專利名稱：?jiǎn)尉У壔澹瑔尉У夐L(zhǎng)晶方法及單晶氮化鎵基板制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以當(dāng)作第III-V族氮化物類半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光二極管(LED)以及半導(dǎo)體激光裝置(LD)等發(fā)光元件的基板使用的單晶氮化鎵(GaN)基板、構(gòu)成單晶氮化鎵基板制造基礎(chǔ)的氮化鎵的生長(zhǎng)方法、以及單晶氮化鎵基板制造方法。
另一方面，藍(lán)寶石沒有缺劈開性、是絕緣體，存在同取向生長(zhǎng)膜即氮化鎵的晶格差大的問題。藍(lán)寶石雖屬三方晶系，但沒有3次對(duì)稱性和3次反轉(zhuǎn)對(duì)稱性，對(duì)稱性低，故不具劈開性。
因此，使用藍(lán)寶石基板會(huì)帶來一些問題。在制造發(fā)光二極管(LED)的切割(dicing)工序中，由于不具劈開性，所以收獲率低，成本高。
另外，在半導(dǎo)體激光裝置方面，難于利用劈開性制成良好的反射面(共振器)，存在激光特性等質(zhì)量上的問題。
另外，藍(lán)寶石屬絕緣性基板，不能象普通LED那樣在裝置上下兩面形成電極。從工序上看，在制造半導(dǎo)體裝置時(shí)必須要通過蝕刻在同一平面上露出下層的表面。
另外，在蝕刻后還要在橫向生長(zhǎng)電流流通的較厚的導(dǎo)電層，這招致工序數(shù)與工時(shí)增大、成本提高。
還有，因?yàn)橐谕黄矫嫔蟽商幮纬呻姌O，所以芯片面積要大。這也造成成本增大。
并且，采用藍(lán)寶石基板時(shí)，由于GaN和基板之間晶格常數(shù)不匹配，所以存在取向生長(zhǎng)層中出現(xiàn)過多變位的問題。據(jù)說目前市場(chǎng)上出售的藍(lán)寶石基板的半導(dǎo)體裝置中的GaN取向生長(zhǎng)層中有多達(dá)109cm-2左右的變位。
另外，采用比藍(lán)寶石的間晶格常數(shù)差異小的SiO基板時(shí)，情況也差不多。
藍(lán)寶石基板上生長(zhǎng)的GaN薄膜的高變位密度，對(duì)于電流密度低的LED來說問題不大。但是就電流密度高的半導(dǎo)體激光裝置而言，缺陷會(huì)因大電流而增加，而高密度缺陷會(huì)縮短半導(dǎo)體激光裝置壽命。
從上述幾點(diǎn)來看，最理想的基板是氮化鎵(GaN)單晶基板。如果能夠制造出高質(zhì)量GaN基板的話，就可以解決晶格常數(shù)不匹配問題。
氮化鎵對(duì)稱性好，其{1-100}面具有很強(qiáng)的劈開性。可以利用自然劈開形成共振器，將會(huì)大大提高激光裝置反射面質(zhì)量。
還有，其同藍(lán)寶石不同，可以通過摻雜很容易地得到導(dǎo)電性基板。因此，可以不是只在同一平面而是在上下兩面形成電極。可以縮小晶格常數(shù)差，實(shí)現(xiàn)低成本化。
但是，GaN單晶制造難。迄今，幾乎不可能制造出可以當(dāng)作基板使用的具實(shí)用水平大小的高質(zhì)量的晶體。
另外，雖然在超高壓下的液相和固相的平衡狀態(tài)下可以合成極小的GaN單晶，但是不具使用價(jià)值。因?yàn)檫@難以實(shí)現(xiàn)基板大型化，商品化較難。
對(duì)此，曾提出通過氣相生長(zhǎng)法在不同基板上生成較厚的GaN，然后除去基板得到GaN基板。
