專利名稱：制造Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)晶體的方法、Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)結(jié)晶襯底、制造GaN晶體的方 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來制造GaxIni.xN( (Kx^ 1)晶體的方法、GaxIni.xN ((Kx《1)結(jié)晶襯底、和包括GaxIni_xN ((Kx《1)結(jié)晶襯底的產(chǎn)品。更 具體地，本發(fā)明涉及一種能夠制造具有良好結(jié)晶度的GaxIni-xN(0^^1) 晶體的GaxIni.xN (0《xSl)晶體制造方法、通過這種制造方法獲得的 GaxIni.xN (0《xSl)結(jié)晶襯底、和包括GaxIni.xN ((KxSl)結(jié)晶襯底的 產(chǎn)品。
本發(fā)明還涉及一種用來制造GaN晶體的方法、GaN結(jié)晶襯底和包 括GaN結(jié)晶襯底的產(chǎn)品。更具體地，本發(fā)明涉及一種能夠制造具有良 好結(jié)晶度的GaN晶體的GaN晶體制造方法、利用這種制造方法獲得的 GaN結(jié)晶襯底和包括該GaN結(jié)晶襯底的產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
在GaxIni.xN (0SxSl)晶體中，GaN (氮化鎵)晶體具有3.4 eV 的能帶隙和高的熱傳導(dǎo)性，并因此作為用于半導(dǎo)體器件例如短波長光 學(xué)器件和功率電子器件的材料而引起關(guān)注。
作為制造這種GaN晶體的方法，常規(guī)使用HVPE (氫化物氣相外 延)方法。圖2是示出用于利用HVPE制造GaN晶體的常規(guī)方法中的
制造設(shè)備的一個(gè)實(shí)例的結(jié)構(gòu)的示意圖。該制造設(shè)備包括石英反應(yīng)管1、 用來將氣體引入石英反應(yīng)管1的進(jìn)氣管2和3、和連接到石英反應(yīng)管1
的排氣處理裝置S。
在石英反應(yīng)管1內(nèi)部，放置其內(nèi)含有鎵(Ga)的鎵源舟4和基襯底7。然后，通過進(jìn)氣管2和3將負(fù)載氣體如氮(N2)氣、氬(Ar)氣 或氫(H2)氣引入石英反應(yīng)管l，并通過加熱器5和6將鎵源舟4和基 襯底7加熱到大約IOO(TC。然后，通過進(jìn)氣管2向石英反應(yīng)管1內(nèi)引 入氨(NH3)氣，并通過進(jìn)氣管3向石英反應(yīng)管1內(nèi)引入氯化氫(HC1) 氣體。結(jié)果，首先，鎵和氯化氫氣體反應(yīng)形成氯化鎵(GaCl)氣體。 然后，氯化鎵氣體與氨氣反應(yīng)，使得在基襯底7的表面上生長GaN晶 體12。在完成了 GaN晶體12的生長之后，停止加熱器5和6加熱， 以將鎵源舟4、 GaN晶體12和基襯底7冷卻到室溫左右。其后，將具 有在其表面上生長的GaN晶體12的基襯底7取出石英反應(yīng)管1，然后 通過研磨移除基襯底7而獲得GaN晶體12。
專利文獻(xiàn)1:日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2001-18109
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
通過利用HVPE制造GaN晶體的這種常規(guī)方法，看起來通過在高 于IIO(TC的溫度制造GaN晶體好象能夠提高GaN晶體的結(jié)晶度。然 而，實(shí)際上，在通過加熱器5和6加熱到高于1100'C的溫度時(shí)，石英 反應(yīng)管1就會(huì)熔化，因此不能通過利用加熱器5和6將石英反應(yīng)管1 加熱到高于IIOO'C的溫度，來制造GaN晶體。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠制造具有良好結(jié)晶度的 GaJru.xN ((KxSl)晶體的GaJnuN 晶體制造方法、通過這
種制造方法獲得的Gaxlni-XN ((KxSl)結(jié)晶襯底和包括該GaxIni-xN (O^cSl)結(jié)晶襯底的產(chǎn)品。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠制造具有良好結(jié)晶度的GaN 晶體的GaN晶體制造方法，利用這種制造方法獲得的GaN結(jié)晶襯底和 包括該GaN結(jié)晶襯底的產(chǎn)品。
解決這些問題的方式
本發(fā)明涉及一種制造GaxIni.xN (0"21)晶體的方法，該方法通 過在石英反應(yīng)管中，通過包含氨氣和鹵化鎵氣體與鹵化銦氣體的至少 一種的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底的表面上生長GaxIm.xN (O^cSl)晶 體，來制造GaxIiM-xN ((KxSl)晶體，其中在GaxIn"xN ((Kx《1)晶體 生長期間，石英反應(yīng)管被外部加熱并且基襯底被單獨(dú)加熱。
在根據(jù)本發(fā)明的GaxIni-xN ((KxSl)晶體制造方法中，基襯底可 以通過提供在基襯底背面?zhèn)鹊募訜崞鲉为?dú)加熱。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIni.xN ((KxSl)晶體制造方法中，基 襯底可以通過利用高頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)單獨(dú)加熱。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIni.xN (O^cSl)晶體制造方法中，鹵 化鎵氣體可以通過鎵和鹵素氣體之間的反應(yīng)形成。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIni.xN (0&《1)晶體制造方法中，鹵 化銦氣體可以通過銦和鹵素氣體之間的反應(yīng)形成。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的Gaxlni—XN (0"S1)晶體制造方法中，氯 化氫氣體可以用作鹵素氣體。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIni.xN (0"S1)晶體制造方法中，基 襯底優(yōu)選由硅、藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鎵和氮化鋁中的任何一種形成。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIn^N (0&a)晶體制造方法中，生 長的GaJnLxN ((KxSl)晶體可以具有1x1018chT3或更低的雜質(zhì)濃度。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIni-xN ((KxSl)晶體制造方法中，生 長的GaxIn^N(0^^1)晶體會(huì)包含lxl017cnT3或更高濃度的選自由碳、
鎂、鐵、鈹、鋅、釩和銻組成的組中的至少一種作為雜質(zhì)，并且可以
具有l(wèi)xlO&cm或更高的電阻率。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIni.xN (0《K1)晶體制造方法中，可 以使GaJn^N ((KxSl)晶體生長為摻雜有n型雜質(zhì)。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIni.xN (O"Sl)晶體制造方法中，生 長的GaxIni.xN ((KxSl)晶體可以包含lxlO"cm^或更高濃度的選自由 氧、硅、硫、鍺、硒和碲組成的組中的至少一種作為n-型雜質(zhì)，并且 可以具有l(wèi)S2cm或更低的電阻率。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIni.xN (0《x《l)晶體制造方法中，生 長的GaxIni.xN (O^cSl)晶體可以包含選自由碳、氧和硅組成的組中的 至少一種作為雜質(zhì)，并且可以具有不低于lxl017cm-3但是不高于 lxl019cm-3的neff， neff由下面的公式來表示neff = n。+nsi -nc (這里iic 是碳含量，n。是氧含量，且risi是硅含量)，并且可以具有O.lficm或 更低的電阻率。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIriLxN (0《X《1)晶體制造方法中，生長 的GaxIiiLxN ((KxSl)晶體優(yōu)選具有不低于5xlO"cm—M旦是低于 lxlO卩cn^的碳含量nc、不低于1><1017(^3但是不高于2><1018 11'3的氧含 量n。、不低于lxl(Wm-"旦是不高于2xlO"cn^的硅含量nsi.