专利名称：基底基板、3b族氮化物结晶及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及基底基板、;3B族氮化物结晶及其制法。
背景技术：
近年来，使用氮化镓等的:3B族氮化物制作蓝色LED、白色LED、蓝紫色半导体激光器等的半导体装置，并将该半导体装置应用到各种电子设备等研究活动比较活跃。以往的氮化镓系半导体装置主要由气相法来制作。具体地说，在蓝宝石基板或碳化硅基板上，通过有机金属气相沉积法(MOVPE)等来异质外延生长、制作氮化镓薄膜。此时，由于基板和氮化镓薄膜的热膨胀系数、晶格常数有很大的不同，会在氮化镓上产生高密度位错(结晶中晶格缺陷的一种)。因此，通过气相法难以得到位错密度低的高品质氮化镓。另一方面，除了气相法之外，还开发有液相法。助熔剂法是液相法的一种，对于氮化镓来说，通过使用金属钠作为助熔剂，可以将氮化镓结晶生长所需的温度降至800°C左右、压力降至数MPa 数百 MPa0具体地说，在金属钠和金属镓的混合熔液中溶解氮气，使氮化镓成为过饱和状态，以作为结晶生长。与气相法相比，这样的液相法难以发生位错，可以得到位错密度低的高质量的氮化镓。关于这样的助熔剂法的研究开发也在不断进行。例如，在专利文献1中，公开了旨在降低位错密度的3B族氮化物的结晶的制法。具体地说，在助熔剂法中，使用的含有氮化镓晶种层的基底基板，采用其主面的法线相对于氮化镓晶种层<0001〉方向具有1°以上 10°以下的倾角的作为包括氮化镓晶种层的基底基板，晶种熔液氮化镓单晶在基底基板的主面上生长时，残留在氮化镓单晶的位错在与{0001}面平行的方向传播，并被排出到该单晶的外周部。然而，在专利文献1的图2中，例示了以具有多个微小台阶的阶梯状凹凸面作为基底基板的主面的实例。该微小台阶由作为{0001}面(C面)的多个平台面和作为多个 {1-100}面(m面)的多个台阶面构成，相邻的平台面之间通过台阶面相连。这里，由于与平台面平行的方向的结晶生长优于与平台面垂直的方向的结晶生长，位错在结晶的生长方向传播，因此，在结晶生长时发生的位错在与平台面实质平行的方向传播并排出到结晶的外周部。另外，虽然采用主面的法线相对于氮化镓晶种层<0001〉方向具有Γ以上10°以下的倾角的作为基底基板，但如果倾角超过10°，则在结晶生长中产生大的台阶，在该大的台阶上卷入熔液，产生液胞(包裹体)，因此并不理想。又，一般地，大台阶是指用肉眼或低倍率的显微镜能够容易观察到的微米级的阶差，微小台阶是指原子台阶等具有纳米级阶差的结构。专利文献1 日本专利公开2009-51686号公报
发明内容
本发明发明人发现，在结晶生长中有时从基底基板的主面向着斜上方形成晶界， 从基底基板的主面继承的生长中的结晶的位错碰上晶界的话，该位错的传播被妨碍。基底基板一般由气相法生成，因此位错密度较高，即使是液相法在结晶中也会继承该位错，若结晶生长中产生的晶界可以终止位错的传播，则在结晶生长结束后的结晶表面基本不会显现出位错。因此，在该结晶上进一步生长氮化镓单晶以使生长面变平滑的话，上层的氮化镓单晶成为没有位错造成的缺陷、晶界和包裹体也较少的结构。然而，至此还不知道控制氮化镓结晶生长中晶界的发生地点的方法。因此，在结晶生长中，混合了晶界产生较密处和晶界产生较疏处，晶界产生较疏处不能够终止位错的传播，会在结晶生长结束后的结晶表面产生位错密度高的部分。本发明正是鉴于上述问题提出的，其目的在于提供一种适于利用IBB族氮化物结晶的结晶生长中的晶界终止位错传播的基底基板。本发明发明人发现，利用IBB族氮化物结晶的结晶生长中的晶界终止位错的传播时，在基底基板设置阶差为10 40 μ m的台阶的情况下，以该台阶的阶差附近为起点产生了晶界，因此可以根据基底基板的台阶来控制晶界的发生，从而完成本发明。本发明基底基板是具有;3B族氮化物的晶种层的基底基板，主面具有微米级的多个台阶。该基底基板例如像如下这样用于助熔剂法。