專利名稱：生長GaN晶體基片的方法和GaN晶體基片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生長GaN晶體基片的方法及GaN晶體基片。
然而，很難生長出大的GaN復(fù)合半導(dǎo)體晶體，并且由于這個(gè)原因，還沒有生產(chǎn)出來有實(shí)際用途的GaN基片。藍(lán)寶石作為生長GaN的基片在目前已經(jīng)得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用，并且在單晶藍(lán)寶石基片上外延生長GaN是一種很普遍的方法，例如，運(yùn)用金屬有機(jī)物氣相外延法。
藍(lán)寶石基片和GaN的晶格常數(shù)不同，因此，當(dāng)直接在藍(lán)寶石基片上生長GaN時(shí)，生長不出單晶GaN薄膜。為了解決這個(gè)問題，日本專利(公開號(hào)No.188983/1988)公開了一種方法，先在藍(lán)寶石基片上低溫生長AlN或者GaN的緩沖層以減小晶格應(yīng)變，然后在緩沖層上生長GaN。
然而，即使在用低溫生長的緩沖層來長GaN時(shí)，基片和GaN晶體的晶格常數(shù)也會(huì)產(chǎn)生差異，并且因而導(dǎo)致GaN會(huì)有許多缺陷，這些缺陷被認(rèn)為在生產(chǎn)GaN基的激光二極管時(shí)是一個(gè)障礙。此外，由于藍(lán)寶石和GaN線性膨脹系數(shù)的差異，在外延后的基片中會(huì)產(chǎn)生扭曲，在最壞的情況下，基片會(huì)很不利地破裂。
由于這個(gè)原因，人們正熱切地期待著發(fā)展出大的GaN基片。
雖然生長大的GaN晶體非常困難，但是近來已提出了一種在基片上異質(zhì)外延生長GaN厚膜的方法，例如，HVPE方法，當(dāng)基片被除去后就會(huì)得到一種自由固定的GaN基片。
順便說一下，在目前，還沒有發(fā)展出任何可通過蝕刻來分離GaN和藍(lán)寶石基片的技術(shù)。雖然已嘗試通過拋光來機(jī)械地除去藍(lán)寶石基片，但是在磨光的工藝中會(huì)增加基片的扭曲，并且，基片破裂的可能性也會(huì)增加。由于這個(gè)原因，這種方法還沒有被付諸于實(shí)際運(yùn)用。
在此，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.38(1999)Pt.2，No.3A上報(bào)道了一種方法在運(yùn)用HVPE方法于藍(lán)寶石基片上生成了厚的GaN膜以后，用激光脈沖分離GaN膜。然而，這種方法也可能引起基片的破裂。
此外，日本專利(公開號(hào)No.12900/2000)公開了一種利用很容易除去的基片的方法。在這種方法中，通過HVPE方法先在GaAs基片上生長一層很厚的GaN膜，然后用蝕刻的方法除去GaAs基片。使用這種方法，可以以相對(duì)較高的產(chǎn)量制備大的GaN基片。然而，這種方法存在一個(gè)問題，那就是GaAs基片在GaN晶體生長的工藝中會(huì)很不利地分解，并且As會(huì)作為雜質(zhì)存在于GaN中。
運(yùn)用掩模技術(shù)選擇生長可有效地減小外延生長的GaN的缺陷濃度，例如，日本專利(公開號(hào)No.312971/1998)公開了一種這樣的技術(shù)。然而，因?yàn)闆]有很容易分離基片的方法，以上的技術(shù)不能被有效的用于生產(chǎn)自由固定的GaN基片。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，生產(chǎn)GaN晶體基片的工藝包括這些步驟在初始基片上沉積一層金屬膜，初始基片可以是單晶藍(lán)寶石基片、帶有在藍(lán)寶石襯底上生長的單晶GaN膜的基片或單晶半導(dǎo)體基片中的任何一種。
在金屬膜上沉積一層GaN膜用于形成層狀基片；并且把初始基片從沉積了GaN的層狀基片上除去，從而形成了自由固定的GaN晶體基片。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，生產(chǎn)GaN晶體基片的工藝包括這些步驟在初始基片上沉積一層金屬膜，初始基片可以是單晶藍(lán)寶石基片、帶有在藍(lán)寶石襯底上生長的單晶GaN膜的基片或單晶半導(dǎo)體基片中的任何一種。
在金屬膜上由掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)；把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)沉積GaN膜以形成層狀基片；并且把初始基片從沉積了GaN的層狀基片上除去，從而形成了自由固定的GaN晶體基片。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，生產(chǎn)GaN晶體基片的工藝包括這些步驟在初始基片上沉積一層金屬膜，初始基片可以是單晶藍(lán)寶石基片、帶有在藍(lán)寶石襯底上生長的單晶GaN膜的基片或單晶半導(dǎo)體基片中的任何一種。
在金屬膜上沉積GaN膜；在GaN膜上由掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)；把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)沉積GaN膜以形成層狀基片；并且把初始基片從沉積了GaN的層狀基片上除去，從而形成了自由固定的GaN晶體基片。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，生產(chǎn)GaN晶體基片的工藝包括這些步驟在初始基片上由掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)，初始基片可以是單晶藍(lán)寶石基片、帶有在藍(lán)寶石襯底上生長的單晶GaN膜的基片或單晶半導(dǎo)體基片中的任何一種。
把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)沉積GaN膜；在GaN膜上形成金屬膜；在金屬膜上再一次沉積GaN膜以形成層狀基片；并且把初始基片從又一次沉積了GaN的層狀基片上除去，從而形成了自由固定的GaN晶體基片。