和不低于 0.01Qcm但是不高于0.1Qcm的電阻率。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIn^N (0"《1)晶體制造方法中，生長 的GaJn^N 晶體可以具有200pm或更高的厚度。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaJm.xN (0"S1)晶體制造方法中，在生 長GaJn^N ((KxSl)晶體期間，基襯底的溫度優(yōu)選高于110(TC但不高 于1400。C。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaJm.xN (0《W1)晶體制造方法中，在生 長GaJn"N (0&《1)晶體期間，基襯底的溫度優(yōu)選高于l 15(TC但是不 高于140(TC。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIm.xN (0"S1)晶體制造方法中，在生 長GaJn^N ((Kx《1)晶體期間，外加熱的石英反應(yīng)管的溫度優(yōu)選不低 于800'C但是不高于1100'C,并且基襯底的溫度優(yōu)選高于110(TC但是不 高于1400。C。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaxIn^N ((KxSl)晶體制造方法中，在生 長GaJn^N ((Kx《1)晶體期間，外加熱的石英反應(yīng)管的溫度優(yōu)選不低 于800'C但是不高于95(TC，并且基襯底的溫度優(yōu)選高于950'C但是不高 于1400。C。
本發(fā)明還涉及一種制造GaJm.xN ((KxSl)晶體的方法，該方法通 過在石英反應(yīng)管中，通過包含氨氣和鹵化鎵氣體與鹵化銦氣體的至少 —種的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底的表面上生長GaxIm—XN (C^x^l)晶 體，來制造GaxIiM.xN (0《xSl)晶體，其中在GaJn^N (0&《1)晶體 生長期間，基襯底的溫度高于1100'C但是不高于140(TC。
本發(fā)明還涉及一種制造GaJn^N (0《xSl)晶體的方法，該方法通 過在石英反應(yīng)管中，通過包含氨氣以及鹵化鎵氣體和鹵化銦氣體中的 至少一種的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底的表面上生長GaxIm-xN((Kx^1) 晶體，來制造GaxIn^N ((KxSl)晶體，其中在GaJnLxN (O^cSl)晶 體生長期間，基襯底的溫度高于115(TC但是不高于140(rC。
本發(fā)明還涉及由通過上述制造GaJm.xN ((KxSl)晶體方法的任何 —種獲得的GaxIn"N (OSxSl)晶體組成的GaxIn^N ((KxSl)結(jié)晶襯 底。
本發(fā)明還涉及包括這種GaJiM—XN ((KX《1)結(jié)晶襯底的產(chǎn)品。本發(fā) 明還涉及一種制造GaN晶體的方法，該方法通過在石英反應(yīng)管中，通過 材料氣體的反應(yīng)在基襯底的表面上生長GaN晶體來制造GaN晶體，其中 材料氣體包含卣化鎵氣體和氨氣；其中在GaN晶體生長期間，石英反應(yīng) 管被外部加熱并且基襯底被單獨(dú)加熱。
在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，基襯底可以通過設(shè)置在基 襯底背面?zhèn)鹊募訜崞鲉为?dú)加熱。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，基襯底可以通過利 用高頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)單獨(dú)加熱。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，鹵化鎵氣體可以通 過鎵和鹵素氣體之間的反應(yīng)形成。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，氯化氫氣體可以用 作鹵素氣體。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，生長的GaN晶體可 以具有l(wèi)xlO"cn^或更低的雜質(zhì)濃度。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，生長的GaN晶體會(huì) 包含lxlO n^或更高濃度的選自由碳、鎂、鐵、鈹、鋅、釩和銻組成 的組中的至少一種作為雜質(zhì)，并且具有l(wèi)xl0^cm或更高的電阻率。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，可以使GaN晶體生 長為摻雜有n型雜質(zhì)。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，生長的GaN晶體可
以包含lxlO入m—s或更高濃度的選自由氧、硅、硫、鍺、硒和碲組成的 組中的至少一種作為n型雜質(zhì)，并且可以具有1Qcm或更低的電阻率。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，生長的GaN晶體可 以包含選自由碳、氧和硅組成的組中的至少一種作為雜質(zhì)，并且可以 具有不低于lxlO"cm-M旦是不高于lxl()Wcn^的neff，該n必由下面的 公式來表示neff= n。+nsi -ne (這里ne是碳含量，n。是氧含量，且nsi 是硅含量)，并且可以具有不高于O.mcm的電阻率。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，生長的GaN晶體優(yōu)選 具有不低于5xl015cm'3但是低于lxl017cm'3的碳含量ne 、不低于 lxl0"cm,旦是不高于2xl0"cm-s的氧含量n。、不低于lxlO"cm、旦是不 高于2xl0"cm^的硅含量nsi,和不低于0.01Qcm但是不高于0.1Qcm的電 阻率。
此夕卜，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，生長的GaN晶體可以 具有200/mi或更高的厚度。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，基襯底優(yōu)選由氮化 鎵形成。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，基襯底的表面優(yōu)選 具有10/mi或更小的算術(shù)平均粗糙程度Ra。
此夕卜，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，在生長GaN晶體期間， 基襯底的溫度優(yōu)選高于110(TC但是不高于130CrC。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，在生長GaN晶體期間， 基襯底的溫度優(yōu)選高于1150。C但是不高于125(TC。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，在生長GaN晶體期間， 外加熱的石英反應(yīng)管的溫度優(yōu)選不低于800'C但是不高于110(TC，并且 基襯底的溫度優(yōu)選高于110(TC但是不高于130(rC。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，在生長GaN晶體期間， 外加熱的石英反應(yīng)管的溫度優(yōu)選不低于8(KTC但是不高于95(TC，并且 基襯底的溫度優(yōu)選高于950'C但是不高于130(TC。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，在生長GaN晶體期間， 外加熱的石英反應(yīng)管的溫度優(yōu)選不低于80(rC但是不高于110(TC，并且 基襯底的溫度優(yōu)選高于1150'C但是不高于125(rC。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體制造方法中，在生長GaN晶體期間， 外加熱的石英反應(yīng)管的溫度優(yōu)選不低于800'C但是不高于95(TC，并且 基襯底的溫度優(yōu)選高于115(rC但是不高于125(TC。
本發(fā)明還涉及一種制造GaN晶體的方法，該方法通過在石英反應(yīng) 管中，通過材料氣體的反應(yīng)在基襯底的表面上生長GaN晶體來制造GaN 晶體，其中材料氣體包含鹵化鎵氣體和氨氣；其中在GaN晶體生長期間， 基襯底的溫度高于110(TC但是不高于130(TC。
本發(fā)明還涉及一種制造GaN晶體的方法，該方法通過在石英反應(yīng) 管中，通過材料氣體的反應(yīng)在基襯底的表面上生長GaN晶體來制造GaN 晶體，其中材料氣體包含鹵化鎵氣體和氨氣；其中在GaN晶體生長期間， 基襯底的溫度高于115(TC但是不高于125(TC。