即，向含有3B族金属和碱性金属的混合熔液中浸入基底基板，并向该混合熔液导入氮气，使3B族氮化物的结晶在基底基板的主面上生长。在主面上生长:3B族氮化物时，以台阶的阶差附近为起点向斜上方产生晶界。另一方面，一般认为晶种层中所包含的位错，向与晶界的前进方向交叉的方向(与主面垂直的方向)传播，在晶界和位错交叉的地点位错的传播被晶界终止，位错不会超过晶界传播。 因此，本发明的基底基板，可以根据在主面上的哪个位置形成台阶的阶差来控制晶界的起点，进而可以以少量的台阶阻止基底基板的位错的传播。这里，“微米级”是指1 100 μ m。台阶的阶差最好为10 40 μ m。台阶的阶差不足10 μ m的情况下，在:3B族氮化物结晶生长之前，阶差大小的晶种回熔会使阶差消失，并不理想。台阶的阶差超过40 μ m的话，晶界或者卷入其附近的包裹体的量过多，因此也不理想。又，各台阶的平台宽度可以都是相同的值，也可以每个台阶取不同的值。这点对阶差来说也是一样。又，专利文献1的基底基板虽然具有微小台阶，但基板表面被镜面研磨，其阶差小至纳米级，这一点与本发明的台阶不同。在本发明的基底基板中，所述台阶的边缘可以和:3B族氮化物结晶的a面大致平行，也可以和m面大致平行，还可以向着此外的任一方向，但最好是形成为和a面大致平行。 与阶差的边缘和m面平行的情况相比，阶差的边缘形成为和a面平行的情况下，晶界以更接近c面的角度延伸，因此，可以在相同的生长厚度下由晶界覆盖广泛的区域，比较理想。又， “与a面大致平行”包括与a面平行的情况，也包括与a面实质平行的情况(例如，与a面所成的角度不足5° )。本发明的:3B族氮化物结晶是在上述的本发明的基底基板的主面上生长的;3B族氮化物结晶，从{1-100}截断的所述;3B族氮化物结晶的截面来看，以所述基底基板的阶差为起点的晶界向对于GaN单晶中的<0001〉方向呈55 75°倾斜延伸。该族氮化物结晶中，通过从基底基板的主面至3B族氮化物结晶的表面的晶界将基底基板的主面的大部分或者全部覆盖隐藏，从基底基板的晶种层传播的位错被该晶界阻断。因此，在该3B族氮化物结晶之上，为使生长面变平滑以平稳的条件使其它的3B族氮化物结晶生长的话，该上层的3B族氮化物结晶位错缺陷较少、且晶界和包裹体也较少。
本发明的:3B族氮化物结晶是上述的在本发明的基底基板的主面生长的;3B族氮化物结晶，从表面侧观察所述3B族氮化物结晶时，其主面被以所述基底基板的阶差为起点直至所述3B族氮化物结晶的表面的晶界全部覆盖隐藏。该:3B族氮化物结晶通过从基底基板的主面至3B族氮化物结晶的表面的晶界来全部隐藏覆盖基底基板的主面，因此，从基底基板的晶种层传播的位错被切断、大部分不能到达表面。因此，在该3B族氮化物结晶之上，为使生长面变平滑以平稳的条件使其它的3B族氮化物结晶生长的话，该上层的:3B族氮化物结晶几乎没有位错缺陷、且晶界和包裹体也较少。例如，在基底基板的主面结晶了的:3B族氮化物结晶的厚度为T ( μ m)，各台阶的平台宽度为W(ym)、晶界相对于主面的角度的最大值为θ )时，最好设定平台宽度W使其满足WST/tane。这样一来，理论上，从表面侧观察;3B族氮化物结晶时，通过从基底基板的主面至:3B族氮化物结晶的表面的晶界使基底基板的主面的全部被覆盖隐藏。尤其是设定平台宽度w使得W = T/tane的话，与w<T/tane的情况相比，其平台宽度较宽，可以减少在基底基板的主面形成的台阶的数量。本发明的;3B族氮化物结晶的制造方法为，向含有;3B族金属和碱性金属的混合熔液中浸入上述的基底基板，并向该混合熔液导入氮气，在基底基板的主面上生长3B族氮化物结晶。该制造方法中，在主面上生长3B族氮化物结晶时，以台阶的阶差附近为起点向着斜上方产生晶界。另一方面，一般认为晶种层中所包含的位错，向与晶界的前进方向交叉的方向(与主面垂直的方向)传播，在晶界和位错交叉的地点位错的传播被晶界终止，位错不会超过晶界传播。