根據(jù)這項(xiàng)具有上述各自結(jié)構(gòu)的發(fā)明的第一到第四個(gè)方面，生產(chǎn)工藝可能會(huì)進(jìn)一步包括下面的步驟在自由固定的GaN初始晶體基片上沉積一層金屬膜；在金屬膜上沉積GaN膜以形成層狀基片；并且把初始基片從沉積了GaN的層狀基片上除去，從而形成了自由固定的GaN晶體基片。
根據(jù)這項(xiàng)具有上述各自結(jié)構(gòu)的發(fā)明的第一到第四個(gè)方面，生產(chǎn)工藝可能會(huì)進(jìn)一步包括下面的步驟在自由固定的GaN初始晶體基片上沉積一層金屬膜；在金屬膜上由掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)；把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)沉積GaN膜以形成層狀基片；并且把初始基片從沉積了GaN的層狀基片上除去，從而形成了自由固定的GaN晶體基片。
根據(jù)這項(xiàng)具有上述各自結(jié)構(gòu)的發(fā)明的第一到第四個(gè)方面，生產(chǎn)工藝可能會(huì)進(jìn)一步包括下面的步驟在自由固定的GaN初始晶體基片上沉積一層金屬膜；在金屬膜上沉積GaN膜；在GaN膜上由掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)；把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)又一次沉積GaN膜以形成層狀基片；并且把初始的基片從又一次沉積了GaN的層狀基片除去，從而形成了自由固定的GaN晶體基片。
根據(jù)這項(xiàng)具有上述各自結(jié)構(gòu)的發(fā)明的第一到第四個(gè)方面，生產(chǎn)工藝可能會(huì)進(jìn)一步包括下面的步驟在自由固定的GaN初始晶體基片上由掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)；把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)沉積GaN膜；在GaN膜上形成一層金屬膜；在金屬膜上再一次沉積GaN膜以形成層狀基片；并且把初始基片從又一次沉積了GaN的層狀基片上除去，從而形成了自由固定的GaN晶體基片。
在以上的生產(chǎn)工藝中，金屬膜最好是C軸取向的金屬膜。
在以上的生產(chǎn)工藝中，金屬膜最好是由鋁、金、銀、銅、鉑、鐵、鎳、鈦、鋯和鉿中的一種或者是包含這些金屬中任何一種的合金所形成。
在以上的生產(chǎn)工藝中，金屬膜厚度最好在10-1000nm之間。
在以上的生產(chǎn)工藝中，沉積的GaN最好不要低于50μm。
在以上的生產(chǎn)工藝中，AlN可以在金屬膜上沉積，然后GaN在AlN上沉積。
在以上的生產(chǎn)工藝中，沉積GaN的一部分或者是整個(gè)步驟最好都通過HVPE方法來實(shí)行。
在以上的生產(chǎn)工藝中，除去初始基片的步驟最好就是通過金屬膜從基片分離GaN膜的步驟。
在以上的生產(chǎn)工藝中，從初始基片分離GaN基片最好是用蝕刻金屬膜的方法。
根據(jù)本發(fā)明，先在初始基片上沉積一層金屬膜，初始基片可以是單晶藍(lán)寶石基片、帶有在藍(lán)寶石襯底上生長的單晶GaN膜的基片或單晶半導(dǎo)體基片中的任何一種。然后在金屬膜上沉積GaN膜以形成層狀基片。由于以上結(jié)構(gòu)，當(dāng)生長了GaN膜后，GaN單晶能很容易的從初始基片上分離下來。
采用以下結(jié)構(gòu)可以使從初始基片上分離生長的單晶GaN變得容易在一層金屬膜上由掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)，把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)上沉積GaN膜以形成層狀基片，然后在層狀基片上形成初始基片。
另外，采用以下結(jié)構(gòu)也可以使從初始基片上分離生長的單晶GaN變的容易在金屬膜上沉積GaN膜，在GaN膜上由掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)，然后，把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)上又一次沉積GaN膜以形成層狀基片。
此外，采用以下結(jié)構(gòu)也可以使從初始基片上分離生長的單晶GaN變的容易在初始基片上由掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)，在把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)上沉積GaN膜，在GaN膜上形成一層金屬膜，然后在金屬膜上又一次沉積GaN膜以形成層狀基片。
特別地，如果采用了以下結(jié)構(gòu)，不僅可以使從初始基片上分離生長的單晶GaN變得方便，而且可以進(jìn)一步降低晶體缺陷在自由固定的GaN初始晶體基片上沉積一層金屬膜，再在金屬膜上沉積GaN膜以形成層狀基片，并在其上沉積GaN膜。
特別地，如果采用了以下結(jié)構(gòu)，不僅可以使從初始基片上分離生長的單晶GaN變得方便，而且可以進(jìn)一步降低晶體缺陷在自由固定的GaN初始晶體基片沉積一層金屬膜，在金屬膜上由掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)，把選擇生長區(qū)作為源，再在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)上沉積GaN膜以形成層狀基片，并在其上沉積GaN膜。
特別地，如果采用了以下結(jié)構(gòu)，不僅可以使從初始基片上分離生長的單晶GaN變得方便，而且可以進(jìn)一步降低晶體缺陷在自由固定的GaN初始晶體基片上沉積一層金屬膜，在金屬膜上沉積GaN膜，在GaN膜上由掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)，把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)上又一次沉積GaN膜以形成層狀基片，并在其上再次沉積GaN膜。