本發(fā)明還涉及一種由通過任何一種上述制造GaN晶體的方法獲得 的G aN晶體組成的G aN結(jié)晶襯底。
本發(fā)明還涉及一種包括這種GaN結(jié)晶襯底的產(chǎn)品。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠制造具有良好結(jié)晶度的GaxIni.xN ((KxSl)晶體的GaJn^N ((Kx《1)晶體制造方法、通過這種制造方 法獲得的GaxIni.xN (O^cSl)結(jié)晶襯底和包括該GaxInLxN ((KxSl)結(jié) 晶襯底的產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明，還能夠提供一種能夠制造具有良好結(jié)晶度的GaN晶 體的GaN晶體制造方法，利用這種制造方法獲得的GaN結(jié)晶襯底和包 括該GaN結(jié)晶襯底的產(chǎn)品。


圖1是示出用于根據(jù)本發(fā)明的制造GaN晶體的方法的制造設(shè)備的 一個(gè)優(yōu)選實(shí)例的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是示出用于制造GaN晶體的常規(guī)方法的制造設(shè)備的一個(gè)實(shí)例 的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3是示出用于根據(jù)本發(fā)明的制造GaN晶體的方法的制造設(shè)備的 另一個(gè)優(yōu)選實(shí)例的結(jié)構(gòu)的示意圖。
參考標(biāo)記說明
1:石英反應(yīng)管；2、 3:進(jìn)氣管；4:鎵源舟；5、 6、 11:加熱器； 7:基襯底；8:排氣處理裝置；9:電源；10:導(dǎo)線；12: GaN晶體； 13:高頻線圈；14:碳支撐板
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參考通過在由GaN晶體構(gòu)成的基襯底的表面上生長 GaN晶體制造GaN晶體的情況，描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例。應(yīng)該注意， 在本發(fā)明的圖中，相同的參考數(shù)字表示相同的部分或?qū)?yīng)的部分。
圖1是示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體的方法的制造設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖1中示出的制造設(shè)備包括作為反應(yīng) 器的石英反應(yīng)管1、用來將氣體引入到石英反應(yīng)管1內(nèi)的進(jìn)氣管2和3、 設(shè)置在石英反應(yīng)管1外部的加熱器5和6、以及連接到石英反應(yīng)管1的
排氣處理裝置8。
在具有上述結(jié)構(gòu)的制造設(shè)備的石英反應(yīng)管1內(nèi)部，提供了基襯底7 和其內(nèi)包含鎵的鎵源舟4;并在基襯底7的背面?zhèn)壬咸峁┘訜崞?1。
在這一點(diǎn)上，需要注意，加熱器11通過由例如鉬(Mo)制成的導(dǎo)線 10連接到電源9。
首先，通過進(jìn)氣管2和3將選自由例如氮?dú)?、氬氣和氫氣組成的組 中的至少一種負(fù)載氣體引入石英反應(yīng)管l，同時(shí)，加熱設(shè)置在石英反應(yīng) 管1外部的加熱器5和6以及設(shè)置在基襯底7背面?zhèn)壬系募訜崞?1。通過 加熱加熱器5和6，加熱了鎵源舟4和基襯底7。通過加熱加熱器ll，進(jìn) 一步提高了基襯底7的溫度。
在這一點(diǎn)上，由設(shè)置在石英反應(yīng)管1外部的加熱器5和6加熱的石英
反應(yīng)管的溫度優(yōu)選不低于80(rc但是不高于iio(rc，更優(yōu)選不低于8O(rc
但是不高于95(TC。如果由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的溫度低于 800°C，那么就會(huì)擔(dān)心鎵源舟4未被充分加熱，并因此在GaN晶體生長期 間(這將在后面描述)抑制了鹵素氣體和鎵之間的反應(yīng)，由此導(dǎo)致降 低了制造生長GaN晶體需要的鹵化鎵，并產(chǎn)生了除GaN或鎵滴之外的大 量副產(chǎn)品的滴。如果由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的溫度高于 1100'C，石英反應(yīng)管就會(huì)熔化。在由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的 溫度高于95(TC的情況下，大規(guī)模生產(chǎn)率往往比較差，因?yàn)橛杉訜崞? 禾口6加熱可能會(huì)加速石英反應(yīng)管1的退化，并縮短了石英反應(yīng)管l的壽 命，因此石英反應(yīng)管l不能重復(fù)使用。另一方面，通過將由加熱器5和6 加熱的石英反應(yīng)管的溫度設(shè)定為不低于80(TC但是不高于95(TC，能夠
在GaN晶體生長期間有效地防止非有意的雜質(zhì)飛散，由此抑制這種非有 意的雜質(zhì)混入GaN晶體中。另外，通過將由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)
管的溫度設(shè)定為不低于80(TC但是不高于95(TC，能夠抑制材料氣體的 消耗，并因此提高了GaN晶體生產(chǎn)的效率(也就是，生長的GaN晶體的 量與提供的材料的量的比)，因?yàn)?，例如在材料氣體達(dá)到基襯底7之前 防止產(chǎn)生材料氣體的反應(yīng)，以避免所得的產(chǎn)品粘附到石英反應(yīng)管l。
由設(shè)置在基襯底7背面?zhèn)壬系募訜崞?1加熱的基襯底7的溫度優(yōu)選 高于95(TC但是不高于1400。C，更優(yōu)選高于110(TC但是不高于1400。C， 甚至更優(yōu)選高于115(TC但是不高于140(TC。如果基襯底7的溫度高于 1400°C，就會(huì)擔(dān)心在GaN晶體生長期間(這將在后面描述)，GaN晶體 的分解率顯著高于GaN晶體的生產(chǎn)率，由此導(dǎo)致降低了GaN晶體的生長 率。當(dāng)基襯底7的溫度更高(也就是，例如，溫度按次序升高到95(TC、 110(TC和115(TC)時(shí)，生長的GaN晶體的結(jié)晶度趨于更高。
具體地，在使GaN晶體在由氮化鎵制成的基襯底7的表面上生長的 情況下，在GaN晶體生長期間，基襯底7的溫度優(yōu)選高于950'C但是不高 于130(TC，更優(yōu)選高于110(TC但是不高于130(TC，甚至更優(yōu)選高于 115(TC但是不高于1250'C。這是因?yàn)楸景l(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)由氮化鎵 制成的基襯底7的溫度更高(也就是，例如，溫度按次序升高到95CTC、 110(TC和115CTC)時(shí)，生長的GaN晶體的結(jié)晶度更高，并且除此之外， 在拋光期間，很少在生長在加熱到更高溫度的基襯底7的表面上的GaN 晶體片中產(chǎn)生破裂，由此提高了制造GaN結(jié)晶襯底的成品率。雖然不能 確切的知道為什么破裂很少產(chǎn)生，但是可以認(rèn)為在較高溫度生長的GaN 晶體具有較少數(shù)目的應(yīng)力集中點(diǎn)。此外，在使GaN晶體在由氮化鎵制成 的基襯底7的表面上生長的情況下，因?yàn)樯鲜龅脑?，基襯底7的溫度 優(yōu)選高于115(TC，但是當(dāng)基襯底7的溫度越高時(shí)，由GaN晶體組成的基 襯底7的熱分解越容易發(fā)生。如果基襯底7的溫度超過130CTC，基襯底7 的分解就趨于顯著，以致?lián)p害基襯底7。在基襯底7的溫度高于125(TC 但是不高于130(TC的情況下，基襯底7的分解不顯著，但是在一定程度 進(jìn)行。因此，在這種情況下，當(dāng)使GaN晶體生長長時(shí)間時(shí)，因?yàn)榛r底 趨向被損害，所以不能生長長的GaN晶體。在本發(fā)明中，通過將由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的溫度設(shè)定
為例如不低于8(KTC但是不高于95(TC的溫度，并且通過將基襯底7的溫
度設(shè)定為例如高于iio(rc但是不高于i40(rc或高于ii5(rc但是不高于
140(TC的溫度，能夠加熱鎵源舟4，同時(shí)防止石英反應(yīng)管1由于加熱器5 和6的加熱而熔化，并且能夠?qū)⒒r底7的溫度設(shè)定為比石英反應(yīng)管1的 熔化溫度高的溫度。
具體地，在使GaN晶體在由氮化鎵制成的基襯底7的表面上生長的 情況下，在GaN晶體生長期間，通過將由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管
