CN111593400A

CN111593400A - Iii族氮化物晶体的制造方法及晶种基板

Info

Publication number: CN111593400A
Application number: CN202010103889.1A
Authority: CN
Inventors: 冈山芳央; 小松真介; 多田昌浩; 森勇介; 今西正幸; 吉村政志
Original assignee: Osaka University NUC; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Osaka University NUC; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-08-28
Also published as: JP2020132475A; JP7264343B2; US11377757B2; US20200263320A1

Abstract

本发明以提供不易产生裂开或裂缝的III族氮化物晶体的制造方法及晶种基板为技术问题。为了解决上述技术问题，本发明的III族氮化物晶体的制造方法包括：籽晶准备工序，在基板之上配置多个III族氮化物的晶体作为多个籽晶；晶体生长工序，在包含氮的环境下，使籽晶的表面接触包含从镓、铝、及铟中选择的至少一种III族元素以及碱金属的熔融液，来使III族氮化物晶体生长。在所述籽晶准备工序中，将多个籽晶配置于在基板上设置的六边形区域内部。

Description

III族氮化物晶体的制造方法及晶种基板

技术领域

本发明涉及III族氮化物晶体的制造方法及晶种基板。

背景技术

近年来，GaN等III族氮化物的晶体作为发光二极管等的材料而受到关注。作为这样的III族氮化物的晶体的制造方法之一，已知有在Na等的碱金属熔融液(助熔剂)中使III族元素与氮反应，而使结晶缺陷(位错)较少的高品质的晶体生长的助熔剂法(例如，参照专利文献1)。另外，公开了以下方法：为了得到较大的尺寸的III族氮化物晶体，将在蓝宝石基板上以有机金属气相生长法(MOCVD：Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)等形成的多个III族氮化物层设为籽晶(晶种)，使该籽晶与碱金属熔融液接触来使III族氮化物晶体生长的方法(例如，参照专利文献2及专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4538596号公报

专利文献2：日本特开2014-55091号公报

专利文献3：日本专利第5904421号公报

发明内容

发明要解决的问题

根据专利文献3中公开的以往的制造方法，如图12所示，能够在圆盘状的基板31的圆形的籽晶配置区域32配置多个籽晶(未图示)并使III族氮化物晶体生长。在该情况下，如图13所示，得到与基板31的大小大致相同的、较大尺寸的III族氮化物晶体33。但是，虽然也取决于生长条件，但所得到的III族氮化物晶体33的外周是由最稳定的结晶面(例如在GaN的情况下为(1-100)面)构成的。因此，如图13所示，在外周的一部分的区域中，产生断续地配置有微小的(1-100)面的结构(凹凸部)33a。而且，在这样的基板中，该凹凸部33a容易成为产生裂开或裂缝的起点。也就是说，以往的方法中存在以下问题：难以成品率良好地制造较大尺寸的III族氮化物晶体基板。

本发明的目的在于，提供不易产生裂开或裂缝的III族氮化物晶体的制造方法、以及晶种基板。

解决问题的方案

本发明的III族氮化物晶体的制造方法包括：籽晶准备工序，在基板之上配置多个III族氮化物的晶体作为多个籽晶；以及晶体生长工序，在包含氮的环境下，使所述籽晶的表面接触包含从镓、铝及铟中选择的至少一种III族元素以及碱金属的熔融液，来使III族氮化物晶体在所述籽晶上生长，在所述籽晶准备工序中，将所述多个籽晶配置于所述基板上设置的六边形区域内部。

另外，本发明的晶种基板具有：基板；以及多个籽晶，其配置于所述基板上设置的六边形区域内部，且由多个III族氮化物的晶体构成。

发明效果

根据本发明的III族氮化物晶体的制造方法，所生长的III族氮化物晶体的最外周是直线状。因此，III族氮化物晶体不易产生裂开或裂缝，能够成品率良好地制造III族氮化物晶体。