特別地，如果采用了以下結(jié)構(gòu)，不僅可以使從初始基片上分離生長的單晶GaN變得方便，而且可以進(jìn)一步降低晶體缺陷在自由固定的GaN初始晶體基片上由掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)，把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)上沉積GaN膜，在GaN膜上形成一層金屬膜，然后，再次在金屬膜上沉積GaN膜以形成層狀基片。
圖2是一個(gè)橫截面圖，展示了另一個(gè)外延生長GaN層狀基片的實(shí)施例，基片生產(chǎn)工藝運(yùn)用了本發(fā)明的方法。
圖3是一個(gè)橫截面圖，展示了另一個(gè)外延生長GaN層狀基片的實(shí)施例，基片生產(chǎn)工藝運(yùn)用了本發(fā)明的方法。
圖4是一個(gè)橫截面圖，展示了另一個(gè)外延生長GaN層狀基片的實(shí)施例，基片生產(chǎn)工藝運(yùn)用了本發(fā)明的方法。
圖5是一個(gè)橫截面圖，展示了一個(gè)光發(fā)射裝置的實(shí)施例。該裝置運(yùn)用了根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的GaN晶體基片。
根據(jù)本發(fā)明，GaN單晶基片的生產(chǎn)工藝包括以下步驟提供初始基片，該基片可以是單晶藍(lán)寶石基片、長有單晶GaN膜的基片或單晶半導(dǎo)體基片中任何一種；在初始基片上沉積一層金屬膜，該金屬膜在后面的步驟中可以被很容易地除去；在金屬膜上進(jìn)一步沉積GaN膜。在本發(fā)明的生產(chǎn)方法中使用的金屬膜需要有以下的性質(zhì)。
(1)為了能在金屬膜上外延生長單晶GaN，這層金屬膜至少應(yīng)該有C軸取向(某種有(111)晶向的立方金屬膜或者有(0001)晶向的六方金屬膜能夠在藍(lán)寶石或GaN的C面或者A面生長。此外，同樣取向的薄膜也能夠在立方單晶Si，GaAs以及類似物質(zhì)的(111)面生長)。
(2)在GaN可以生長的溫度(500℃或者還高)，這層金屬膜不能融化，也不能和藍(lán)寶石基片、GaN以及作為生長氣氛的氨氣或者氫氣起反應(yīng)，以至于對(duì)C軸取向產(chǎn)生干擾。
(3)這層金屬膜應(yīng)該能和酸、堿或這樣的物質(zhì)起反應(yīng)，但不能破壞GaN，這是為了能方便的從分層基片上分離GaN。
能夠包括以上要求的金屬包括鋁、金、銀、銅、鉑、鎳、鈦、鋯和鉿。這些金屬膜的使用可以減小由于晶格常數(shù)差異以及特別是由于基片和GaN膜的熱膨脹系數(shù)差異而產(chǎn)生的應(yīng)變，膜的使用也可以減小生長的GaN的缺陷濃度，而且，同時(shí)，膜的使用可以使生產(chǎn)的GaN基片沒有顯著的扭曲。
金屬膜的沉積可以用比如氣相沉積、噴濺或者各種CVD的方法。金屬膜最好是平面并且可以覆蓋基片表面的整個(gè)區(qū)域。然而，即便是有小孔存在，GaN也可以覆蓋小孔并且能覆蓋金屬膜的表面。
在選擇生長時(shí)所用的掩?？梢允侨魏我环N材料，只要在這種材料上GaN晶體不大可能生長，例如SiOX和SiNX。
以下的例子更進(jìn)一步說明了本發(fā)明，但不應(yīng)該被認(rèn)為是局限了本發(fā)明的范圍。(實(shí)例1)直徑50.8mm(約2英寸)的單晶藍(lán)寶石C面基片作為初始基片，在其上氣相沉積0.1μm厚的鋁膜形成金屬膜。用X射線衍射來分析沉積了鋁膜的基片。結(jié)果不僅觀測(cè)到藍(lán)寶石的(0001)衍射峰而且也觀測(cè)到鋁的(111)衍射峰，由此可以確定鋁膜是C軸取向的。
這個(gè)基片被放在MOCVD爐子(未示出)里并于650℃在氫氣氛圍中加熱30分鐘以便清潔基片的表面，同時(shí)，也可以提高鋁的取向程度。然后，在同一個(gè)爐子里面于650℃，用TMA(trimethylaluminum三甲基鋁)和氨作為初始材料在鋁膜表面上生長0.1μm厚的氮化鋁膜。最后，基片的溫度被升到了1050℃，用TMG(trimethylgallium三甲基鎵)和氨作為初始材料生長1μm的GaN膜。
將此基片轉(zhuǎn)移到HVPE爐子內(nèi)，并在基片上沉積300μm厚的GaN。在這里用氨和氯化鎵作為初始的生長材料。生長條件為氣壓＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，生長率＝80μm/hr。


圖1是一個(gè)橫截面圖，展示了這樣得到的GaN外延層狀基片的結(jié)構(gòu)。
特別的，圖1是一個(gè)橫截面圖，展示了一個(gè)生長GaN外延層狀基片的實(shí)施例，基片的生長運(yùn)用了本發(fā)明的GaN晶體基片的生長方法。
在這幅圖里，1代表作為初始基片的單晶藍(lán)寶石C面基片，2代表有C軸取向的金屬膜，3代表氮化鋁膜，4代表GaN膜。
5代表層狀基片，將層狀基片從HVPE爐中取出后浸入由鹽酸和雙氧水組成的混合液中。結(jié)果，鋁膜被有選擇地蝕刻掉，GaN膜4就從單晶藍(lán)寶石1的C面被分離。由于一層薄薄的AlN被附著在GaN膜4的一面(在圖形的下面)，這個(gè)薄層將用含有金剛石拋光粉的拋光液進(jìn)行拋光而除去。最后，就得到自由固定的單晶GaN基片。
測(cè)量了GaN單晶基片的扭曲程度。結(jié)果，扭曲的曲率半徑大概是4m，這確證這個(gè)單晶基片的確很平。還用原子力顯微鏡觀測(cè)了GaN單晶基片的表面以測(cè)量表面凹陷濃度。結(jié)果，濃度低到2×105pits/cm2，這確認(rèn)了GaN單晶基片有很高的結(jié)晶度。(實(shí)例2)將直徑50.8mm(約2英寸)的單晶藍(lán)寶石C面基片作為初始基片放在MOCVD爐子里面，用TMG和氨作為初始材料在600℃生長厚度為50nm的GaN膜。其后，基片的溫度被升到1050℃，然后將GaN膜生長到1μm。
一層0.1μm厚的金被氣相沉積到這個(gè)基片上作為金屬膜，然后用X射線衍射來分析。結(jié)果，觀測(cè)到金膜的(111)衍射。這確認(rèn)了金膜是C軸取向的。