的溫度設(shè)定為優(yōu)選不低于8(xrc但是不高于iio(rc、更優(yōu)選不低于80(rc
但是不高于950。C的溫度，以及通過將基襯底7的溫度設(shè)定為優(yōu)選高于 950。C但是不高于130(TC、更優(yōu)選高于1100'C但是不高于1300。C、甚至 更優(yōu)選高于1150。C但是不高于125(TC的溫度，也就是說，通過將基襯 底7的溫度設(shè)定為比由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的溫度高的溫度， 能夠加熱鎵源舟4同時(shí)防止石英反應(yīng)管1由于加熱器5和6的加熱而熔 化，能夠?qū)⒒r底7的溫度設(shè)定為比石英反應(yīng)管1的熔化溫度高的溫度， 能夠提高生長的GaN晶體的結(jié)晶度，并且能夠提高GaN結(jié)晶襯底產(chǎn)品的 成品率。應(yīng)該注意，由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的溫度和基襯底7 的溫度基本保持不變，直到GaN晶體生長完成。
然后，通過進(jìn)氣管2將氨氣與負(fù)載氣體一起引入石英反應(yīng)管1內(nèi)， 同時(shí)，通過進(jìn)氣管3將鹵素氣體例如氯化氫氣體與負(fù)載氣體一起引入石 英反應(yīng)管1內(nèi)。
這里，優(yōu)選，在GaN晶體生長期間，石英反應(yīng)管l中鹵素氣體的分 壓和氨氣的分壓分別是不低于lx10—2 atm但是不高于0.2 atm和不低于 5xl(T、tm但是不高于0.9atm。這趨向于允許GaN晶體以lO/im/h或更高 的速率生長。更優(yōu)選，在GaN晶體生長期間，石英反應(yīng)管l中鹵素氣體的分壓和 氨氣的分壓分別是不低于2xl(^atm但是不高于0.1 atm和不低于0.2 atm 但是不高于0.7 atm。這趨向于允許GaN晶體以30 jnm/h或更高的速率生 長，而不生長多晶GaN晶體。
在通過進(jìn)氣管3向石英反應(yīng)管1引入的鹵素氣體是氯化氫氣體的情 況下，到達(dá)鎵源舟4的氯化氫氣體與容納在鎵源舟4中的鎵反應(yīng)，形成 鹵化鎵氣體，也就是氯化鎵(GaCl)氣體。
然后，包含鹵化鎵氣體和氨氣的材料氣體到達(dá)加熱的基襯底7的表 面，通過包含卣化鎵氣體和氨氣的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底7的表面 上生長GaN晶體12。
在完成了GaN晶體12的生長之后，GaN晶體12的溫度被降低到室溫 左右，并將具有生長在其表面上的GaN晶體12的基襯底7取出石英反應(yīng) 管l。
其后，通過例如研磨，移除基襯底7以獲得GaN晶體12。
在本發(fā)明中，如上所述，由于基襯底7除了通過設(shè)置在石英反應(yīng)管 l外部的加熱器5和6加熱外，還通過設(shè)置在石英反應(yīng)管l內(nèi)部的加熱器 ll單獨(dú)加熱，所以可以使基襯底7的溫度高于由加熱器5和6外部加熱的 石英反應(yīng)管l的溫度，由此加速了石英反應(yīng)管l內(nèi)包含鹵化鎵氣體和氨 氣的材料氣體的反應(yīng)，而沒有熔化石英反應(yīng)管l，并由此提高了GaN晶 體12的結(jié)晶度。
除了通過單獨(dú)加熱基襯底7外，可以使外部加熱的石英反應(yīng)管l的 溫度低于石英反應(yīng)管l發(fā)生退化的溫度，并因此可以使石英反應(yīng)管l重 復(fù)使用，由此提高了批量生產(chǎn)率。
對(duì)這樣獲得的GaN晶體12進(jìn)行鏡面拋光，然后移除由拋光導(dǎo)致的 損壞層，來制造GaN結(jié)晶襯底?？蛇x地，在鏡面拋光之前，可以將GaN 晶體12切成具有預(yù)定厚度的片。在這種情況下，也移除由拋光導(dǎo)致的 損壞層，來制造GaN結(jié)晶襯底。在這一點(diǎn)上，對(duì)GaN晶體12的切割方向 沒有具體限制，并且可以平行于或以任何角度傾斜于還沒有移除的基 襯底7的表面。
要注意，上面己經(jīng)參考GaN晶體的制造進(jìn)行了描述，但是根據(jù)本
發(fā)明，通過利用包含通過卣素氣體(如氯化氫氣體)和在設(shè)置的代替 在其內(nèi)容納鎵的鎵源舟的銦源舟中容納的銦之間的反應(yīng)形成的鹵化銦
氣體(例如氯化銦氣體)的材料氣體，也能夠制造InN晶體。當(dāng)然，根 據(jù)本發(fā)明，除了GaN晶體和InN晶體之外，通過利用包含鹵化鎵氣體和 鹵化銦氣體兩者的材料氣體，也能夠制造GaJn^N ((Kx《1)晶體。
在本發(fā)明中，基襯底可以利用高頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)加熱。在這種情 況下，例如，如圖3所示，將基襯底7放置在碳支撐板14上，高頻線 圈13至少纏繞在石英反應(yīng)管1外圍的對(duì)應(yīng)基襯底7位置的一部分上， 并且通過向高頻線圈13施加高頻電流感應(yīng)加熱碳支撐板14，以通過產(chǎn) 生的熱量加熱基襯底7。
在本發(fā)明中要使用的基襯底優(yōu)選由硅、藍(lán)寶石、碳化硅(SiC)、 氮化鎵(GaN)和氮化鋁(A1N)中的任何一種制成。具體地，在由氮 化鎵制成基襯底的情況下，其表現(xiàn)出與GaxIni.xN (0《X21)特別優(yōu)異的 晶格匹配，因此能夠制造具有更高結(jié)晶度的GaxIn^N (0"S1)晶體。
在使GaN晶體在基襯底的表面上生長的情況下，基襯底特別優(yōu)選 由氮化鎵制成。在這種情況下，由于基襯底和要在基襯底的表面上生 長的GaN晶體具有相同的晶格常數(shù)，所以生長的GaN晶體具有優(yōu)良的 結(jié)晶度，由此有效地防止了在生長的GaN晶體中產(chǎn)生翹曲或破裂。
此外，在使GaN晶體在由氮化鎵制成的基襯底的表面上生長的情 況下，基襯底表面的算術(shù)平均粗糙程度Ra優(yōu)選不大于10/mi，更優(yōu)選 不大于1/rni。通過將基襯底表面的算術(shù)平均粗糙程度Ra設(shè)定為不大于 10pm，在GaN晶體生長期間，能夠有效地防止由基襯底導(dǎo)致的破裂產(chǎn) 生。通過將基襯底表面的算術(shù)平均粗糙程度Ra設(shè)定為不大于lpm，能 夠進(jìn)一步增強(qiáng)這種效果。在這一點(diǎn)上，要注意，在本發(fā)明中，術(shù)語"算 術(shù)平均粗糙程度Ra"指的是在JIS B0601 2001中定義的算術(shù)粗糙程度 Ra。
在本發(fā)明中，從提高GaxIni_xN ((Kx《1)晶體純度的角度考慮， 生長的GaJn^N ((KxSl)晶體的雜質(zhì)濃度優(yōu)選不大于lxl018cm'3。通 過利用上述的HVPE方法，能夠減少來自背景的雜質(zhì)的混入，由此允 許生長高純度的Gaxlni—XN ((KxSl)晶體。
雖然在上文中已經(jīng)參考由GaN晶體制造GaN結(jié)晶襯底進(jìn)行了描 述，但是不用說，根據(jù)本發(fā)明，也能夠用與GaN晶體的情況相同的方 式，由GaxIni.xN (0《x《1)晶體制造GaxIriLxN (0"《1)結(jié)晶襯底。
此外，在上面已經(jīng)參考使GaN晶體在基襯底的表面上生長的情況 進(jìn)行了描述，但是根據(jù)本發(fā)明，也能夠在形成于基襯底表面上的某些 類型的中間層上生長GaxIm.xN (0"《1)晶體。
另外，根據(jù)本發(fā)明，也能夠生長包含不低于lxl(^cm—s濃度的選 自由碳、鎂、鐵、鈹、鋅、釩和銻組成的組的至少一種作為雜質(zhì)，并 且具有不低于lxlo"Qcm的電阻率的Gaxlni-XN ((^x《1)晶體。如上 所述，由于通過利用HVPE方法能夠減少來自背景(background)的雜 質(zhì)的混入，所以容易有意地控制摻雜進(jìn)GaxIm-xN ((KW1)晶體中的雜 質(zhì)的量，使得容易獲得具有不低于lxlO"Qcm的電阻率的絕緣 GaxIni.xN (C^x^l)晶體。在這一點(diǎn)上，在兩種或多種雜質(zhì)包含在 GaxIni.xN (0&《1)晶體中的情況下，這些雜質(zhì)的總濃度應(yīng)該不低于lxlOncn^。需要注意，在本發(fā)明中，術(shù)語"電阻率"意指在25"C時(shí) GaxIni.xN (0Sx《1)晶體的電阻率。
另外，根據(jù)本發(fā)明，也能夠生長包含不低于lxlOncm—3濃度的選 自由氧、硅、硫、鍺、硒和碲組成的組中的至少一種作為n型雜質(zhì)并 且具有不高于lQcm的電阻率的GaxInLxN (0Sx《1)晶體。如上所述， 由于通過利用HVPE方法能夠減少來自背景的雜質(zhì)的混入，所以容易 有意地控制摻雜進(jìn)GaJn^N (0《W1)晶體中的雜質(zhì)的量，使得容易獲 得電阻率不高于1Qcm的導(dǎo)電GaxIm.xN ((Kx《1)晶體。在這一點(diǎn)上， 在兩種或多種雜質(zhì)包含在GaxIn^N ((KxSl)晶體中的情況下，這些雜 質(zhì)的總濃度應(yīng)該不低于lxl017Cm'3。