附图说明

图1是本发明的实施方式1中使用的III族氮化物晶体的制造装置的一个实例，是表示将基板从熔融液中拉起的状态的概略剖面图。

图2是表示在图1的III族氮化物晶体的制造装置中将基板浸渍于熔融液的状态的概略剖面图。

图3是本发明的实施方式1的III族氮化物晶体的制造中所使用的晶种基板的一个实例的概略俯视图。

图4是本发明的实施方式1的III族氮化物晶体的制造中所使用的晶种基板的一个实例的概略俯视图。

图5是本发明的实施方式1的III族氮化物晶体的制造方法的晶体生长工序的概略俯视图。

图6是本发明的实施方式1的III族氮化物晶体的制造方法的籽晶准备工序的概略剖面图。

图7是本发明的实施方式1的III族氮化物晶体的制造方法的晶体生长工序(第一晶体生长工序)的概略剖面图。

图8是本发明的实施方式1的III族氮化物晶体的制造方法的晶体生长工序(第二晶体生长工序)的概略剖面图。

图9是本发明的实施方式1的III族氮化物晶体的制造方法的分离工序的概略剖面图。

图10是本发明的实施方式1的III族氮化物晶体的制造方法的研磨工序的概略剖面图。

图11是用于说明III族氮化物晶体的制造方法的晶体生长工序的概略剖面图。

图12是以往的III族氮化物晶体的制造中所使用的晶种基板的一个实例的概略俯视图。

图13是以往的III族氮化物晶体的制造方法的晶体生长工序的概略俯视图。

附图标记说明

1、31 基板

2、32 籽晶配置区域

3 第一III族氮化物晶体(第一GaN)

3a 第二III族氮化物晶体(第二GaN)

4 籽晶

11 晶种基板

12 熔融液

21 III族氮化物晶体基板

33 III族氮化物晶体

33a 凹凸结构

100 III族氮化物晶体制造装置

102 坩埚

103 反应室

110 加热器

113 氮供给管线

114 基板保持机构

具体实施方式

关于本发明的实施方式的III族氮化物晶体的制造方法、以及该方法中所使用的晶种基板，以下，以制作GaN晶体来作为III族氮化物晶体的实施方式为例进行说明。需要说明的是，对附图中实质上相同的部件标以相同的附图标记。另外，通常，米勒指数(Millerindices)中，对于具有负的成分的方向，在数字之上标以横线(bar)来进行标记，但在本说明书中为了方便，以-(减号)来表示负的成分。

[实施方式1]

本实施方式的III族氮化物晶体的制造方法包括：籽晶准备工序，在基板之上配置多个点状的III族氮化物晶体作为多个籽晶；晶体生长工序，在包含氮的环境下，使所述籽晶的表面接触包含从镓、铝、及铟中选择的至少一种III族元素以及碱金属的熔融液，来使III族氮化物晶体在籽晶上生长。在上述籽晶准备工序中，将多个籽晶配置于在基板上设置的六边形区域内部。

图1是表示本发明的实施方式1中使用的III族氮化物晶体的制造装置100的一个实例，并且是将形成有籽晶的基板(以下，也称作“晶种基板”)11从熔融液12中拉起的状态的概略剖面图。图2是表示在图1的III族氮化物晶体的制造装置100中将晶种基板11浸渍于熔融液12的状态的概略剖面图。图3至图10是实施方式1的III族氮化物晶体的制造中所使用的晶种基板及制造方法的各工序的概略俯视图或剖面图。另外，实施方式1的III族氮化物晶体的制造方法包括图6所示的籽晶准备工序和图7所示的晶体生长工序。

(籽晶准备工序)

在籽晶准备工序中，如图3所示，在设置于基板1的上表面的六边形区域2的内部，如图4所示那样配置多个点状的III族氮化物的晶体4作为籽晶。

在本实施方式中，准备由蓝宝石构成的基板1，作为晶体的制造中所使用的晶种基板用的基板。蓝宝石的晶格常数及热膨胀系数与GaN的晶格常数及热膨胀系数之差比较小，因此是优选的。需要说明的是，除了蓝宝石以外，例如也可以使用SiC或GaAs、ScAlMgO₄等作为基板1。另外，基板1的厚度优选为100～3000μm左右，更优选为400～1000μm。若基板1的厚度为该范围内，则强度充分高，在GaN晶体的制作时不易产生裂开等。另外，对于基板1的形状，不特别地进行限制，但考虑到工业实用性而优选为直径50～200mm左右的晶片状。