因此，可以根据在主面上的哪个位置形成台阶的阶差来控制晶界的起点， 进而可以以少量的台阶阻止基底基板的位错的传播。本发明的;3B族氮化物结晶的生长方法中，作为;3B族氮化物例举有氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氮化铟QnN)、氮化铊(TIN)等，其中最好是氮化镓。作为基底基板可以使用在例如蓝宝石基板、碳化硅基板、硅基板等的表面形成有与3B族氮化物相同种类的薄膜的基板、也可以使用与3B族氮化物相同种类的基板。作为助熔剂可以根据3B族金属的种类从各种金属中适当地选择即可，例如3B族金属为镓的情况下优选是碱性金属， 更优选是金属钠或金属钾，进一步优选是金属钠。又，本说明书中，“晶界”是指相邻的结晶粒之间的不连续的边界。“包裹体”是指被卷入晶界的熔液。包裹体有时也会称为液胞。又，结晶方位一直在无机化学领域使用，这里对六方晶的3B族氮化物单晶的结晶方位进行简单说明。六方晶中，与c轴垂直的面即c面为(0001)面、-C面为(000-1)面，从对称性的观点来看，这两个面等价，因此，记为{0001} 面。又，如图 26 所示，
方向、[-1010]方向、[-1100]方向、
方向、[10-10] 方向以及[1-100]方向从对称性的观点来看全部等价，因此，记为<1-100>。又，与<1-100> 垂直的面即m面记为{1-100}。进一步地，[-2110]方向、[-12-10]方向、[11-20]方向、 [2-1-10]方向、[1-210]方向以及[-1-120]方向从对称性的观点来看都是等价的，因此记为<11-20>。又，与<11-20>垂直的面即a面记为{11-20}。
图1是表示结晶板制造装置10的整体构成的说明图。图2是育成容器12的说明图(截面图)。
图3是边缘与a面平行时的基底基板18的说明图，图3(a)表示立体图(一部分截面)、图3(b)表示俯视图。图4是GaN结晶的位错降低结构的说明图。图5是边缘与m面平行的情况下的基底基板18的俯视图。图6是具有六边形图案的中凹形状的基底基板的说明图，图6(a)表示俯视图、图 6(b)表示A-A截面图。图7是具有三角形图案的中凹形状的基底基板的说明图，图7(a)表示俯视图、图 7(b)表示B-B截面图。图8是具有六边形图案的中凸形状的基底基板的说明图，图8(a)表示俯视图、图 8(b)表示C-C截面图。图9是表示结晶板制造装置110的整体构成的说明图。图10是实施例1的GaN单晶的截面的萤光显微镜图像的照片。图11是实施例1的GaN单晶的腐蚀坑观察图像的照片。图12是实施例2的GaN单晶的截面的萤光显微镜图像的照片。图13是实施例2的GaN单晶的腐蚀坑观察图像的照片。图14是实施例3的GaN单晶的截面的萤光显微镜图像的照片。图15是实施例3的GaN单晶的腐蚀坑观察图像的照片。图16是实施例4的GaN单晶的截面的萤光显微镜图像的照片。图17是实施例4的GaN单晶的腐蚀坑观察图像的照片。图18是实施例5的GaN单晶的截面的萤光显微镜图像的照片。图19是实施例5的GaN单晶的腐蚀坑观察图像的照片。图20是实施例6的GaN单晶的截面的萤光显微镜图像的照片。图21是实施例6的GaN单晶的腐蚀坑观察图像的照片。图22是实施例10的GaN单晶的截面的萤光显微镜图像的照片。图23是实施例10的GaN单晶的腐蚀坑观察图像的照片。图M是比较例1的GaN单晶的截面的萤光显微镜图像的照片。图25是比较例1的GaN单晶的腐蚀坑观察图像的照片。图沈是表示六方晶的结晶方位的说明图。