另外，根據(jù)本發(fā)明，也能夠生長包含選自由碳、氧和硅組成的組 中的至少一種作為雜質(zhì)的GaxIni.xN ((KxSl)晶體；該晶體具有不低于 lxlO"cm-s但是不高于lxlO"cn^的neff，該neff由下面的公式表示 nef產(chǎn)n。+^-ne(這里ne是碳的含量，n。是氧的含量，且nsi是硅的含量)； 并且該晶體具有不大于O.lQcm的電阻率。在這一點(diǎn)上，在iieff低于 lxl017cnT3的情況下，電阻率趨向于增加。另一方面，在tieff高于 lxl0Wcn^的情況下，GaxIni.xN ((KxSl)晶體的結(jié)晶度趨向于減小。
另外，根據(jù)本發(fā)明，也能夠生長包含碳、氧和硅作為雜質(zhì)的 GaxIni_xN ((Kx《1)晶體；該晶體具有不低于5xl015cnr3但是低于 lxl0"cm-3的碳含量n。、不低于lxl(^cm-3但是不高于2xl0"cm-3的氧 含量n。和不低于lxlO"cm-"旦是不高于2xl0 m-s的硅含量nsi;該晶 體具有不低于lxlO卩cn^但是不高于lxlO"cm^的neff，該11^由下面 的公式表示neff=n。+nsi-ne;并且該晶體具有不低于0.01Qcm但不高于 0.1Qcm的電阻率。在這一點(diǎn)上，在氧含量n?；蚬韬縩si高于2xl0tScirf3 的情況下，在GaJn!《N (0"")晶體中容易產(chǎn)生破裂。
在本發(fā)明中，在制造GaxIni.xN (0《x")結(jié)晶襯底的情況下，優(yōu)
選使Gaxlni-XN ((Kx《1)晶體具有200pm或更大的厚度，并且在制造 GaN結(jié)晶襯底的情況下，優(yōu)選生長GaN晶體以具有200/mi或更大的厚 度。
根據(jù)本發(fā)明由GaxIni-xN ((KxSl)晶體構(gòu)成的GaxIni.xN ((KxSl) 晶體結(jié)晶襯底，可以用作用于如半導(dǎo)體器件、SAW (聲表面波)器件、 換能器(transducer)、振蕩器、MEMS部件和壓電致動(dòng)器的產(chǎn)品的襯 底，其中半導(dǎo)體器件例如光學(xué)器件(例如，發(fā)光二極管、激光器二極
管)、電子器件(例如，整流器、雙極晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、HEMT) 和半導(dǎo)體傳感器(例如，溫度傳感器、壓力傳感器、輻射傳感器、可 見-紫外光電探測(cè)器)。這些產(chǎn)品可以通過在根據(jù)本發(fā)明的GaxIni.xN ((Kxd)結(jié)晶襯底的表面上疊壓半導(dǎo)體層和/或金屬層來制造。
實(shí)例 (實(shí)例1)
由經(jīng)受了鏡面拋光并移除了由拋光導(dǎo)致的損壞層的氮化鎵(GaN) 晶體構(gòu)成的基襯底7，和其內(nèi)容納有鎵的鎵源舟4，放置在圖l示出的 石英反應(yīng)管1中?；r底7的直徑和厚度分別為2英寸和400 jwn。基 襯底7的表面具有(001)的表面方向。
然后，通過進(jìn)氣管2和3將高純度氫氣作為負(fù)載氣體引入石英反 應(yīng)管l，同時(shí)，由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的溫度增加到95(TC， 并且通過設(shè)置在基襯底7背面?zhèn)壬系募訜崞?1單獨(dú)加熱基襯底7，使 基襯底7的溫度為1200°C。
隨后，在由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的溫度保持在950'C且基 襯底7的溫度保持在120(TC的同時(shí)，通過進(jìn)氣管2將氨氣同氫氣一起引 入石英反應(yīng)管l，并且通過進(jìn)氣管3將氯化氫氣體同氫氣一起引入石英 反應(yīng)管l。氯化氫氣體與在鎵源舟4中包含的鎵反應(yīng)形成氯化鎵氣體， 并且然后通過包含氯化鎵氣體與氨氣的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底7的
表面上生長GaN晶體12。應(yīng)該注意，在GaN晶體12生長期間，控制石英 反應(yīng)管l中氯化氫氣體的分壓和氨氣的分壓，使得以30/xm/h或更高的速 率生長GaN晶體12，而不生長多晶。更具體地，在生長GaN晶體12期間， 將石英反應(yīng)管l中的氯化氫氣體的分壓控制在2xl0、tm至0.1atm的范圍 內(nèi)，并且將石英反應(yīng)管l中氨氣的分壓控制在0.2atm至0.7atra的范圍內(nèi)。
在以該生長速率在基襯底7的表面上生長了400/im厚的GaN晶體12 之后，將GaN晶體12的溫度降低到室溫。然后，將表面上生長有GaN晶 體12的基襯底7取出石英反應(yīng)管1。通過研磨移除基襯底7，對(duì)由此獲得 的GaN晶體12進(jìn)行鏡面拋光，并移除由拋光導(dǎo)致的損壞層，來制造GaN 結(jié)晶襯底。
通過XRD (X-射線衍射)分析GaN結(jié)晶襯底的結(jié)晶度，結(jié)果，在 對(duì)于該GaN結(jié)晶襯底的(004)面的搖擺曲線的半最大處的全寬度是40 秒。由該結(jié)果，發(fā)現(xiàn)GaN結(jié)晶襯底具有良好的結(jié)晶度。
另外，通過AFM (原子力顯微鏡)觀察GaN結(jié)晶襯底的10平方/xm 范圍內(nèi)的區(qū)域，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該GaN結(jié)晶襯底具有不大于50nm的良好的 RMS (均方根)表面粗糙程度。
此外，用SIMS (二次離子質(zhì)譜法)分析了GaN結(jié)晶襯底，結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)GaN結(jié)晶襯底包含大約2xl(^cm二濃度的氧作為主要雜質(zhì)，并且 包含在GaN結(jié)晶襯底中的所有雜質(zhì)的總濃度不大于lxl018cm—3。
(實(shí)例2)
用同實(shí)例1相同的方式且在相同的條件下，使圖1中示出的GaN 晶體12生長具有5mm的厚度，然后，通過研磨完全移除由氮化鎵制 成的基襯底7。然后，在平行于上面已經(jīng)生長了 GaN晶體12的基襯底 7表面的方向上切割GaN晶體12，以制造四個(gè)厚度為500 pm的GaN 晶體片。這四個(gè)GaN晶體片每個(gè)都進(jìn)行鏡面拋光，并且之后移除了由拋光導(dǎo)致的損壞層。通過這種方式，制造了四個(gè)GaN結(jié)晶襯底。
通過XRD分析了這四個(gè)GaN結(jié)晶襯底的結(jié)晶度，結(jié)果，每個(gè)GaN 結(jié)晶襯底的(004)面搖擺曲線的半最大處的全寬度不大于40秒。由 該結(jié)果，可以看出所有的GaN結(jié)晶襯底具有良好的結(jié)晶度。
此外，通過AFM觀察了這四個(gè)GaN結(jié)晶襯底每一個(gè)的10平方/mi 范圍內(nèi)的區(qū)域，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)每個(gè)GaN結(jié)晶襯底都具有不大于50nm的 良好RMS表面粗糙程度。
而且，用SIMS分析這四個(gè)GaN結(jié)晶襯底的每一個(gè)，結(jié)果，發(fā)現(xiàn) 每個(gè)GaN結(jié)晶襯底包含大約2><1017 11-3濃度的氧作為主要雜質(zhì)，并且 所有包含在每個(gè)GaN結(jié)晶襯底中的雜質(zhì)的總濃度不大于lxl018cm—3。
(實(shí)例3)
除了在氯化氫氣體和氨氣之外還將二氯硅烷(SiH2Cl2)引入石英 反應(yīng)管l，除了這一點(diǎn)外，用與實(shí)例l相同的方式且在相同的條件下， 使包含硅作為n型雜質(zhì)的GaN晶體12在圖1示出的基襯底7的表面上 生長。然后，移除基襯底7以制造400Mm厚度的含硅GaN晶體12。
然后，對(duì)通過由研磨移除基襯底7而獲得的GaN晶體12進(jìn)行鏡 面拋光，并移除由拋光導(dǎo)致的損壞層，制造GaN結(jié)晶襯底。
通過XRD分析該GaN結(jié)晶襯底的結(jié)晶度，結(jié)果，GaN結(jié)晶襯底 的(004)面搖擺曲線的半最大處的全寬度是40秒。由該結(jié)果，可以 發(fā)現(xiàn)該GaN結(jié)晶襯底具有良好的結(jié)晶度。
此外，用SIMS分析該GaN結(jié)晶襯底，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)GaN結(jié)晶襯底 包含大約lxl0^cn^濃度的硅作為主要雜質(zhì)。
如上所述，在實(shí)例3中使用二氯硅烷作為硅源，但是可以認(rèn)為即 使使用四氯化硅(SiCU)代替二氯硅烷也能夠獲得與實(shí)例3相同的結(jié) 果。另外，可以認(rèn)為即使二氯硅垸和四氯化硅一起使用，也可以獲得