在由蓝宝石构成的基板1上，使用MOCVD法来形成由GaN单晶构成的薄膜(未图示)。作为薄膜的厚度，优选为0.5～100μm左右，更优选为1～5μm。若薄膜的厚度为0.5μm以上，则所形成的薄膜是良好的单晶，在得到的GaN的晶体上不易产生晶格缺陷等。以MOCVD法在蓝宝石上形成的GaN薄膜的位错密度一般为10⁷/cm²～10⁹/cm²左右。

需要说明的是，根据需要，也可以在基板1与薄膜之间进一步形成缓冲层(未图示)。缓冲层是用于在由蓝宝石构成的基板1上形成高品质的GaN单晶薄膜的层，并且是用于缓和蓝宝石与GaN之间的晶格常数差的层。该缓冲层优选为晶格常数与蓝宝石及GaN的晶格常数接近的材料，可以设为由GaN等III族氮化物构成的层。另外，优选缓冲层是以400℃以上且700℃以下的比较低温的MOCVD法生长而成的、非晶或者多晶状的层。若使用这样的缓冲层，则在缓冲层上形成的GaN单晶薄膜不易产生晶格缺陷等。另外，缓冲层的厚度优选为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，则可发挥缓和晶格常数差的效果，得到的GaN的晶体不易产生晶格缺陷等。另一方面，若缓冲层的厚度过厚，则失去由蓝宝石构成的基板1的晶格的信息而不能进行良好的外延生长。

接着，利用使用了光刻和蚀刻的公知的方法来除去由GaN单晶构成的薄膜的一部分，形成由多个GaN晶体构成的多个籽晶4。优选籽晶4的形状为点状。各点的尺寸(直径)优选为10～1000μm左右，更优选为50～300μm。另外，优选以使得连结相邻的两个点的中心的线与作为六方晶的GaN的晶体取向(a轴或者m轴)大致一致的方式而配置各点。而且，点的配置优选例如设为图4所示那样的三角晶格，在从上表面观察时，优选各点的中心以构成等边三角形的顶点的方式而配置。在本说明书中，连结相邻的两个点的中心的线与GaN的晶体取向(a轴或者m轴)大致一致，是指连结点的中心的线(三角晶格的轴)与GaN的晶体取向(a轴或者m轴)所成的角度为10度以下，该角度优选为1度以下。

并且，点的间距(中心之间的间隔)优选为点的尺寸(直径)的1.5～10倍左右，更优选为2～5倍。另外，点的形状优选为圆形或者六边形。若将点的尺寸·配置·间距·形状如上述那样设置，则在利用助熔剂法使GaN晶体生长时，使得初期的棱锥状的晶体生长、棱锥状的晶体(GaN晶体)彼此的结合变得容易。另外，还能得到高效地减少从籽晶继承得到的位错的效果。

需要说明的是，上述说明中，对于点的配置，以三角晶格为例进行了说明，但本实施方式不限于此。点的配置例如也可以是正方晶格。但是，III族氮化物晶体(GaN晶体)属于六方晶系，因此尤其优选三角晶格。另外，在上述说明中，对于籽晶4的形状，以点状为例进行了说明，但不限于此。籽晶4的形状例如也可以是条状或使上述的点正负反转而成的网格状。即使设为这样的形状，也可以在基于助熔剂法的GaN晶体生长的初期，在籽晶4之上以使剖面形状成为三角形或者梯形的方式使GaN晶体生长。而且，也能够使相邻的GaN晶体彼此结合，还能得到能够减少从籽晶继承得到的位错的效果。

此处，本发明的发明人针对在基板1上配置籽晶4的区域，以实验结果为基础而进行了研究。需要说明的是，在该籽晶4上使晶体生长的方法，设为与后述的晶体生长工序相同。

从工业实用性的观点出发，基板1的形状一般为晶片状即圆盘状。因此，可以考虑如图12所示，将配置籽晶4的区域32也设为圆形。但是在该情况下，使作为六方晶的III族氮化物晶体(GaN晶体)在籽晶4之上生长、结合，而得到了如图13所示的在外周具有凹凸结构33a的III族氮化物晶体。这是由于，如上所述，III族氮化物晶体的外周成为最稳定的结晶面(GaN的情况下为(1-100)面)而断续地生成了微小的(1-100)面。