具体实施例方式下面，参照附图对实施本发明的IBB族氮化物结晶的生长方法合适的装置进行说明。图1是表示结晶板制造装置10的整体构成的说明图，图2是育成容器12的说明图(截面图)，图3是基底基板18的说明图，图4是位错降低结构的说明图。下面，以GaN作为族氮化物为例来进行说明。如图1所示，结晶板制造装置10包括育成容器12、配置于该育成容器12的基底基板18、收纳育成容器12的反应容器20、配置有该反应容器20的电炉M、设在连接氮储气瓶42和不锈钢制的反应容器20的配管的途中的压力控制器40。育成容器12是有底筒状的氧化铝制的坩埚。如图2所示，在该育成容器12内配置有具有GaN晶种层的基底基板18。又，育成容器12内收容有金属镓和助熔剂。作为助熔剂最好是金属钠。金属镓和助熔剂通过加热成为混合熔液。如图2所示，基底基板18被配置为主面18a相对于水平方向具有角度(即倾斜)。 如图3所示，该基底基板18在主面(c面)18a阶梯状地形成有多个台阶19。各台阶19形成为阶差为10 40 μ m、边缘与GaN的六方晶的a面平行。另外，各台阶19的平台宽度设定为规定的宽度。规定的宽度设定为，在基底基板18的主面18a上生长GaN结晶之后，从表面侧观察该生长后的GaN结晶时，晶界覆盖隐藏主面18a。又，多个台阶19可以通过例如干蚀刻、喷沙、激光、冲切等来形成。反应容器20为不锈钢制，在上部插有能够导入氮气的插入导管22。该插入导管 22的下端在反应容器20内、位于育成容器12的上方空间。又，插入导管22的上端与压力控制器40连接。电炉M包括内部配置有反应容器20的中空的圆筒体沈，和分别闭塞该圆筒体沈的上部开口和下部开口的上盖28和下盖30。该电炉M是三区域式加热器，通过设于圆筒体沈的内壁的环状的两个隔断板32、33被区分为上部区域34、中部区域35、下部区域36 三个区域。又，包围上部区域34的内壁上埋设有加热器44，包围中部区域35的内壁上埋设有加热器45，包围下部区域36的内壁上埋设有加热器46。各加热器44、45、46通过图中未显示的加热器控制装置被控制达到预先分别设定的目标温度。又，反应容器20被收容为上端位于上部区域34、下端位于下部区域36。 压力控制器40进行控制使得向反应容器20供给的氮气的压力为预先设定的目标压力。对如此构成的本实施方式的结晶板制造装置10的使用例进行说明。首先，准备基底基板18并将其放入育成容器12。此时，基底基板18被支承为相对于水平方向具有10° 以上90°未满(优选为45°以上90°未满)的角度。另外，准备金属镓和作为助熔剂的金属钠，并对其称量使其为要求的摩尔比，再收容在育成容器12。将该育成容器12放入反应容器20，使插入导管22连接到反应容器20，从氮储气瓶42经由压力控制器40向反应容器20内填充氮气。使该反应容器20从电炉M的圆筒体沈内的上部区域34、经中部区域 35、直至下部区域36地被收容，盖上下盖30和上盖观。然后，通过压力控制器40进行控制使反应容器20内达到规定的氮气压，并通过图中未显示的加热器控制装置进行控制使得上部加热器44、中部加热器45、下部加热器46达到各规定的目标温度，使氮化镓结晶生长。 氮气压优选设定为1 7MPa，更优选设定为2 6MPa。又，三个加热器的平均温度优选设定为700 1000°C，更优选设定为800 900°C。氮化镓结晶的生长时间根据加热温度、加压氮气压适当地设定即可，例如可以设定在数小时 数百小时。根据以上详述的本实施方式，在基底基板18的主面18a上生长GaN结晶时，如图 4所示，以台阶19的阶差的附近为起点向着斜上方产生晶界。另一方面，一般认为基底基板18的晶种层中所包含的位错，向与晶界的前进方向交叉的方向(与主面垂直的方向)传播，在晶界和位错交叉的地点位错的传播被晶界终止，位错不会超过晶界传播。因此，可以根据在主面18a上的哪个位置形成台阶19的阶差来控制晶界的起点，进而可以以少量的台阶19阻止基底基板18的位错的传播。又，从表面侧观察在基底基板18的主面18a结晶生长后的GaN结晶时，通过从基底基板18的主面18a至GaN结晶的表面的晶界使得基底基板18的主面18a的主面18a全部被隐藏、覆盖。因此，从基底基板18的晶种层向GaN结晶传播的位错几乎都不能到达GaN 结晶的表面。