與實(shí)例3相同的結(jié)果。另外，可以認(rèn)為即使使用除二氯硅烷和四氯化 硅之外的硅源也可以獲得與實(shí)例3相同的結(jié)果。
(實(shí)例4)
將由經(jīng)過鏡面拋光并移除了由拋光導(dǎo)致的損壞層的氮化鎵(GaN) 晶體構(gòu)成的基襯底7放置在設(shè)置在圖3示出的石英反應(yīng)管1中的碳支 撐板14上?；r底7的直徑和厚度分別為2英寸和400pm?；r底7 的表面具有(001)的表面方向。此外，將其內(nèi)容納鎵的鎵源舟4放置 在石英反應(yīng)管1中。
然后，通過進(jìn)氣管2和3將高純度氫氣作為負(fù)載氣體引入石英反 應(yīng)管1，同時(shí)，將由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的溫度增加到95(TC， 并且通過向纏繞在對(duì)應(yīng)基襯底7位置的石英反應(yīng)管的外圍部分的高頻 線圈提供高頻電流，來高頻感應(yīng)加熱碳支撐板14，以使基襯底7的溫 度為1200°C。
隨后，在由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的溫度保持在950'C且 基襯底7的溫度保持在1200'C的同時(shí)，通過進(jìn)氣管2與氫氣一起引入 氨氣，且通過進(jìn)氣管3與氫氣一起引入氯化氫氣體。氯化氫氣體與容 納在鎵源舟4中的鎵反應(yīng)形成氯化鎵氣體，之后通過包含氯化鎵氣體 和氨氣的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底7的表面上生長GaN晶體12。應(yīng) 該注意，在GaN晶體12生長期間，控制石英反應(yīng)管1中氯化氫氣體的 分壓和氨氣的分壓，使GaN晶體12以不低于30jam/h的速率生長，而 不生長多晶體。更具體地，在生長GaN晶體12期間，將石英反應(yīng)管l 中氯化氫氣體的分壓控制在2xl0-、tm至0.1 atm的范圍內(nèi)，并且將石 英反應(yīng)管1中氨氣體的分壓控制在0.2 atm至0.7atm的范圍內(nèi)。
在基襯底7的表面上以該生長速率生長了 400 Atm厚的GaN晶體 12之后，將GaN晶體12的溫度降低到室溫。然后，將具有生長在其 表面上的GaN晶體12的基襯底7取出石英反應(yīng)管1。通過研磨移除基 襯底7，對(duì)由此獲得的GaN晶體12進(jìn)行鏡面拋光，并且移除由拋光導(dǎo) 致的損壞層，以制造GaN結(jié)晶襯底。
在該GaN結(jié)晶襯底上沒有觀察到破裂。通過XRD分析該GaN結(jié) 晶襯底的結(jié)晶度，結(jié)果，該GaN結(jié)晶襯底的(004)面搖擺曲線的半最 大處的全寬度是40秒。由該結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)該GaN結(jié)晶襯底具有良好 的結(jié)晶度。
此外，用SIMS分析GaN結(jié)晶襯底，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)GaN結(jié)晶襯底包 含大約2xl(^cm—s濃度的氧作為主要雜質(zhì)，并且所有包含在GaN結(jié)晶 襯底中的雜質(zhì)的總濃度不大于lxl018cm—3。
(比較實(shí)例1)
使用圖2中示出的制造設(shè)備，并且由圖2中示出的加熱器5和6 加熱的石英反應(yīng)管1的溫度為105(TC，而且基襯底7沒有單獨(dú)加熱， 除此之外，用與實(shí)例l相同的方式生長GaN晶體。
然后，通過研磨移除基襯底7，對(duì)由此獲得的GaN晶體12進(jìn)行鏡 面拋光，并且移除由拋光導(dǎo)致的損壞層，以制造GaN結(jié)晶襯底。
通過XRD分析該GaN結(jié)晶襯底的結(jié)晶度，結(jié)果，GaN結(jié)晶襯底 的(004)面搖擺曲線的半最大處的全寬度是100秒，這和實(shí)例1至4 相比非常大。由該結(jié)果，發(fā)現(xiàn)比較實(shí)例l的GaN晶體相對(duì)于實(shí)例l至 4的GaN晶體來說結(jié)晶度很差。
由該結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，除了外部加熱石英反應(yīng)管外，通過將基襯底加 熱到更高的溫度，可以提高GaN晶體的結(jié)晶度。
(實(shí)例5)
用與實(shí)例1相同的方式，使GaN晶體12生長具有400/mi的厚度， 同時(shí)由圖1示出的加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的溫度保持在850°C ， 并且由GaN晶體構(gòu)成的基襯底7的溫度保持在1200°C。在GaN晶體 12生長期間，控制組成材料氣體的氣體的分壓，使GaN晶體12的生 長速率為200 jtmi/h。
在相同的氣體分壓下，使GaN晶體12以與如上所述相同的方式 生長，同時(shí)由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的溫度保持在1050°C， 且基襯底7的溫度保持在1200'C。結(jié)果，GaN晶體12的生長速率變?yōu)?50拜/h。
由實(shí)例5的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，在由加熱器5和6加熱的石英反應(yīng)管的 溫度為850'C時(shí)GaN晶體12的制造效率是在由加熱器5和6加熱的石 英反應(yīng)管的溫度為105(TC時(shí)的四倍高。
(實(shí)例6)
用與實(shí)例l相同的方式且在相同的條件下，使GaN晶體12生長具有 10 mm的厚度，同時(shí)由GaN晶體構(gòu)成的基襯底7的溫度保持在1200'C。 然后，切割生長的GaN晶體12并進(jìn)行鏡面拋光，以制造十個(gè)每個(gè)都具有 400fim厚度的GaN結(jié)晶襯底。在這十個(gè)GaN結(jié)晶襯底中，沒有發(fā)現(xiàn)破裂。
在這一點(diǎn)上，應(yīng)該注意，在除了基襯底7的溫度保持在105(TC外， 以與實(shí)例l相同的方式并在相同的條件下，使GaN晶體12生長的情況下， 在十個(gè)GaN結(jié)晶襯底中的三個(gè)GaN結(jié)晶襯底中觀察到了破裂。
(實(shí)例7)
作為圖1中示出的基襯底7，制備了十個(gè)由具有不小于0.1pm但是不 大于0.5/mi的算術(shù)平均表面粗糙程度Ra的GaN晶體構(gòu)成的基襯底和十
個(gè)由具有不小于15/im但是不大于20/mi的算術(shù)平均表面粗糙程度Ra的 GaN晶體構(gòu)成的基襯底。然后，用與實(shí)例l相同的方式且在相同的條件 下，使10mm厚度的GaN晶體12生長在每個(gè)基襯底7的表面上。
在使GaN晶體12生長在十個(gè)由具有不小于0.1pm但是不大于0.5pm 的算術(shù)平均表面粗糙程度Ra的GaN晶體構(gòu)成的基襯底7中每個(gè)的表面 上的情況下，在生長在這十個(gè)基襯底7的每個(gè)上的GaN晶體12中沒有觀 察到破裂。
另一方面，在使GaN晶體12生長在十個(gè)由具有不小于15^n但是不 大于20/mi的算術(shù)平均表面粗糙程度Ra的GaN晶體構(gòu)成的基襯底7中的 每個(gè)的表面上的情況下，在生長在這十個(gè)基襯底7中的三個(gè)基襯底7的 的每個(gè)上的GaN晶體12中觀察到了破裂。
(實(shí)例8)
除了氯化氫氣體和氨氣之外，還使用了由鐵和氯化氫氣體之間的 反應(yīng)形成氯化鐵氣體，除此之外，用與實(shí)例l相同的方式且在相同的條 件下，使包含鐵作為雜質(zhì)的GaN晶體12生長在圖l示出的基襯底7的表面 上。然后，移除基襯底7，以制造400 pm厚度的含鐵GaN晶體12。
然后，通過研磨移除基襯底7，對(duì)由此獲得的GaN晶體12進(jìn)行鏡面 拋光，并且移除由拋光導(dǎo)致的損壞層，以制造GaN結(jié)晶襯底。
用SIMS分析該GaN結(jié)晶襯底，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)作為雜質(zhì)包含的鐵的濃 度大約為lxl(y8cm—3。在25。C時(shí)，該GaN結(jié)晶襯底的電阻率大約為 lxlO"Qcm。
(實(shí)例9)
除了在氯化氫氣體和氨氣之外還使用四氯化硅氣體，用與實(shí)例l相 同的方式且在相同的條件下，使包含硅作為雜質(zhì)的GaN晶體12生長在圖
l示出的基襯底7的表面上。然后，移除基襯底7，以制造400/mi厚度的 含硅GaN晶體12。
然后，對(duì)通過研磨移除基襯底7而獲得的GaN晶體12進(jìn)行鏡面拋 光，并且移除由拋光導(dǎo)致的損壞層，以制造GaN結(jié)晶襯底。