因此，本发明的发明人等尝试将配置籽晶4的区域不设为圆形而设为六边形，以使得在III族氮化物晶体的生长后的外周不形成微小的凹凸。而且发现，根据该方法，使得III族氮化物晶体的外周容易成为直线状。需要说明的是，将配置区域的形状设为六边形的理由在于：III族氮化物晶体为六方晶系，若是三角形，则不能有效地利用圆盘状的基板1的表面，生长出的III族氮化物晶体的尺寸较小。

在此，优选使六边形的配置区域的外周的各边与在后述的晶体生长工序中所生长的III族氮化物晶体的特定的结晶面大致一致，更优选使外周的各边、与III族氮化物晶体的(1-100)面大致一致。在此，六边形的外周的各边与特定的结晶面“大致一致”，是指外周的各边与结晶面所成的角度为10度以下，优选该角度为1度以下。若使六边形的外周的各边与III族氮化物晶体的特定的结晶面大致一致，则生长后的III族氮化物晶体的外周承袭特定的结晶面，而容易成为直线状。也就是说，不易形成会成为裂开或裂缝的起点的微小的凹凸。并且，若六边形的外周各边与作为GaN的稳定的结晶面的(1-100)面大致一致，则生长后的III族氮化物晶体的外周承袭六边形的形状而容易成为由(1-100)面构成的六边形，从而更不易形成微小的凹凸。需要说明的是，生长的GaN的晶体取向取决于基板1的晶体取向。例如，在蓝宝石的a面((11-20)面)上外延生长的GaN的晶面取向为(1-100)。因此，需要适当调整基板1的晶体取向，以得到所希望的晶体取向的III族氮化物晶体。

需要说明的是，例如在使用光刻或激光加工来形成点状的籽晶时，在六边形的最外周附近有时会成为有一部分的缺口的形状。在使用这样的晶种基板的情况下，由实验的结果可知，在生长后的III族氮化物晶体的外周容易形成微小的凹凸。因此，为了抑制该现象，优选将六边形区域的最外侧附近的籽晶、和六边形区域的中心附近的籽晶设为相同形状。

另一方面，关于基板1的外周与距基板的外周最近的籽晶4的中心之间的距离A进行了研究。其结果为，如图11所示，在距离A较小的情况下，成为下述结构：生长出的III族氮化物晶体3从基板1的侧面绕到背面侧的结构。若成为这样的结构，则由于基板(蓝宝石基板)1与III族氮化物晶体(GaN晶体)3之间的热膨胀系数差，而使得III族氮化物晶体3会产生裂开或裂缝。在此，在使III族氮化物晶体、尤其是GaN进行晶体生长的情况下，晶体(后述的第一III族氮化物晶体)中显现的倾斜的面是(1-101)面或者(11-22)面。而且，这些面相对于基板1的表面的角度约为60°。因此，在籽晶4上生长的III族氮化物晶体3朝横向的生长距离(由图11中的B表示的距离)大约是将棱锥状的晶体的纵向的膜厚(棱锥状的晶体的高度)除以3的平方根而得到的值。因此，优选如图7所示，上述的距离A比距离B大，即优选基板1的最外周与距最外周最近的籽晶4的中心之间的距离A比将棱锥状的III族氮化物晶体的膜厚除以3的平方根而得到的值大。

图3及图4中示出本实施方式中使用的、在设置于基板1之上的六边形区域2内部具备多个点状的GaN晶体作为籽晶4的晶种基板11的概略俯视图。使用这样的晶种基板11来实施后述的晶体生长工序，其结果为，生长后的GaN晶体成为图5所示那样的由(1-100)面构成的六边形状。而且，在外周面未发现微小的凹凸，也不易产生裂开或裂缝。其结果为，能够成品率良好地得到较大尺寸的GaN晶体。

(晶体生长工序)

另一方面，在晶体生长工序中，如图2所示，在包含氮的环境下，使晶种基板11具有的多个籽晶的表面接触包含从镓、铝、及铟中选择的至少一种III族元素和碱金属的熔融液12，使III族元素与氮在熔融液中反应(在本说明书中，也称作“第一晶体生长工序”)。其结果为，如图7所示，从多个籽晶4分别生长出棱锥状的III族氮化物晶体，既而得到相邻的III族氮化物晶体的底部彼此结合而成的第一III族氮化物晶体3。通过使用上述的晶种基板，如图5所示，使得III族氮化物晶体(第一III族氮化物晶体)3的最外周成为由特定的结晶面构成的平滑的面。因此，能够制造无裂开或裂缝的较大尺寸的III族氮化物晶体。