這個(gè)基片再次被放進(jìn)MOCVD爐子里面。在爐內(nèi)用TMA和氨作為初始材料于基片溫度850℃時(shí)生長0.1μm厚的氮化鋁膜。然后基片溫度被進(jìn)一步升到1050℃，并且初始材料換成TMG和氨，然后生長厚度為2μm的GaN膜。
下一步，這個(gè)基片被轉(zhuǎn)移到HVPE爐子，然后在基片的表面沉積厚度為300μm的GaN。在這里用氨和氯化鎵作為生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。
從HVPE爐子里取出來用這種方法得到的層狀基片，再放進(jìn)王水里大約一個(gè)晚上以便溶解和除去金膜，就用種方法來分開藍(lán)寶石基片和GaN膜。就這樣就制備出了自由固定的GaN單晶基片。用原子力顯微鏡觀測(cè)了GaN單晶基片表面以測(cè)量表面凹陷的濃度。結(jié)果，濃度低到4×105pits/cm2，確證了GaN單晶基片有很高的結(jié)晶度。(實(shí)例3)直徑50.8mm(約2英寸)的單晶藍(lán)寶石C面基片作為初始基片。運(yùn)用噴濺的方法，在基片上沉積200nm厚的銀作為金屬膜。然后將基片放到MOCVD爐子里面，用TMG和氨作為初始材料，在基片溫度為600℃時(shí)，于銀膜的表面上生長厚度為50nm的GaN膜。然后，基片的溫度被升到1050℃，用TMG和氨作為初始材料來生長厚度為1μm的GaN膜。
然后這個(gè)基片被轉(zhuǎn)移到HVPE爐子里，在基片表面沉積厚度為300μm的GaN。在這里，氨和氯化鎵被用作生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。
從HVPE爐子取出用這種方法得到的層狀基片，再浸入熱硫酸以便溶解和除去銀膜，就用種方法來分開藍(lán)寶石基片和GaN膜。就這樣就制備出了自由固定的GaN單晶基片。
用原子力顯微鏡觀測(cè)了GaN單晶基片表面以測(cè)量表面凹陷的濃度。結(jié)果，濃度低到9×104pits/cm2，這確證了GaN單晶基片有很高的結(jié)晶度。(實(shí)例4)用直徑50.8mm(約2英寸)的單晶藍(lán)寶石C面基片被作為初始基片，以和例2同樣的方式在基片上用MOCVD方法生長厚度為1μm的單晶GaN。在這個(gè)基片上氣相沉積鎳作為金屬膜，然后這個(gè)被沉積過的基片被放到MOCVD爐子里面，在爐子里，在1200℃于氫氣氣氛中加熱基片30分鐘以便清潔表面。然后，在同一個(gè)爐子里面，于1060℃，用TMA和氨作為初始材料在基片上生長厚度為0.1μm的AlN膜。接下來，初始材料變成了TMG和氨，在基片上生長厚度為1μm的GaN。
這個(gè)基片然后被轉(zhuǎn)移到HVPE爐子里面，在基片的表面沉積厚度為300μm的GaN。在這里，用氨和氯化鎵作為生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。在生長的工藝中，引入二氯硅烷作為摻雜氣體而把硅在摻雜GaN晶體里面。
把這樣的層狀基片從HVPE爐子里取出來，再放進(jìn)王水里大約一個(gè)晚上以便溶解和除去鎳膜，就用種方法來分開藍(lán)寶石基片和GaN膜。就這樣就制備出了自由固定的GaN單晶基片。
用Pauw方法測(cè)量了單晶GaN膜的載流子濃度并發(fā)現(xiàn)是8×1018cm-3。這樣就確證了制備出的是高載流子濃度的n型GaN單晶基片。
用原子力顯微鏡觀測(cè)了GaN單晶基片表面以測(cè)量表面凹陷的濃度。結(jié)果，濃度低到6×105pits/cm2，這確證了GaN單晶基片有很高的結(jié)晶度。(實(shí)例5)直徑50.8mm(約2英寸)的單晶藍(lán)寶石C面基片作為初始基片。在基片上氣相沉積厚度為0.1μm的鈦?zhàn)鳛榻饘倌ぃ缓?，為了防止氧化，在沉積了鈦的基片上再氣相沉積厚度為10到20nm的金膜。
這個(gè)基片被放進(jìn)MBE爐子(分子束外延爐)，于700℃在基片上生長厚度為0.5μm的GaN膜。然后基片被轉(zhuǎn)移到HVPE爐子里面，用氨和氯化鎵作為初始材料在基片上進(jìn)一步沉積厚度為300μm的GaN。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。
從HVPE爐子里取出這樣的層狀基片，再浸入由氫氟酸和硝酸組成的混合液中。結(jié)果，鈦層被選擇的蝕刻掉，GaN膜也就跟藍(lán)寶石基片分離開來。就這樣就制備出了自由固定的GaN單晶基片。
用原子力顯微鏡觀測(cè)了GaN單晶基片表面以測(cè)量表面凹陷的濃度。結(jié)果，濃度低到2×105pits/cm2，這確證了GaN單晶基片有很高的結(jié)晶度。
由于在生長的工藝中引入了熱應(yīng)變，這種高結(jié)晶度的自由固定GaN單晶基片有很大的扭曲，并且扭曲的曲率半徑大約是70cm。這種基片被夾在光滑的陶瓷劃線臺(tái)中間(未示出)，并且在這種狀態(tài)下1000℃退火2個(gè)小時(shí)以緩解應(yīng)力。結(jié)果，扭曲的曲率半徑被減小到5m。(實(shí)例6)用直徑50.8mm(約2英寸)的硅(111)基片作為初始基片，在基片上氣相沉積厚度是0.1μm的銅作為金屬膜。將此基片放進(jìn)MOCD爐子里面，在氫氣氣氛中把基片加熱至800℃保溫30分鐘來清潔基片的表面，同時(shí)也提高了取向的程度。然后，在同一個(gè)爐子里面，于800℃，用TMA和氨作為初始材料在銅的表面上生長厚度為0.1μm的AlN膜。接著，基片的溫度被升到1050℃，并且用TMG和氨作為初始材料生長厚度為1μm的GaN膜。
將此基片轉(zhuǎn)移到HVPE爐子里，在基片的表面沉積300μm的GaN。在這里，用氨和氯化鎵作生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。
從HVPE爐子里取出來這樣的層狀基片，再浸入王水中大約一整夜以便完全溶解和去掉硅基片和銅膜。由于一層薄薄的AlN被附著在GaN膜的一面，這個(gè)薄層會(huì)通過用含有金剛石拋光粉的拋光液進(jìn)行拋光而除去。這樣就制備出了自由固定的單晶GaN基片。