用SIMS分析該GaN結(jié)晶襯底，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)GaN結(jié)晶襯底包含大約 lxlO"cn^濃度的硅作為主要雜質(zhì)，并且包含分別為大約5xl(^cm-s和 大約2xl(^cn^濃度的碳和氧作為非有意的雜質(zhì)。在25'C時(shí)，該GaN結(jié) 晶襯底的電阻率大約為0.01Qcm。
這里公開的實(shí)施例和實(shí)例要認(rèn)為是在所有方面都是說明性的，而 不是限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定，而不是由上文的 描述限定，因此在權(quán)利要求的邊界和限制或這種邊界和限制的等效的 范圍內(nèi)的所有改變，應(yīng)該被權(quán)利要求包含。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明可以應(yīng)用到GaxIn^N ( 0《xSl )晶體的制造、GaxIni.xN ((KxSl)結(jié)晶襯底的制造和包括GaxIiM.xN ((KxSl)結(jié)晶襯底的產(chǎn)品 的制造。具體地，本發(fā)明可以優(yōu)選應(yīng)用到GaN晶體的制造、GaN結(jié)晶襯 底的制造和包括GaN結(jié)晶襯底的產(chǎn)品的制造。
權(quán)利要求
1.一種制造GaxIn1-xN(0≤x≤1)晶體(12)的方法，該方法通過在石英反應(yīng)管(1)中，通過包含鹵化鎵氣體與鹵化銦氣體中至少一種以及氨氣的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底(7)的表面上生長GaxIn1-xN(0≤x≤1)晶體(12)來制造GaxIn1-xN(0≤x≤1)晶體，其中在所述GaxIn1-xN(0≤x≤1)晶體(12)的生長期間，外部地加熱所述石英反應(yīng)管(1)并且單獨(dú)地加熱所述基襯底(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的制造GaJm.xN ((Kx《1)晶體(12)的方法， 其中所述基襯底(7)通過設(shè)置在所述基襯底(7)背面?zhèn)壬系募訜崞?11)單獨(dú)加熱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的制造GaxIn^N (0"21)晶體(12)的方法， 其中所述基襯底(7)通過利用高頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)單獨(dú)加熱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的制造GaxIn,.xN ((KxSl)晶體(12)的方法， 其中所述鹵化鎵氣體通過鎵和鹵素氣體之間的反應(yīng)而形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的制造GaxIiiLxN (0^cSl)晶體(12)的方法， 其中所述卣素氣體是氯化氫氣體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的制造GaxIm.xN ((KxSl)晶體(12)的方法， 其中所述鹵化銦氣體通過銦和鹵素氣體之間的反應(yīng)而形成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的制造GaxIni-xN ((KxSl)晶體(12)的方法， 其中所述卣素氣體是氯化氫氣體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的制造GaxIm—xN ((KxSl)晶體(12)的方法， 其中所述基襯底(7)由硅、藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鎵和氮化鋁中的任 何一種制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的制造GaJiu.xN ((Kx《1)晶體(12)的方法， 其中生長的GaxInUxN ((KxSl)晶體(12)具有1 xl018cm—3或更低的雜 質(zhì)濃度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的制造GaxIni.xN ((Kx21)晶體(12)的方法， 其中生長的GaxIni.xN ((Kx《1)晶體(12)包含lxl017cm—3或更高濃度 的選自由碳、鎂、鐵、鈹、鋅、釩和銻組成的組中的至少一種作為雜 質(zhì)，并且具有l(wèi)xl0^cm或更高的電阻率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的制造GaxIn^N((Kx^1)晶體(12)的方法， 其中使GaxIriLxN (0"《1)晶體(12)生長為摻雜有n型雜質(zhì)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的制造GaxIni-xN ((Kx《1)晶體(12)的方 法，其中生長的GaxIni.xN ((KxSl)晶體包含lxl(^cnrs或更高濃度的 選自由氧、硅、硫、鍺、硒和碲組成的組中的至少一種作為所述n型 雜質(zhì)，并且具有1Qcm或更低的電阻率。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的制造GaxIiM-xN((Kx^1)晶體(12)的方法， 其中生長的GaJm.xN ((Kx《1)晶體包含選自由碳、氧和硅組成的組中 的至少一種作為雜質(zhì)，并且具有不低于lxl017cm'3但是不高于 1 x 1019cm-3的neff，該neff由下面的公式表示neff = n。+nsi -nc (這里nc 是碳含量，n。是氧含量，而nsi是硅含量)，并且具有0.112cm或更低 的電阻率。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的制造GaxInuxN((KxSl)晶體(12)的方法， 其中生長的GaxIn^N ((KxSl)晶體(12)具有不低于5x 10"cm-3但是 低于lxlOnCnT3的所述碳含量ne 、不低于lxl0 n^3但是不高于 2xl0"cm,勺所述氧含量n。、不低于lxlO"cirT"旦是不高于2xlO"cm-s的 所述硅含量nsi和不低于0.01ficm但是不高于0.1Qcm的電阻率。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l的制造GaxInt.xN (0《xSl)晶體(12)的方法， 其中生長的GaxIn,.xN ((Kx《1)晶體(12)具有200/mi或更高的厚度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l的制造GaxIm.xN ((^x《1)晶體(12)的方法， 其中在生長所述GaxIn,.xN (0"《1)晶體(12)期間，所述基襯底(7) 的溫度高于110(TC但是不高于140(TC。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l的制造GaxIiM.xN ((KxSl)晶體(12)的方法， 其中在生長所述GaxIm.xN ((KW1)晶體(12)期間，所述基襯底(7) 的溫度高于115(TC但是不高于140(TC。
18. 根據(jù)權(quán)利要求l的制造GaxInLxN ((KxSl)晶體(12)的方法， 其中在生長所述GaxIm.xN ((KW1)晶體(12)期間，外部地加熱的所 述石英反應(yīng)管(1)的溫度不低于800'C但是不高于110(TC，并且所述 基襯底(7)的溫度高于1100'C但是不高于140(TC。
19. 根據(jù)權(quán)利要求l的制造GaxIriLxN (0《x《O晶體(12)的方法， 其中在生長所述GaJm.xN ((KxSl)晶體(12)期間，外部地加熱的所 述石英反應(yīng)管(1)的溫度不低于800'C但是不高于950t:，并且所述基 襯底(7)的溫度高于950'C但是不高于140(TC。
20. —種制造GaJnLxN (0《xSl)晶體(12)的方法，該方法通過 在石英反應(yīng)管(1)中，通過包含鹵化鎵氣體與鹵化銦氣體中至少一種 以及氨氣的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底(7)的表面上生長GaJm.xN((Kx^l)晶體(12)來制造GaxInLxN((Kx《l)晶體，其中在所述GaxIm-xN ((KW1)晶體(12)的生長期間，所述基襯底(7)的溫度高于110(TC 但是不高于1400。C。
21. —種制造GaxIn!-xN (0Sx《1)晶體(12)的方法，該方法通過 在石英反應(yīng)管(1)中，通過包含鹵化鎵氣體與鹵化銦氣體中至少一種 以及氨氣的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底(7)的表面上生長GaxIriLxN((Kx^l)晶體(12)來制造GaJm-xN(0^^1)晶體，其中在所述GaxIn"xN (O^^l)晶體(12)的生長期間，所述基襯底(7)的溫度高于115(TC 但是不高于140(TC。