进一步地，在基底基板18的主面18a上生长了的GaN结晶之上，进一步使生长面平滑地生长GaN结晶的话，上层的GaN结晶几乎不存在从下层的GaN结晶传播来的位错，因此，位错缺陷较少，晶界、包裹体也较少。又，本发明并不限定于上述的实施方式，在属于本发明的技术范围内以各种形态实施得到实施方式也包括在本发明的范围内。例如，在上述的实施方式中，采用图3所示的基底基板18，但也可以采用图5所示那样的边缘与GaN的六方晶的m面平行的基底基板18来代替。或者，台阶也可以形成为从基底基板的纵向截面来看时为中央凹陷的形状(中凹形状)，从基底基板的上面来看时为点对称图形的图案。点对称图案例举有三角形、四边形、五边形、六边形等多边形，其中最好是全部的台阶的边缘与a面平行的六边形的图案(参照图6)、或如三角形图案(参照图7)。 采用中凹形状的情况下，为了形成多个台阶进行加工的最大厚度为图3的一半即可。又，与中央突出的形状(中凸形状，参照图8)相比，中央区域也可以可靠地被导入晶界，因此可以可靠地抑制中央区域的位错。上述实施方式中，也可以在育成容器12内的混合熔液中产生热对流。具体地说， 也可以设定各目标温度，使下部加热器46的温度高于上部加热器44和中部加热器45。通过这样产生的热对流，使混合熔液沿着基底基板18的主面18a流动，促进沿着主面18a方向的结晶生长。上述的实施方式中，采用图1所示的结晶板制造装置10，也可以采用图9所示的结晶板制造装置110来替代。结晶板制造装置110除了反应容器20能够旋转之外，其它都与结晶板制造装置10相同，下面仅对与结晶板制造装置10的不相同点进行说明。反应容器 20载置在下表面安装有旋转轴52的圆盘状的旋转台50上。旋转轴52具有内部磁铁54， 环状地配置在筒状壳58的外侧的外部磁铁56通过图中未显示的外部马达进行旋转，旋转轴52也随之旋转。插入反应容器20的插入导管22在上部区域34内被切断。因此，旋转轴52旋转的话，载置在旋转台50上的反应容器20也没有障碍地旋转。又，从氮储气瓶42 经由压力控制器40而充满在电炉M内的氮气从插入导管22被导入到反应容器20内。通过使用该结晶板制造装置110，可以在育成容器12内的混合熔液中产生沿着基底基板18的表面方向的流动，促进沿着主面18a的方向的结晶生长。又，最好确定育成容器12内的基底基板18的姿势以使混合熔液产生的涡状的流动与基底基板18的表面平行。实施例(实施例1)使用图1所示的结晶板制造装置10制作GaN结晶板。下面，对其步骤进行详述。 首先，通过喷砂法在长IOmmX宽15mm的基底基板18的主面(c面)18a上使用掩模图形形成多个台阶19。磨粒的材质为氧化铝(Al2O3),粒径为10 20 μ m，平均粒径为15 μ m。又， 各台阶19的阶差为10 μ m，边缘与GaN的六方晶的a面平行，平台宽度为2mm。接下来，在氩气氛的手套箱内，将形成有多个台阶19的基底基板18与水平方向呈 70°地收容在育成容器12内，同时称量金属镓(Ga) 3g和作为助熔剂的金属钠(Na)4g，放入育成容器12内。将该育成容器12放入反应容器20内，一边进行氮气吹扫，一边将反应容器20放入电炉M的圆筒体沈内，盖上上盖观和下盖30进行密闭。然后，以规定的育成条件育成氮化镓结晶。本实施例中，育成条件为氮气压4. 5MPa、平均温度875°C，进行100 小时的育成。反应结束后，自然冷却到室温，之后打开反应容器20从中取出育成容器12，向育成容器12中投入乙醇，使金属钠溶于乙醇，然后回收培育的氮化镓结晶板。对按{1-100}切出的回收的GaN结晶的截面照射波长330 385nm的光，图10示出此时的萤光显微镜图像。在该萤光显微镜图像中看出，基底基板18为淡绿色(图10中为浅灰色)，GaN单晶为蓝色(图10中为深灰色)。GaN单晶中，条状地发青白色光的杂质带的发光部分(图10中为浅灰色)是晶界。