例如，可以为Na与Li的混合熔剂等。

(其它实施方式)

需要说明的是，上文中，对于在III族氮化物结晶(GaN结晶)的生长中利用Na熔剂法的方式进行了说明，但本发明不限于此，也可以利用HVPE法、OVPE法等气相生长法。利用气相生长法的情况下，可以将NH₃等包含氮元素的气体和GaCl、Ga₂O等包含III族化合物的气体用作原料气，以高于缓冲层5的形成时的温度的1000℃以上且1400℃以下使III族氮化物结晶生长。利用气相生长法的情况下，也与熔剂法的情况同样在高温下进行结晶生长，因此通过Mg从含RAMgO₄基板的扩散，从而向GaN结晶中添加Mg。另外，此时，在得到的GaN结晶中，在靠近含RAMgO₄基板的一侧、即背面侧，Mg浓度变高，在远离含RAMgO₄基板的一侧、即正面侧，Mg浓度与背面侧相比变低。

另外，上文中，对于在含RAMgO₄基板中包含ScAlMgO₄基板的方式进行了说明，但本发明不限于此。包含含RAMgO₄基板的基板为由通式RAMgO₄所表示的大致单一结晶材料构成的基板即可。在此，通式中，R表示选自Sc、In、Y、和镧系元素系元素(原子序号67-71)中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga、和Al中的一个或多个三价元素。需要说明的是，大致单一结晶材料是指，RAMgO₄所表示的结构包含90at％以上，且关注于任意的结晶轴时，在外延生长面的任何部分其方向都相同那样的结晶质固体。但是，结晶轴的方向局部地改变的结晶、包含局部的晶格缺陷的结晶也当做单晶。需要说明的是，Mg为镁，O为氧。另外，如上所述，特别优选R为Sc、A为Al。

进而在上文中，对于制作GaN的结晶作为III族氮化物的方式进行了说明，但本发明不限于此。本发明的III族氮化物可以为包含III族元素(Al、Ga、或In)和氮的2元、3元、或4元的化合物，例如可以为通式Al_1-x-yGa_yIn_xN(式中，x和y满足0≤x≤1，0≤y≤1，0≤1-x-y≤1)所表示的化合物。另外，III族氮化物可以包含p型或n型的杂质。需要说明的是，对于缓冲层5、III族氮化物膜6，记载了GaN作为材料，但也可以为上述所示的化合物。

例如，可以为将III族元素(Al、Ga、或In)中的至少一部分用硼(B)、铊(Tl)等置换后的物质，将氮(N)的至少一部分用磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)等置换后的物质。另外，作为III族氮化物中添加的p型杂质(受体)，例如，可以添加镁(Mg)、或钙(Ca)等公知的p型杂质。另一方面，作为n型杂质(供体)，例如，可以为硅(Si)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、氧(O)、或锗(Ge)等公知的n型杂质。另外，这些杂质(受体或供体)可以同时添加2种元素以上。这样的III族氮化物的结晶可以利用与上述同样的方法制作。需要说明的是，上述的各种形态可以适当组合，通过组合，能够起到各个效果。

产业上的可利用性

通过利用本发明涉及的制造方法，能够得到高品质的III族氮化物结晶，例如能够得到发光不均、亮度降低少的LED元件等。

符号说明

1 基材部(III族氮化物)

2 正面

3 背面

4 RAMgO₄基板(ScAlMgO₄基板)

5 缓冲层

6 III族氮化物膜

10 III族氮化物基板

11 含RAMgO₄基板(含ScAlMgO₄基板)

12 混合液

102 坩埚

103 反应室

110 加热器

113 氮气供给线路

114 基板保持机构

Claims

1.一种III族氮化物基板，其具备具有正面和背面的III族氮化物的基材部，所述基材部的所述正面与所述背面的Mg浓度不同。

2.如权利要求1所述的III族氮化物基板，其中，

所述基材部的正面是用于在其上使III族氮化物结晶生长的面，

所述基材部的正面的Mg浓度低于所述背面的Mg浓度。

3.如权利要求2的III族氮化物基板，其中，

所述基材部的正面为+C面，所述基材部的背面为-C面。

4.如权利要求1所述的III族氮化物基板，其中，

所述基材部的正面的Mg浓度为5×10¹⁷原子/cm³以下，

所述基材部的背面的Mg浓度超过5×10¹⁷原子/cm³。

5.如权利要求4的III族氮化物基板，其中，

所述基材部的正面的Mg浓度为1×10¹⁷～2×10¹⁷原子/cm³，

所述基材部的背面的Mg浓度为8×10¹⁷～1×10¹⁸原子/cm³。

6.如权利要求1所述的III族氮化物基板，其中，

所述基材部的厚度方向的中央的Mg浓度为4×10¹⁷～5×10¹⁷原子/cm³。

7.如权利要求1所述的III族氮化物基板，其中，

所述基材部中的Mg浓度沿厚度方向缓缓变化。

8.如权利要求1所述的III族氮化物基板，其中，

在所述基材部的所述背面侧，设有包含通式RAMgO₄所表示的单晶体的RAMgO₄基板，通式中，R表示选自Sc、In、Y、和镧系元素系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga、和Al中的一个或多个三价元素。

9.如权利要求8的III族氮化物基板，其中，

在所述基材部与所述RAMgO₄基板之间，包含多晶或非晶状的缓冲层。

10.如权利要求9的III族氮化物基板，其中，

在所述基材部与所述缓冲层之间，含有包含单晶的III族氮化物膜。

11.一种III族氮化物结晶的制造方法，其包括：

准备包含通式RAMgO₄所表示的单晶体的RAMgO₄基板的工序，通式中，R表示选自Sc、In、Y、和镧系元素系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga、和Al中的一个或多个三价元素；

使含有Mg的III族氮化物结晶在所述RAMgO₄基板上生长的工序。

12.如权利要求11的III族氮化物结晶的制造方法，其还包括在所述RAMgO₄基板上以第1温度形成缓冲层的工序，

使所述III族氮化物结晶生长的工序是在所述缓冲层上以高于所述第1温度的第2温度使III族氮化物生长的工序。

13.如权利要求11的III族氮化物结晶的制造方法，其中，

使所述III族氮化物结晶生长的工序是使用包含氮元素的熔融碱金属使III族氮化物结晶生长的工序。

14.如权利要求11的III族氮化物结晶的制造方法，其中，

使所述III族氮化物结晶生长的工序是使用包含氮元素的气体和包含III族化合物的气体进行生长的工序。