在晶体生长工序中，也可以进一步进行以下工序，即，如图8所示，在多个棱锥状晶体结合而成的III族氮化物晶体(第一III族氮化物晶体)3之上，使表面平坦的第二III族氮化物晶体3a生长的工序(本说明书中也称作“第二晶体生长工序”)。

·第一晶体生长工序

第一晶体生长工序在图1所示的III族氮化物晶体的制造装置100中进行。如图1所示，III族氮化物晶体的制造装置100具有由不锈钢和绝热材料等形成的反应室103，在该反应室103内设置有坩埚102。该坩埚102由氮化硼(BN)、氧化铝(Al₂O₃)等形成。另外，在反应室103的周围配置有加热器110，加热器110设计为能够调整反应室103的内部的温度、尤其是坩埚102内部的温度。另外，在III族氮化物晶体制造装置100内设置有基板保持机构114，该基板保持机构114用于以可升降的方式而保持具备上述的籽晶的基板11。另外，反应室103连接着用于供给氮气的氮供给管线113，该氮供给管线113与原料气体钢瓶(未图示)等连接。

在第一晶体生长工序中，首先，在III族氮化物晶体制造装置100的反应室103内的坩埚102中放入作为助熔剂的Na和作为III族元素的Ga。Na和Ga的投入量例如以摩尔量比为85:15～50:50左右。这时，根据需要，也可以添加微量添加物。需要说明的是，若这些作业在空气中进行，则Na有可能氧化。因此，优选在填充有Ar、氮气等不活泼气体的状态下进行该作业。接着，将反应室103内密闭，将坩埚的温度调整为800℃以上且1000℃以下，更优选为850℃以上且950℃以下，并且向反应室103内送入氮气。这时，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，而使得氮易于溶解到在高温下溶融的Na中，能够通过设为所述的温度及压力来使GaN晶体快速生长。之后，进行保持或者搅拌混合等，直至Na、Ga及微量添加物均匀地混合为止。对于保持或者搅拌混合，优选进行1～50小时，更优选进行10～25小时。若进行上述时间的保持或者搅拌混合，则能够均匀地混合Na、Ga及微量添加物。另外，这时，若基板11与比规定温度低，或者与未均匀混合的Na和Ga的熔融液12接触，则有时籽晶4会被蚀刻，或析出品质较差的GaN晶体。因此，优选事先通过基板保持机构114将基板11保持于反应室103的上部。

之后，如图2所示，使基板11浸渍于熔融液12。另外，在浸渍过程中也可以进行熔融液12的搅拌等。熔融液12的搅拌可以通过摆动、旋转等使坩埚102物理地运动，也可以使用搅拌棒或搅拌叶片等来搅拌熔融液12。另外，也可以使熔融液12产生热梯度，通过热对流来搅拌熔融液12。通过进行搅拌，能够将熔融液12中的Ga及N的浓度保持为均匀的状态，使晶体稳定地生长。而且，熔融液12中的Ga与溶解的氮在GaN籽晶4的表面反应，GaN单晶在GaN籽晶4上外延生长。在该状态下，浸渍于熔融液12一定时间而进行晶体生长，由此能够得到具有图7所示的棱锥状的第一GaN晶体3。需要说明的是，通过使第一GaN晶体3生长为棱锥状，能够使从基于MOCVD法形成的位错密度10⁷/cm²～10⁹/cm²左右的籽晶4继承得到的位错会聚于棱锥的顶点。并且，为了良好地进行位错的会聚和接下来的第二晶体生长工序，优选如图7所示那样，进行第一晶体生长工序直至：从多个籽晶4生长的棱锥彼此在其至少一部分处保持结合的程度。这是由于，在棱锥彼此未结合的情况下，在接下来的第二GaN晶体生长时，在该部分处会生长位错较多的GaN晶体。