又，杂质带发光是指，杂质形成深能级，被激发到该深能级的电子弛豫而发光。图10中，晶界以台阶的阶差的附近为起点在GaN单晶中向着斜上方产生。具体地说，图10中可以确认出以台阶的阶差的附近为起点、在GaN单晶中向相对于<0001〉方向倾斜大约55 75°的方向延伸的晶界。对该GaN单晶的表面进行镜面加工，在250°C的硫酸和磷酸的混合液中浸泡大约 2小时，进行蚀刻处理。蚀刻之后，对在GaN单晶的表面的正下方形成了晶界(或者包裹体)之处，使用光学显微镜进行微分干涉图像观察，观察位错引起的腐蚀坑，求出腐蚀坑密度(EPD)。EPD通过以在IOOym的四方的测定区域中的腐蚀坑的数量除以测定区域的面积来求出。此时的腐蚀坑观察图像如图11所示。图11中的测定区域内没有观察到腐蚀坑， EPD < IXlOVcm20这样，在GaN单晶的表面的正下方形成有晶界(或者包裹体)之处没有观察到位错，可以认为是GaN单晶中的位错的传播被晶界阻止。又，图10中，从阶差至晶界达到GaN单晶表面的水平距离大约为2mm，由此可知将平台宽度设定为该水平距离2mm以下的话，晶界即可将主面的全部覆盖隐藏。(实施例2)除了形成在基底基板18的台阶19的阶差为20 μ m之外，都与实施例1相同，育成 GaN单晶，并回收育成容器12，拍摄回收的GaN结晶的萤光显微镜图像。此时的萤光显微镜图像如图12所示。图12中，晶界以台阶的阶差的附近为起点在GaN单晶中向着斜上方产生。具体地说，图12中可以确认出以台阶的阶差的附近为起点、在GaN单晶中向相对于 <0001〉方向倾斜大约55 75°的方向延伸的晶界。另外，与实施例1同样进行微分干涉图像观察，观察由位错引起的腐蚀坑，求出EPD。此时的腐蚀坑观察图像如图13所示。图 13中的测定区域内没有观察到腐蚀坑，EPD < lX104/cm2。(实施例3)除了形成在基底基板18的台阶19的阶差为40 μ m之外，都与实施例1相同，育成 GaN单晶，并回收育成容器12，拍摄回收的GaN结晶的萤光显微镜图像。此时的萤光显微镜图像如图14所示。图14中，晶界以台阶的阶差的附近为起点在GaN单晶中向着斜上方产生。具体地说，图14中可以确认出以台阶的阶差的附近为起点、在GaN单晶中向相对于 <0001>方向倾斜大约55 75°的方向延伸的晶界。另外，与实施例1同样进行微分干涉图像观察，观察由位错引起的腐蚀坑，求出EPD。此时的腐蚀坑观察图像如图15所示。图 15中的测定区域内没有观察到腐蚀坑，EPD < lX104/Cm2。(实施例4)使基底基板18的边缘与GaN的六方晶的m面平行，使台阶19的阶差为10 μ m、平台宽度为1mm，此外都与实施例1相同，育成GaN单晶，并回收育成容器12。然后，对按{11-20}切出的回收的GaN结晶的截面照射波长330 385nm的光，并拍摄此时的萤光显微镜图像。 此时的萤光显微镜图像如图16所示。图16中，晶界以台阶的阶差的附近为起点在GaN单晶中向着斜上方产生。具体地说，图16中可以确认出以台阶的阶差的附近为起点、在GaN 单晶中向相对于<0001〉方向倾斜大约15 35°的方向延伸的晶界。另外，与实施例1同样进行微分干涉图像观察，观察由位错引起的腐蚀坑，求出EPD。此时的腐蚀坑观察图像如图17所示。图17中的测定区域内没有观察到腐蚀坑，EPD < IX 104/cm2。(实施例5)除了形成在基底基板18的台阶19的阶差为20μπι之外，都与实施例4相同，育成 GaN单晶，并回收育成容器12，拍摄回收的GaN结晶的萤光显微镜图像。此时的萤光显微镜图像如图18所示。图18中，晶界以台阶的阶差的附近为起点在GaN单晶中向着斜上方产生。具体地说，图18中可以确认出以台阶的阶差的附近为起点、在GaN单晶中向相对于 <0001〉方向倾斜大约15 35°的方向延伸的晶界。另外，与实施例1同样进行微分干涉图像观察，观察由位错引起的腐蚀坑，求出EPD。