本發(fā)明人提出了利用所謂橫行生長(zhǎng)法(Epitaxial Lateral Overgrowth，取向橫行超越生長(zhǎng))的發(fā)明，這是通過帶窗的掩模讓GaN氣相生長(zhǎng)即橫行生長(zhǎng)，可以減少晶體缺陷密度。(特愿平10-9008號(hào))。
具體來說，該方法是這樣的在GaAs基板上形成條紋(stripe)或圓形的掩模，在其上讓GaN橫行生長(zhǎng)，之后，一除掉GaAs基板就可以得到GaN基板。
又，本發(fā)明人還提出了批量生產(chǎn)GaN基板的方法，即，在GaN基板上再生長(zhǎng)GaN，以制成坯料(ingot)，從坯料切割出GaN基板(特愿平10-102546號(hào))。
利用這些新方法，初次可以實(shí)現(xiàn)GaN單晶基板的商品化。
但是，所制成的GaN單晶基板本身質(zhì)量不高的話，就得不到良好的半導(dǎo)體裝置。
尤其是，作為批量生產(chǎn)的基板，要求晶體質(zhì)量?jī)?yōu)異，即在廣范圍內(nèi)變位密度低。
為了得到高質(zhì)量的氮化鎵基板，本發(fā)明人等提出了有關(guān)降低基板本身變位密度的方法(特開2001-102307號(hào))。而本發(fā)明是涉及對(duì)該降低變位密度方法的改進(jìn)。
上述降低變位密度方法是這樣的具有三維凹凸結(jié)構(gòu)，形成凹凸面(facet面)構(gòu)成的逆六棱錐型坑，一邊維持這些凹凸結(jié)構(gòu)不被埋上一邊長(zhǎng)晶，據(jù)此將變位集合于一處而減少變位。
該三維凹凸結(jié)構(gòu)也可以是凹凸面構(gòu)成的逆12錐型坑。具代表性的面有{11-22}、{1-101}等。

圖1示意了本發(fā)明人的在先申請(qǐng)(特開2000-102307號(hào))的GaN長(zhǎng)晶方法。在此只給出了GaN晶體的一小部分。在基板(圖中省略)上以氣相生長(zhǎng)法(HVPE法、MOCVD法、MOC法及升華法)沿c軸方向生長(zhǎng)GaN薄膜。在此是c軸方向生長(zhǎng)而不是象以往的GaN氣相生長(zhǎng)那樣進(jìn)行C面生長(zhǎng)。
以往的C面生長(zhǎng)法是一邊維持如同鏡面一樣光滑的C面一邊讓薄膜取向生長(zhǎng)，變位密度甚至?xí)_(dá)到1010cm-2左右，無法作半導(dǎo)體裝置的基板。而本發(fā)明人的在先申請(qǐng)是一嶄新的方法積極地形成凹凸面，并且不埋它，而是對(duì)凹凸面加以維持，以減少變位。
GaN晶體2表面生成了一些逆六棱錐型坑4。圖1只示出了一部分?？?的傾斜的6面是低指數(shù)的凹凸面6(晶體學(xué)意義的面)，是{11-22}或{1-101}面?？?邊上的平坦面7是C面生長(zhǎng)(見縱向箭頭)的部分。但是，作為傾斜面集合的坑4，由于生長(zhǎng)方向是法線(面的垂線)方向，所以變位隨著生長(zhǎng)而向棱線8移動(dòng)。
一集結(jié)于棱線8，變位順棱線8滑入坑底而集中。實(shí)際上變位是不下移的，只不過坑、棱線、底卻隨著生長(zhǎng)而上升。所以描述成相對(duì)下移。實(shí)際上可以說變位在生長(zhǎng)的同時(shí)平行于C面而朝坑底方向傳播的。這樣一來，在坑內(nèi)的變位最終將集中于坑底，故此坑內(nèi)變位減少。
有時(shí)，如圖1(b)所示，隨著凹凸生長(zhǎng)的進(jìn)行，會(huì)接著棱線8產(chǎn)生變位集合即面狀缺陷10。這是對(duì)應(yīng)于晶體的對(duì)稱性而相互間成60°夾角的6個(gè)面狀缺陷10。面狀缺陷10的中心交叉點(diǎn)構(gòu)成變位高密度集中的線狀變位集合缺陷部11。理想的情況是，原來在坑內(nèi)的變位都被收集到線狀缺陷11和面狀缺陷10上。這樣一來其他部位的變位就會(huì)變得非常低。象這樣來制成低變位GaN單晶正是上述本發(fā)明人的在先申請(qǐng)的要點(diǎn)。