用原子力顯微鏡觀測(cè)GaN單晶基片表面以測(cè)量表面凹陷的濃度。結(jié)果，濃度低到2×104pits/cm2，這確證了GaN單晶基片有很高的結(jié)晶度。(實(shí)例7)用直徑50.8mm(約2英寸)的硅(111)基片作為初始基片，并將其放在MOCVD爐子里面，在氫氣氣氛中和400℃溫度下，在硅表面沉積0.2μm的鋁作為金屬膜，同時(shí)通入TMA。然后，在同一個(gè)爐子里面，將基片溫度升到600℃，用TMG和氨作為初始的材料在鋁膜的表面生長厚度為0.01μm的GaN膜。接著，將基片溫度升到1050℃，用TMG和氨作為初始材料生長厚度為2μm的GaN膜。
將此基片轉(zhuǎn)移到HVPE爐子里，在基片的表面沉積300μm的GaN。在這里，用氨和氯化鎵作生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。
從HVPE爐子里取出來這樣的層狀基片，再浸入王水中大約一整夜以便完全溶解和去掉硅基片和鋁膜。這樣就制備出了自由固定的單晶GaN基片。
用原子力顯微鏡觀測(cè)GaN單晶基片表面以測(cè)量表面凹陷的濃度。結(jié)果，濃度低到4×104pits/cm2，這確證了GaN單晶基片有很高的結(jié)晶度。(實(shí)例8)用直徑50.8mm(約2英寸)的硅(111)基片作為初始基片，并將其放在MOCVD爐子里面，在氫氣氣氛中和400℃溫度下，在硅表面沉積0.2μm的鋁作為金屬膜，同時(shí)通入TMA。然后，在同一個(gè)爐子里面，將基片溫度升到600℃，用TMG和氨作為初始的材料在鋁膜的表面生長厚度為0.1μm的GaN膜。接著，將基片溫度升到1050℃，用TMG和氨作為初始材料生長厚度為1μm的GaN膜。
將此基片轉(zhuǎn)移到HVPE爐子里，在基片的表面沉積300μm的GaN。在這里，用氨和氯化鎵作生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。
從HVPE爐子里取出來這樣的層狀基片，再浸入王水中大約一整夜以便完全溶解和去掉硅基片和鋁膜。這樣就制備出了自由固定的單晶GaN基片。
用原子力顯微鏡觀測(cè)GaN單晶基片表面以測(cè)量表面凹陷的濃度。結(jié)果，濃度低到5×104pits/cm2，這確證了GaN單晶基片有很高的結(jié)晶度。(實(shí)例9)用直徑50.8mm(約2英寸)的硅(111)基片作為初始基片，在基片上氣相沉積0.1μm厚的銀作為金屬膜。并將其放在MOCVD爐子里面，在氫氣氣氛中和650℃溫度下加熱30分鐘來清潔基片的表面，同時(shí)也提高了取向的程度。然后，在同一個(gè)爐子里面和650℃溫度下，用TMA和氨作為初始材料在銀膜表面上生長厚度為0.02μm的AlN膜。接著，將基片溫度升到1050℃，用TMA和氨作為初始材料生長厚度為0.1μm的AlN膜。再接著，初始材料換成TMG和氨，生長一層1μm厚的GaN膜。
將此基片轉(zhuǎn)移到HVPE爐子里，在基片的表面沉積400μm的GaN。在這里，用氨和氯化鎵作生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。
從HVPE爐子里取出來這樣的層狀基片，再浸入硝酸中大約一整夜以便完全溶解和去掉銀膜。這樣就制備出了自由固定的單晶GaN基片。
用原子力顯微鏡觀測(cè)GaN單晶基片表面以測(cè)量表面凹陷的濃度。結(jié)果，濃度低到1×105pits/cm2，這確證了GaN單晶基片有很高的結(jié)晶度。(實(shí)例10)用直徑50.8mm(約2英寸)表面為(111)取向的SOI基片作為初始基片并且放進(jìn)MBE爐子里面(未示出)。在這個(gè)爐子中基片的溫度被升到了400℃，并在基片上沉積50nm厚的一層鋁作為金屬膜。之后，在同一個(gè)爐子中引入等離子體裂化的氮?dú)鈦淼X膜的表面。
將此基片轉(zhuǎn)移到HVPE爐子里，在基片的表面沉積300μm的GaN。在這里，用氨和氯化鎵作生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。
這樣的層狀基片被浸入由氫氟酸和雙氧水組成的混合液中。結(jié)果，鋁膜被擇優(yōu)地蝕刻掉，從而GaN層和SOI基片被分離開。測(cè)量了這樣得到的GaN單晶基片的扭曲程度。結(jié)果，基片扭曲的曲率半徑大約是4m，這確證了基片是相當(dāng)平的。(實(shí)例11)用直徑76.2mm(約3英寸)晶向?yàn)?111)的硅片作為初始基片，通過噴濺裝置(未示出)在基片上沉積0.1μm厚的鋁作為金屬膜。將此基片放進(jìn)HVPE爐子里面，在爐子里，這個(gè)被沉積過的基片于600℃在氨氣氣氛中被加熱10分鐘使鋁膜的表面氮化。然后，沉積GaN到350μm的厚度。在這里，用氨和氯化鎵作生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。在生長的工藝中，二氯硅烷作為攙雜氣體通入把硅摻進(jìn)GaN晶體。
從HVPE爐子里取出來這樣的層狀基片，再浸入王水中大約一整夜以便完全溶解和去掉硅基片和鋁膜。這樣就制備出了自由固定的單晶GaN基片。
測(cè)量GaN單晶基片的載流子濃度并發(fā)現(xiàn)是8×1018cm-3。這就證明制備出的是高載流子濃度的n型GaN單晶基片。(實(shí)例12)用例2中描述的方法生產(chǎn)的直徑是50.8mm(約2英寸)的單晶GaN基片作為初始基片，在單晶GaN基片上，氣相沉積0.1μm厚的金作為金屬膜。這個(gè)沉積了金的基片被放進(jìn)MOCVD爐子里，而且在基片溫度為850℃時(shí)，用TMA和氨作為初始的材料在基片上生長厚度為0.1μm的AlN膜。然后，基片被加熱到1050℃，并且初始材料換成TMG和氨，在基片上生長厚度為2μm的GaN。
下一步，這個(gè)基片被轉(zhuǎn)移到HVPE爐子里面，并且在基片上沉積厚度為300μm的GaN。在這里，用氨和氯化鎵作生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。
從HVPE爐子里取出來這樣的層狀基片，再浸入王水中大約一整夜以便完全溶解和去掉金膜。用這種方法就可以使用外延法生長的厚GaN膜和下面的GaN基片分開。用原子力顯微鏡觀測(cè)這樣新得到的GaN單晶基片表面來測(cè)量表面凹陷的濃度。結(jié)果，濃度為1×105pits/cm2，這確證了其凹陷濃度要比下面基片的凹陷濃度小，并且反復(fù)運(yùn)用根據(jù)本發(fā)明的這種生產(chǎn)方法就能提供更高結(jié)晶度的GaN單晶基片。(實(shí)例13)圖2是一個(gè)橫截面圖，表示的是另外一個(gè)GaN外延層狀基片的實(shí)施例，它運(yùn)用了本發(fā)明的生產(chǎn)GaN晶體基片的方法。在圖1和圖2中，一樣的部分被標(biāo)志成一樣的索引數(shù)字。