此时的腐蚀坑观察图像如图19所示。图 19中的测定区域内没有观察到腐蚀坑，EPD < lX104/cm2。(实施例6)除了形成在基底基板18的台阶19的阶差为40 μ m之外，都与实施例4相同，育成 GaN单晶，并回收育成容器12，拍摄回收的GaN结晶的萤光显微镜图像。此时的萤光显微镜图像如图20所示。图20中，晶界以台阶的阶差的附近为起点在GaN单晶中向着斜上方产生。具体地说，图20中可以确认出以台阶的阶差的附近为起点、在GaN单晶中向相对于 <0001〉方向倾斜大约15 35°的方向延伸的晶界。另外，与实施例1同样进行微分干涉图像观察，观察由位错引起的腐蚀坑，求出EPD。此时的腐蚀坑观察图像如图21所示。图 21中的测定区域内没有观察到腐蚀坑，EPD< lX104/Cm2。(实施例7)除了形成在基底基板18的台阶19的平台宽度为2mm之夕卜，都与实施例4相同，育成GaN单晶，并回收育成容器12。通过萤光显微镜观察回收的GaN结晶，晶界以台阶的阶差附近为起点在GaN单晶中向着斜上方产生。晶界以台阶的阶差的附近为起点在GaN单晶中向相对于<0001〉方向倾斜大约15 35°的方向延伸。与实施例1的情况相比，晶界相对于<0001〉方向的倾斜度较小，要由晶界覆盖隐藏主面的全部，需要以实施例1的4倍的厚度生长结晶。(实施例8)除了形成在基底基板18的台阶19的阶差为20 μ m、育成时间为150小时之外，都与实施例1相同，育成GaN单晶，并回收育成容器12，观察回收的GaN结晶的萤光显微镜图像。这种情况下，GaN单晶生长大约1.5mm，晶界以台阶的阶差的附近为起点在GaN单晶中向斜上方产生。具体地说，对GaN结晶以{1-100}切出的截面中，可以确认出以台阶的阶差的附近为起点、在GaN单晶中向相对于<0001〉方向呈大约55 75°的倾斜方向延伸的晶界。本实施例中基底基板的主面的全部被晶界覆盖隐藏。另外，与实施例1同样进行微分干涉图像观察，观察由位错引起的腐蚀坑，求出EPD。测定区域内没有观察到腐蚀坑，EPD < IX 104/cm2。(实施例9)
对实施例1育成的结晶进行镜面研磨，以产生{0001}面(C面)，除了使用其作为基底基板之外，都与实施例1同样地育成GaN单晶，并从育成容器12回收，观察回收的GaN 结晶的萤光显微镜图像。这样一来，不能确认到杂质带发光，没有产生晶界(以及包裹体)。 另外，与实施例1同样进行微分干涉图像观察，观察由位错引起的腐蚀坑，求出EPD。测定区域内没有观察到腐蚀坑，EPD < IX 104/cm2。(实施例10)除了形成在基底基板18的台阶19的平台宽度为3. 6mm(3600 μ m)之外，都与实施例3相同，育成GaN单晶，并回收育成容器12，拍摄回收的GaN结晶的萤光显微镜图像。此时的萤光显微镜图像如图22所示。图22中，平台宽度W过大，从表面观察GaN单晶时，存在没有被晶界覆盖之处。对该GaN单晶的表面进行镜面加工，在250°C的硫酸和磷酸的混合液中浸泡大约2小时，进行蚀刻处理。蚀刻之后，对在GaN单晶的表面的正下方形成有晶界(或者包裹体)之处用光学显微镜进行微分干涉图像观察，虽然没有观察到由位错引起的腐蚀坑，但是在正下方没有形成晶界(或者包裹体)之处，观察到图23所示的多个腐蚀坑，EPD为3. 4X 106/cm2。也就是说，平台宽度较宽，和实施例1 8相比，既有没有观察到腐蚀坑的地方也有观察到腐蚀坑的地方。(实施例11)除了形成在基底基板18的台阶19的阶差为50 μ m之外，都与实施例1相同，育成 GaN单晶，并回收育成容器12，观察回收的GaN结晶的萤光显微镜图像。这样一来，晶界以台阶的阶差的附近为起点在GaN单晶中向着斜上方产生。具体地说，可以确认出以台阶的阶差的附近为起点、在GaN单晶中向相对于<0001〉方向倾斜大约55 75°的方向延伸的晶界。本实施例中，几乎所有晶界卷入有包裹体，包裹体露出至GaN结晶表面。