已知，利用助熔剂法生长的GaN晶体的剖面形状取决于氮压力，在较低的压力下成为棱锥状，在较高的压力下成为棱台形状。氮压力会影响溶入熔融液中的氮浓度。因此，可以认为，GaN晶体的形状的变化取决于熔融液中的GaN的过饱和度。过饱和度不仅取决于氮压力，还取决于温度，在低温时为高过饱和度，在高温时为低过饱和度。因此，优选以生长的GaN晶体成为棱锥状的方式，而在上述的范围内适当设定第一晶体生长工序的氮压力及温度。

·第二晶体生长工序

接着，如图8所示，在具有棱锥状的第一III族氮化物晶体(GaN晶体)3上，使表面平坦的第二III族氮化物晶体(GaN晶体)3a根据需要而以所希望的厚度生长。如上所述，GaN晶体的剖面形状根据氮压力及温度而变化。因此，以使生长的GaN晶体的表面平坦的方式，而在上述的范围内适当设定第二晶体生长工序的氮压力及温度。在此，若增厚第二GaN晶体3a，则能抑制最终的III族氮化物晶体3及3a的翘曲或裂缝。例如，在最终的III族氮化物晶体(GaN晶体)3及3a的厚度比由蓝宝石构成的基板1薄的情况下，GaN晶体容易出现裂缝。因此，通过增大第二GaN晶体3a的膜厚，而能够抑制最终的III族氮化物晶体(GaN晶体)3、3a中的裂缝的产生。另外，第二晶体生长工序是容易表露出平坦的结晶面的生长模式，是使平坦的III族氮化物晶体(GaN晶体)生长得较厚的工序。并且，在第一晶体生长工序中使位错会聚于棱锥状的III族氮化物晶体(GaN晶体3)的顶点，因此在第二晶体生长工序中培育的III族氮化物晶体(GaN晶体)3a的位错密度为10⁶/cm²以下。

需要说明的是，在第二晶体生长工序的结束后，为了取出最终的III族氮化物晶体(GaN晶体)3及3a，需要使温度和压力恢复到常温·常压。这时熔融液12的过饱和度发生较大变动，若晶种基板11保持浸渍的状态，则有时使得III族氮化物晶体(GaN晶体)3及3a被蚀刻，或析出低品质的GaN晶体。因此，优选在第二GaN晶体生长工序的结束后，在将晶种基板11从熔融液12拉起的状态下，使温度和压力恢复到常温·常压。

(分离工序)

在上述的晶体生长工序之后，也可以进一步包括分离工序，该分离工序如图9所示，在所述籽晶4的附近将III族氮化物晶体(第一III族氮化物晶体)3与基板1分离。由此，使得最终的III族氮化物晶体3及3a更不易产生裂开或裂缝。

例如，在从850～950℃的晶体生长温度恢复至常温为止的期间，III族氮化物晶体(GaN晶体)3及3a与由蓝宝石构成的基板1的热膨胀系数不同。也就是说，在冷却至常温的过程中，能够利用III族氮化物晶体(GaN晶体)3及3a与由蓝宝石构成的基板1的热膨胀系数之差，而在剖面面积最小且容易断开的籽晶4的附近进行分离。由此，能得到抑制了翘曲或裂缝的较大尺寸的III族氮化物晶体(GaN晶体)3及3a。

(其他的工序)

需要说明的是，也可以从所得到的较大尺寸的III族氮化物晶体(GaN晶体)3及3a中，如图10所示那样，将GaN籽晶4、第一III族氮化物晶体(第一GaN晶体)3除去，并且对表面(图的上侧)进行研磨，由此来制造大口径的GaN晶体基板21。通过将GaN籽晶4及第一III族氮化物晶体(第一GaN晶体)3除去，而能够抑制包含高位错区域的情况。另外，GaN晶体基板21是通过容易表露出平坦面的条件下的晶体生长(第二晶体生长工序)而得到的晶体。因此，能够不含表露出(10-11)面等倾斜面的生长模式，而降低进入到晶体中的杂质浓度。

[其他的实施方式]

在上述的晶体生长工序中，若将微量添加物与Na和Ga一起添加，则能够调整所得到的GaN的电传导性和带隙。微量添加物的例子包括：包含从硼(B)、铊(Tl)、钙(Ca)中选择的至少一种元素的化合物、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)、及锗(Ge)等。这些微量添加物可以仅添加一种，也可以添加两种以上。