直徑為50.8mm(約2英寸)的單晶藍(lán)寶石C面基片1被作為初始基片，在基片上氣相沉積300nm厚的金作為金屬膜2。利用熱CVD方法在基片上沉積一層SiO2膜6，通過照相平版術(shù)在SiO2膜中形成平行于<1120>的條形窗口以便露出金膜2。窗口的寬為3μm，掩模的寬為7μm。這個(gè)基片被放進(jìn)MOCVD爐子里。在這個(gè)爐子中，在基片溫度為800℃的條件下，用TMA和氨作為初始的材料在金膜2的表面上生長厚度為100nm的AlN膜3。然后，基片溫度被升到1050℃，并且用TMG和氨作為初始材料在基片上生長厚度為1μm的GaN膜4。開始，GaN有選擇的生長在窗口部分，當(dāng)掩模6的窗口被GaN填滿后，GaN就會(huì)在掩模上平行生長以覆蓋基片的整個(gè)表面。最后，一層平面的GaN就形成了。
將此基片轉(zhuǎn)移到HVPE爐子里面，并且在基片的表面進(jìn)一步沉積GaN直到300μm的厚度。在這里，用氨和氯化鎵作生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。當(dāng)生長完成后，在圖2中所示的層狀基片7就被制備好了。
從HVPE爐子里取出來這樣的層狀基片7，再浸入王水中以便溶解和去掉金膜2。用這種方法就可以使GaN膜4和單晶藍(lán)寶石C面基片1分開。向著基片1一面的GaN膜4被SiO2掩模6嵌入，這些SiO2掩模6用金剛石拋光粉通過機(jī)械拋光去掉。這樣，就制備成了自由固定的GaN單晶基片4。
運(yùn)用原子力顯微鏡觀測(cè)GaN單晶基片4的表面來測(cè)量表面凹陷的濃度。結(jié)果，濃度低到1×104pits/cm2，這確證了GaN單晶基片有很高的結(jié)晶度。(實(shí)例14)圖3是一個(gè)橫截面圖，表示的是另外一個(gè)GaN外延層狀基片的實(shí)施例，它運(yùn)用了本發(fā)明的生產(chǎn)GaN晶體基片的方法。
直徑為50.8mm(約2英寸)的單晶藍(lán)寶石C面基片1作為初始基片，通過噴濺的方法在基片上沉積200nm厚的銀膜2作為金屬膜。將這個(gè)基片放進(jìn)MOCVD爐子內(nèi)。在這個(gè)爐子中，在基片溫度為800℃的條件下，用TMA和氨作為初始的材料在銀膜2的表面上生長厚度為150nm的AlN膜3。然后，基片溫度被升到1050℃，再用TMG和氨作為初始材料在基片上生長厚度為1μm的GaN膜4。通過PCVD的方法在基片上沉積0.6μm厚的一層SiO2膜6，通過照相平版術(shù)在SiO2膜中形成平行于<1-100>的條形窗口以露出GaN膜。窗口的寬大約為2μm，掩模的寬為8μm。將這個(gè)基片轉(zhuǎn)移到HVPE爐子。在這個(gè)爐子里面，于基片表面沉積300μm厚的GaN 4。在這里，用氨和氯化鎵作生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。當(dāng)生長完成后，在圖3中所示的層狀基片8就被制備好了。
從HVPE爐子里取出來這樣的層狀基片8，再浸入熱硫酸中以便溶解和去掉銀膜2。用這種方法就可以使GaN膜4和單晶藍(lán)寶石C面基片1分開。這樣，就制備出了自由固定的GaN單晶基片4。利用原子力顯微鏡觀測(cè)了GaN單晶基片4的表面來測(cè)量表面凹陷的濃度。結(jié)果，濃度低到2×104pits/cm2，這確證了GaN單晶基片有很高的結(jié)晶度。(實(shí)例15)圖4是一個(gè)橫截面圖，表示的是又一個(gè)GaN外延層狀基片的實(shí)施例，它運(yùn)用了本發(fā)明的生產(chǎn)GaN晶體基片的方法。
通過例2中描述的方法生產(chǎn)的直徑50.8mm(約2英寸)的單晶GaN基片4作為初始基片，通過熱CVD方法在單晶GaN基片4上沉積一層0.5μm厚的SiO2膜31，利用照相平版術(shù)在SiO2膜31中形成平行于<1-100>的條形窗口32，以露出GaN基片的表面。窗口32的寬大約為3μm，SiO2膜31掩模寬大約為7μm。
將這個(gè)基片放進(jìn)MOCVD爐子內(nèi)。在這個(gè)爐子中，基片的溫度被升到1050℃，用TMG和氨作為初始材料生長厚度為2μm的GaN膜33。開始，GaN有選擇在窗口32上生長，當(dāng)掩模的窗口被GaN填滿后，GaN就會(huì)在掩模上平行生長以覆蓋基片的整個(gè)表面。最后，就形成了一層平面的GaN膜33。在基片上氣相沉積0.1μm厚的金膜34作為金屬膜。然后這個(gè)沉積了金膜的基片被放進(jìn)HVPE爐子里面，接著在基片的表面上沉積GaN 35到300μm的厚度。在這里，用氨和氯化鎵作生長的初始材料。生長條件為壓力＝大氣壓，基片溫度＝1050℃，并且生長率＝80μm/hr。當(dāng)生長完成后，層狀基片9就被制備好了。
從HVPE爐子里取出來這樣的層狀基片9，再浸入王水里一整夜以便溶解和去掉金膜34，用這種方法就可以使用HVPE方法外延生長的GaN膜35和下面的外延GaN基片4分開。利用原子力顯微鏡觀測(cè)了GaN單晶基片35的表面來測(cè)量表面凹陷的濃度。結(jié)果，濃度低到1×105pits/cm2，這確證了GaN單晶基片35有很高的結(jié)晶度。(實(shí)例16)通過在用例15中描述的生產(chǎn)方法制備的單晶自由固定GaN基片35上，按照以下順序形成一系列層制備了一個(gè)LD結(jié)構(gòu)的基片一個(gè)硅攙雜(n＝5×1017cm-3)的n型GaN緩沖層10(厚度大約2.0μm)，一個(gè)硅攙雜(n＝5×1017cm-3)的n型Al0.07Ga0.93N覆蓋層11(厚度大約1.0μm)，一個(gè)硅攙雜(n＝1×1017cm-3)的n型GaN的SCH層12(厚度大約0.1μm)，一個(gè)硅攙雜(或不攙雜)的In0.2Ga0.8N/In0.05Ga0.95N的多級(jí)量子井層13(30/50?！?)，一個(gè)鎂攙雜(p＝2×1019cm-3)的p型Al0.2Ga0.91N的防過流層14(厚度大約0.02μm)，一個(gè)鎂攙雜(p＝2×1019cm-3)的p型GaN的光限制層15(厚度大約0.1μm)，一個(gè)鎂攙雜(p＝2×1019cm-3)的p型Al0.07Ga0.93N的覆蓋層16(厚度大約0.5μm)，一個(gè)鎂攙雜(p＝2×1019cm-3)的p型GaN的接觸層17(厚度大約0.05umμm)。