另外，与实施例1同样进行微分干涉图像观察，观察由位错引起的腐蚀坑，求出EPD。测定区域内没有观察到腐蚀坑，EPD < lX104/Cm2。也就是说，本实施例的阶差较大，因此，与实施例1 8 相比，虽然包裹体露出表面，但可以充分得到抑制腐蚀坑的效果。(比较例1)除了使用平滑的基底基板(没有实施形成实施例1的台阶的工序的基底基板)之外，以实施例1同样地育成GaN单晶，回收育成容器12。对按{11-20}切出的回收的GaN 结晶的截面照射波长330 385nm的光，图M示出此时的萤光显微镜图像。图M中没有看到杂质带发光，没有确认到晶界。另外，在任意处进行与实施例1同样地微分干涉图像观察，观察位错引起的腐蚀坑，求出EPD。此时的腐蚀坑观察图像如图25所示。图25中的测定区域内观察到多个腐蚀坑，EPD为7. 3X 105/cm2。(比较例2)除了形成在基底基板18的台阶19的阶差为0. 5 μ m之外，都与实施例1相同，育成 GaN单晶，并回收育成容器12，观察回收的GaN结晶的萤光显微镜图像。这样一来，在基底基板上形成的0. 5μπι的阶差在育成开始前就由于回熔而消失，实际上成为没有阶差的面， 因此，不能确认到杂质带发光，没有产生以阶差的附近为起点的晶界。另外，与实施例1同样进行微分干涉图像观察，观察由位错引起的腐蚀坑，求出EPD。测定区域内观察到多个腐蚀坑，EPD 为 1. 2 X 106/cm2。本申请以2009年10月16日申请的日本专利申请第2009-239567号为优先权，通过引用将其全部内容包含在说明书中。产业上的可利用性本发明制造的IBB族氮化物结晶除了能够利用于代表功率放大器的高频率装置， 还能够利用于蓝色LED、白色LED、蓝紫色半导体激光器等的半导体装置。
权利要求
1.一种基底基板，其是包括3B族氮化物的晶种层的基底基板，其特征在于，在基底基板的主面具有阶差为微米级的多个台阶。
2.如权利要求1所述的基底基板，其特征在于，用于助熔剂法。
3.如权利要求1或2所述的基底基板，其特征在于，所述阶差为10 40μ m。
4.如权利要求1 3中的任意一项所述的基底基板，其特征在于，所述台阶的边缘形成为与所述3B族氮化物的结晶的a面大致平行。
5.一种:3B族氮化物结晶，其特征在于，其是在权利要求1 4中的任意一项所述的基底基板的主面上生长的3B族氮化物结晶，观察从{1-100}切出的所述:3B族氮化物结晶的截面，晶界以所述基底基板的阶差为起点、在GaN单晶中向相对于<0001〉方向呈55 75° 倾斜的方向延伸。
6.一种:3B族氮化物结晶，其特征在于，其是在权利要求1 4中的任意一项所述的基底基板的主面上生长的3B族氮化物结晶，从表面侧观察所述:3B族氮化物结晶时，通过以所述基底基板的阶差为起点至所述3B族氮化物结晶的表面的晶界使所述基底基板的主面的全部被覆盖隐藏。
7.—种;3B族氮化物结晶的制法，其特征在于，其将权利要求1 4的任意一项所述的基底基板浸入含有3B族金属和碱性金属的混合熔液，并向该混合熔液中导入氮气，在所述基底基板的主面上生长3B族氮化物结晶。
全文摘要
在基底基板(18)的主面(c面)(18a)上以阶梯状形成有多个台阶(19)。各台阶(19)的阶差为10～40μm，边缘形成为与GaN的六方晶的a面平行。又，各台阶(19)的平台宽度被设定为规定的宽度。规定的宽度被设定为，在基底基板(18)的主面(18a)上生长GaN结晶之后，从表面侧观察该生长后的GaN结晶时，通过晶界使主面(18a)被覆盖隐藏。多个台阶(19)通过例如干蚀刻、喷沙、激光、冲切等来形成。
文档编号C30B19/12GK102575384SQ201080046040
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月15日 优先权日2009年10月16日
发明者下平孝直, 今井克宏, 平尾崇行 申请人:日本碍子株式会社