22. —種GaJn^N ((KxSl)結(jié)晶襯底，包括通過根據(jù)權(quán)利要求l 的制造GaxIn^N (0&《1)晶體(12)的方法獲得的GaJm-xN ((Kx《1) 晶體(12)。
23. —種產(chǎn)品，其包括根據(jù)權(quán)利要求22的GaJnLxN ((Kx《1)結(jié)晶 襯底。
24. —種制造GaN晶體(12)的方法，該方法通過在石英反應(yīng)管(1) 中，通過包含鹵化鎵氣體和氨氣的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底(7)的 表面上生長GaN晶體(12)來制造GaN晶體，其中在所述GaN晶體(12) 的生長期間，外部地加熱所述石英反應(yīng)管(1)并且單獨(dú)地加熱所述基 襯底(7)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中所述基襯 底(7)通過設(shè)置在所述基襯底(7)背面?zhèn)壬系募訜崞鲉为?dú)加熱。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中所述基 襯底(7)通過利用高頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)單獨(dú)加熱。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中所述鹵化 鎵氣體通過鎵和鹵素氣體之間的反應(yīng)而形成。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27的制造GaN晶體(12)的方法，其中所述鹵素氣體是氯化氫氣體。
29. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中生長的 GaN晶體(12)具有l(wèi)xlO"cn^或更低的雜質(zhì)濃度。
30. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中生長的 GaN晶體(12)包含lxlO mJ或更高濃度的選自由碳、鎂、鐵、鈹、 鋅、釩和銻組成的組中的至少一種作為雜質(zhì)，并且具有l(wèi)xl0^cm或更 高的電阻率。
31. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中使GaN 晶體(12)生長為摻雜有n型雜質(zhì)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31的制造GaN晶體(12)的方法，其中生長的 GaN晶體(12)包含lxlO卩cm-s或更高濃度的選自由氧、硅、硫、鍺、 硒和碲組成的組中的至少一種作為所述n型雜質(zhì)，并且具有l(wèi)Qcm或更 低的電阻率。
33. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中生長的 GaN晶體(12)包含選自由碳、氧和硅組成的組中的至少一種作為雜 質(zhì)，并且具有不低于1><10170^3但是不高于lxlO"cm^的neff,該neff 由下面的公式表示neff=n。+nsi-nc (這里iic是碳含量，n。是氧含量， 而i^是硅含量)，并且具有不高于0.1Qcm的電阻率。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33的制造GaN晶體(12)的方法，其中生長的 GaN晶體(12)具有不低于5xlO"cn^但是低于lxl(^cm's的所述碳含量 nc、不低于lxl0人nrs但是不高于2xl0"cn^的所述氧含量n。、不低于 lxl0卩cn^但是不高于2xl0"cm-s的所述硅含量nsi，和不低于0.01flcm但 是不高于0.1Qcm的電阻率。
35. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中生長的 GaN晶體(12)具有不小于200/mi的厚度。
36. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中所述基襯 底(7)由氮化鎵制成。
37. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中所述基襯 底(7)的表面具有10/mi或更小的算術(shù)平均粗糙程度Ra。
38. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中在生長所 述GaN晶體(12)期間，所述基襯底(7)的溫度高于110(TC但是不高 于1300。C。
39. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中在生長所 述GaN晶體(12)期間，所述基襯底(7)的溫度高于115(TC但是不高 于1250。C。
40. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中在生長所 述GaN晶體(12)期間，外部地加熱的所述石英反應(yīng)管(1)的溫度不 低于80(rC但是不高于110(TC，并且所述基襯底(7)的溫度高于1100。C 但是不高于1300'C。
41. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中在生長所 述GaN晶體(12)期間，外部地加熱的所述石英反應(yīng)管(1)的溫度不 低于80(TC但是不高于95(TC，并且所述基襯底(7)的溫度高于950。C但 是不高于130(TC。
42. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中在生長所 述GaN晶體(12)期間，外部地加熱的所述石英反應(yīng)管(1)的溫度不 低于800。C但是不高于110(TC，并且所述基襯底(7)的溫度高于1150'C但是不高于1250'C。
43. 根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶體(12)的方法，其中在生長所 述GaN晶體(12)期間，外部地加熱的所述石英反應(yīng)管(1)的溫度不 低于800'C但是不高于95(TC，并且所述基襯底(7)的溫度高于115(TC 但是不高于1250'C。
44. 一種制造GaN晶體(12)的方法，該方法通過在石英反應(yīng)管(1) 中，通過包含g化鎵氣體和氨氣的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底(7)的 表面上生長GaN晶體(12)來制造GaN晶體，其中在所述GaN晶體(12)的生長期間，所述基襯底(7)的溫度高于iio(rc但是不高于i30(rc。
45. —種制造GaN晶體(12)的方法，該方法通過在石英反應(yīng)管(1) 中，通過包含鹵化鎵氣體和氨氣的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底(7)的 表面上生長GaN晶體(12)來制造GaN晶體，其中在所述GaN晶體(12) 的生長期間，所述基襯底(7)的溫度高于115(TC但是不高于125(TC。
46. —種GaN結(jié)晶襯底，其包括通過根據(jù)權(quán)利要求24的制造GaN晶 體(12)的方法獲得的GaN晶體(12)。
47. —種產(chǎn)品，其包括根據(jù)權(quán)利要求46的GaN結(jié)晶襯底。
全文摘要
利用HVPE制造GaN晶體的常規(guī)方法看起來具有通過在高于1100℃的溫度下制造GaN晶體提高GaN晶體結(jié)晶度的可能性。然而，這種常規(guī)方法具有石英反應(yīng)管(1)在由加熱器(5)和(6)加熱到高于1100℃的溫度時(shí)熔融的問題。這里公開了一種制造Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)晶體(12)的方法，該方法通過在石英反應(yīng)管(1)中，由包含氨氣和鹵化鎵氣體與鹵化銦氣體的至少一種的材料氣體的反應(yīng)，在基襯底(7)的表面上生長Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)晶體(12)來制造Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)晶體，其中在Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)晶體(12)生長期間，外部地加熱石英反應(yīng)管(1)并且單獨(dú)地加熱基襯底(7)。
文檔編號(hào)C30B29/38GK101194053SQ20068002084
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者上村智喜, 中幡英章, 岡久拓司, 弘田龍, 藤原伸介 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社