另外，在上述说明中，对使用Na作为助熔剂的方式进行了说明，但本发明不限于此，也可以使用Na以外的碱金属。具体而言，也可以是包含从Na、Li、K、Rb、Cs及Fr中选择的至少一种的助熔剂、例如Na与Li形成的混合助熔剂等。

并且，在上述说明中，对制作GaN的晶体作为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族氮化物可以设为包含III族元素(Al、Ga或In)及氮的2元、3元或4元的化合物。例如，可以设为由通式Al_1-x-yGa_yIn_xN(式中，x及y满足0≤x≤1，0≤y≤1，0≤1-x-y≤1)表示的化合物。另外，III族氮化物也可以包含p型或n型的杂质。需要说明的是，籽晶4也同样，虽然作为材料而记载了GaN，但也可以设为上述所示出的III族氮化物。

需要说明的是，在本发明中，包括将上述的各种实施方式和/或实施例中的任意的实施方式和/或实施例适当组合而得的实施方式，可以起到各个实施方式和/或实施例具有的效果。

工业实用性

通过利用本发明的III族氮化物晶体的制造方法及制造中所使用的晶种基板，而能够以较高的制造成品率得到无裂开或裂缝的较大尺寸的III族氮化物晶体。由此，例如，能够成品率良好地以低成本制造高亮度的LED元件或低损耗的功率器件元件等。

Claims

1.一种III族氮化物晶体的制造方法，其特征在于，包括：

籽晶准备工序，在基板之上配置多个III族氮化物的晶体作为多个籽晶；以及

晶体生长工序，在包含氮的环境下，使所述籽晶的表面接触包含从镓、铝及铟中选择的至少一种III族元素以及碱金属的熔融液，来使III族氮化物晶体在所述籽晶上生长，

在所述籽晶准备工序中，将所述多个籽晶配置于所述基板上设置的六边形区域内部。

2.如权利要求1所述的III族氮化物晶体的制造方法，其中，

在所述晶体生长工序中，使所述六边形区域的外周的各边与所述III族氮化物晶体的特定的结晶面一致。

3.如权利要求2所述的III族氮化物晶体的制造方法，其中，

所述特定的结晶面是(1-100)面。

4.如权利要求1所述的III族氮化物晶体的制造方法，其中，

在所述籽晶准备工序中配置的、位于所述六边形区域的最外周侧的所述籽晶与位于所述六边形区域的中心侧的所述籽晶具有相同形状。

5.如权利要求1所述的III族氮化物晶体的制造方法，其中，

所述晶体生长工序包括：

第一晶体生长工序，在各籽晶上使III族氮化物晶体生长为棱锥状，得到相邻的棱锥状的III族氮化物晶体彼此发生了部分结合的第一III族氮化物晶体；以及

第二晶体生长工序，在所述第一III族氮化物晶体之上使表面平坦的第二III族氮化物晶体生长。

6.如权利要求5所述的III族氮化物晶体的制造方法，其中，

所述基板的外周与在所述籽晶准备工序中配置的距所述基板的外周最近的所述籽晶的中心之间的距离，比将在所述第一晶体生长工序中所生长的棱锥状的所述III族氮化物晶体的膜厚的最大值除以3的平方根而得到的值大。

7.如权利要求1～6中任意一项所述的III族氮化物晶体的制造方法，其中，

在所述晶体生长工序后，还包括分离工序，该分离工序在所述籽晶附近使所述III族氮化物晶体与所述基板分离。

8.一种晶种基板，其特征在于，具有：

基板；以及

多个籽晶，其配置于所述基板上设置的六边形区域内部，且由多个III族氮化物的晶体构成。

9.如权利要求8所述的晶种基板，其中，

所述晶种基板作为III族氮化物晶体的生长基板来使用，

使所述六边形区域的外周的各边与所述III族氮化物晶体的特定的结晶面一致。

10.如权利要求9所述的晶种基板，其中，

所述III族氮化物晶体的特定的结晶面是(1-100)面。

11.如权利要求8～10中任意一项所述的晶种基板，其中，

位于所述六边形区域的最外周侧的所述籽晶与位于所述六边形区域的中心侧的所述籽晶具有相同形状。