然后，如圖5所示，為了限制電流，用干蝕刻的方法在這個(gè)有LD結(jié)構(gòu)的基片的p面上形成一個(gè)寬約為4μm深約為0.4μm的脊結(jié)構(gòu)。接著，在脊上做一個(gè)鎳/金電極作為p型的歐姆電極18。在這個(gè)有LD結(jié)構(gòu)的基片的自由固定GaN基片的一側(cè)的整個(gè)的表面上做一個(gè)鈦/鋁電極作為n型歐姆電極19。然后，在兩個(gè)面上都做TiO2/SiO2組成的高反射覆層。該器件20的長是500μm。給該器件20加壓。結(jié)果，在室溫的時(shí)候，產(chǎn)生了持續(xù)地振動(dòng)，這時(shí)的閾電流密度是4.5KA/cm2，閾電壓是5.5V。此外，由于減少了晶體缺陷，當(dāng)該器件20在25℃和30mW的情況下運(yùn)行時(shí)，器件20的壽命將長達(dá)5000hr。尤其是，因?yàn)闇p小了基片扭曲，根據(jù)本發(fā)明而采用自由固定的基片可以實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)量的提高，并且至少80％的器件具有很好的性能。
圖5是一個(gè)橫截面的圖，表示了一個(gè)光發(fā)射器件的實(shí)施例，該器件的GaN晶體基片是根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法制造的。
接下來，將描述最佳條件。
在基片上生長的金屬膜的厚度最好在10-1000nm區(qū)間。這么做的原因如下。當(dāng)金屬膜的厚度小于10nm時(shí)，金屬膜很難覆蓋整個(gè)基片的表面。在這種情況下，這會(huì)使生長在金屬膜上的GaN晶體的晶核形成不均勻，結(jié)果會(huì)使GaN膜結(jié)晶度變壞。另一方面，當(dāng)金屬膜的厚度大于1000nm，金屬膜的取向就被損壞了，這就使在金屬膜上生長的GaN膜的結(jié)晶度變壞。此外，當(dāng)金屬膜的厚度小于10nm，基片就不容易和GaN層分開了。
生長在金屬膜上的GaN膜的厚度不要小于50μm。這樣做的原因是，當(dāng)去掉了基片之后而GaN膜被用作自由固定的基片時(shí)，厚度小于50μm會(huì)導(dǎo)致缺乏機(jī)械強(qiáng)度，這會(huì)引起破裂也可能引起變形如扭曲。
在這里用金屬膜作為緩沖層可以極大的減小由于基片和GaN晶格常數(shù)及熱膨脹系數(shù)的差異產(chǎn)生的應(yīng)變。為了減小GaN的缺陷濃度，和GaN在晶格常數(shù)及熱膨脹系數(shù)相近的基片可以提供更好的結(jié)果。因此，當(dāng)把本發(fā)明付諸于實(shí)踐，用根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的GaN自由固定基片作為所要的基片時(shí)，就可以被制備低缺陷濃度的GaN自由固定基片。
當(dāng)金屬膜由鋁形成時(shí)，先長在鋁膜上的氮化物晶體，最好在660℃或者更低的溫度下生長。當(dāng)鋁膜在660℃或者更高的溫度下加熱時(shí)，鋁會(huì)融化掉，這會(huì)導(dǎo)致干擾取向。在這種情況下，GaN單晶膜不能在鋁膜上生長。一旦氮化物晶體沉積在金屬鋁膜上，即便是鋁膜已融化，生長在上面的GaN膜的結(jié)晶度不會(huì)被破壞掉。因?yàn)樯鲜龅倪@個(gè)原因，先生長金屬膜上的氮化物晶體的溫度最好低于這個(gè)金屬的熔點(diǎn)。
GaN膜最好通過HVPE方法來生長，因?yàn)榫w生長的速率很高，并且可以很容易的制備出一層很厚的膜。然而，其他的方法如MOCVD也可以用。此外，多種生長方法結(jié)合起來的方法也可以用。例如，可以采用以下方法用MOCVD生長部分的GaN膜，然后用HVPE來生長GaN厚膜。
在上面的實(shí)施例中，用到了單晶藍(lán)寶石C面基片或者(111)硅基片。另外，單晶碳化硅C面基片或者多晶碳化硅C軸取向基片也可以選用。除了Si之外，Ge、GaAs、GaP、InP或者類似物質(zhì)都可以被用作單晶半導(dǎo)體基片。由三元化合物的自由固定單晶基片，如AlGaN或者GaInN，或許可以代替GaN而在金屬膜上生長。這可以運(yùn)用在制備鎂攙雜的p型GaN基片或類似物質(zhì)。合金膜如NiAl、NiGa、CoAl、CoGa或者類似材料可以代替純金屬膜而被采用。還可以采用以下方法，就是先讓有表面活性效果的元素，如硅，吸附在金屬膜的表面，然后在上面生長GaN以進(jìn)一步減小缺陷濃度。至于用掩模來選擇性地生長，可以不用條形窗口而用，例如，圓點(diǎn)窗口和方格窗口來代替。還可以采用以下方法金屬膜本身具有圖樣，從而，GaN就會(huì)在金屬膜上有選擇地生長以減小GaN的缺陷濃度。
根據(jù)本發(fā)明做的GaN晶體基片可以被用作制備GaN器件的基片。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明做的GaN晶體基片作為激光二極管的基片時(shí)，尤其如此。因?yàn)橛帽景l(fā)明的方法可以生產(chǎn)低缺陷濃度的GaN晶體，所以可以制備出高度可靠的激光二極管。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，(1)因?yàn)榛鼙缓苋菀椎爻?，所以可以容易地制備大尺寸和同一形狀的自由固定GaN單晶基片；(2)因?yàn)榛鼙缓苋菀椎爻ィ钥梢匀菀椎刂苽錄]有破裂和損傷的自由固定GaN單晶基片；(3)因?yàn)榻饘倌た梢詼p小由于基體和GaN膜晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)差異而導(dǎo)致的應(yīng)變，所以可以容易地制備低缺陷濃度和具有良好晶體性質(zhì)的自由固定GaN單晶基片；(4)自由固定的GaN單晶基片可以運(yùn)用環(huán)境友好材料及方法制備；并且(5)在低缺陷濃度和具有良好晶體性質(zhì)的自由固定的GaN單晶基片上，可以制備出高輸出和長壽命的光發(fā)射器件。
概述地說，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了用一個(gè)簡(jiǎn)單方式生產(chǎn)低缺陷濃度和沒有被雜質(zhì)嚴(yán)重污染的GaN晶體基片的工藝，并且提供了由本工藝生產(chǎn)的GaN晶體基片。
本發(fā)明已經(jīng)參照實(shí)施例很詳盡的描述過了，但是需要明白的是，變化和修改只有在本發(fā)明的范圍內(nèi)實(shí)行才有效，這些在以下的有說明。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)GaN晶體基片的工藝，其特征在于包括以下步驟在初始基片上沉積一層金屬膜，初始基片可以是單晶藍(lán)寶石基片、帶有生長在藍(lán)寶石基片上的單晶GaN膜的基片或單晶半導(dǎo)體基片中的任何一種；在金屬膜上沉積一層GaN膜用于形成層狀基片；然后把初始基片從沉積了GaN的層狀基片除去，從而形成了自由固定的GaN晶體基片。
2.生產(chǎn)GaN晶體基片的工藝，其特征在于包括以下步驟在初始基片上沉積一層金屬膜，初始基片可以是單晶藍(lán)寶石基片、帶有生長在藍(lán)寶石基片上的單晶GaN膜的基片或單晶半導(dǎo)體基片中的任何一種；在金屬膜上由特定圖樣的掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)；把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)沉積GaN膜以形成層狀基片；然后把初始基片從沉積了GaN的層狀基片上除去，從而形成了自由固定的GaN晶體基片。
3.生產(chǎn)GaN晶體基片的工藝，其特征在于包括以下步驟在初始基片上沉積一層金屬膜，初始基片可以是單晶藍(lán)寶石基片、帶有生長在藍(lán)寶石基片上的單晶GaN膜的基片或單晶半導(dǎo)體基片中的任何一種；在金屬膜上沉積GaN膜；在GaN膜上由特定圖樣的掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)；把選擇生長區(qū)作為源，在選擇生長區(qū)和掩模區(qū)再次沉積GaN膜以形成層狀基片；然后把初始基片從又一次沉積了GaN的層狀基片上除去，從而形成了自由固定的GaN晶體基片。
4.生產(chǎn)GaN晶體基片的工藝，其特征在于包括以下步驟在初始基片上用特定圖樣的掩模材料形成掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)，初始基片可以是單晶藍(lán)寶石基片、帶有生長在藍(lán)寶石基片上的單晶GaN膜的基片或單晶半導(dǎo)體基片中的任何一種；把選擇生長區(qū)作為源，在掩模區(qū)和GaN選擇生長區(qū)上沉積GaN膜；在GaN膜上形成金屬膜；在金屬膜上再次沉積GaN膜以形成層狀基片；然后把初始基片從又一次沉積了GaN的層狀基片上除去，從而形成了自由固定的GaN晶體基片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于利用1-4項(xiàng)中任何一項(xiàng)的方法生產(chǎn)的自由固定的GaN晶體基片作為初始基片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于采用的金屬膜為具有C軸取向的金屬膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于采用的金屬膜由選自以下金屬或合金組成鋁、金、銀、銅、鉑、鐵、鎳、鈦、鋯、鉿或包含提到的金屬的合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于采用的金屬膜厚度在10到1000納米范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5項(xiàng)中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在金屬膜上沉積的GaN膜厚度不少于50μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5項(xiàng)中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在金屬膜上沉積AlN膜和在AlN膜上沉積GaN膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-5項(xiàng)中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于部分或整個(gè)沉積GaN的步驟用HVPE(氫化物氣相外延)方法實(shí)現(xiàn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-5項(xiàng)中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于除去初始基片的步驟就是通過金屬膜從基片分離GaN膜的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于采用刻蝕金屬膜的方法使GaN膜與初始基片分離。
14.用權(quán)利要求1-13項(xiàng)所述的方法制備的自由固定的GaN晶體基片。
全文摘要
在初始基片上沉積一層金屬膜,初始基片可以是單晶藍(lán)寶石基片、帶有生長在藍(lán)寶石基片上的單晶GaN膜的基片或單晶半導(dǎo)體基片中的任何一種。然后在金屬膜上沉積一層GaN膜以形成層狀基片。由于采用了以上這種結(jié)構(gòu),在生長了GaN膜之后,GaN膜可以很容易地和初始基片分開,并且,能夠用簡(jiǎn)單的方式生產(chǎn)出來低缺陷濃度和沒有被雜質(zhì)嚴(yán)重污染的GaN晶體基片。
文檔編號(hào)C30B25/18GK1378238SQ0210788
公開日2002年11月6日 申請(qǐng)日期2002年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月26日
發(fā)明者柴田真佐知, 黑田尚孝 申請(qǐng)人:日立電線株式會(huì)社, 日本電氣株式會(huì)社