其結(jié)果，終將集中于已于凹凸面構(gòu)成的坑的中央處?？窟@一機(jī)制，被凹凸面掃過的區(qū)域上的變位全部集合于坑中央處，該區(qū)域的變位密度將大大降低。
然而，這種以偶然自發(fā)方式生成凹凸面構(gòu)成的坑、并一邊維持凹凸(不埋上)一邊長(zhǎng)晶體、以讓變位集中于坑中央底部的新方法(特開2001-102307)仍然存在著問題。
根據(jù)該方法，變位的確是集中了，但問題是不完全集中于一點(diǎn)。譬如，假設(shè)形成的是直徑100μm的坑，有的地方，變位集中于坑中央的僅數(shù)μm的范圍內(nèi)。但是、存在部位上的差異，譬如，有時(shí)變位脫離開集合部，在譬如50μm左右的范圍內(nèi)存在有零亂狀的中等變位密度區(qū)。
參照?qǐng)D3對(duì)此作以描述。圖3(1)示意的狀態(tài)是通過在c軸方向生長(zhǎng)，凹凸向內(nèi)傾斜推進(jìn)，在凹凸16構(gòu)成的坑14的底集中了線狀變位束15。這種形態(tài)就可以了。但是，如圖3(2)所示，變位一時(shí)集中于坑底后又散開、向坑內(nèi)擴(kuò)展。在此，將這種擴(kuò)展稱零亂狀的變位擴(kuò)散。
當(dāng)為了擴(kuò)大良好區(qū)面積而在生長(zhǎng)時(shí)加大凹凸面構(gòu)成的坑的口徑時(shí)，該零亂狀的變位集合部面積有增大趨勢(shì)?？梢哉f這是由于隨著集合來的變位增多從集合部脫離的變位當(dāng)然也增多。
可以說，變位從變位群所在的坑中央脫離的現(xiàn)象起因于眾多變位集中之際變位之間的排斥力。另外還有一點(diǎn)原因，即，坑合并造成變位群散亂、濃縮，零亂狀變位的擴(kuò)散面積擴(kuò)大。
零亂狀的變位擴(kuò)散存在部位上的差異，但變位密度大約在2×107cm-2左右。這樣的變位密度，就激光二極管用基板而言是不行的，不能達(dá)到足夠的壽命。必須要將變位密度降低到1/20即106cm-2才行。
還有一個(gè)問題是變位集中于凹凸面構(gòu)成的坑的底時(shí)在坑中央有面狀缺陷10(圖1(b))。面狀缺陷往往是以中央為中心成60度角。有時(shí)，變位朝中央集中之際，隨著生長(zhǎng)作為變位的路徑而集合，作為垂直于基板表面的面狀缺陷10而存在。這也可認(rèn)為是變位排成一列的狀態(tài)，和上述的變位群的零亂一樣，都是晶體缺陷。有時(shí)，可能會(huì)在面狀缺陷兩側(cè)面出現(xiàn)晶面錯(cuò)位。
往往，這些面狀缺陷10相互間夾角為60°自坑中央呈放射狀形成。但是，也有時(shí)相互間夾角為30°(12角形坑)。面狀缺陷對(duì)于提高激光裝置壽命來說是極大的障礙，須要降低。
最后一個(gè)問題是缺陷分布問題。前述的靠凹凸坑來減少變位的方法利用的是凹凸自發(fā)生成。是不可能預(yù)先指定坑生成于何處的。坑是隨機(jī)生成的，故無法控制坑的位置。
實(shí)際制造激光二極管時(shí)，由于變位束隨機(jī)地存在于基板表面上，所以有可能包含激光裝置活性層的條紋(stripe)結(jié)構(gòu)之位置偶然地和變位束相同。若變位束和條紋活性層在一塊，激光裝置發(fā)光層就會(huì)含有缺陷。那么，就會(huì)因變位繁衍而加速劣化，激光裝置壽命縮短。
由于不能控制變位束位置，結(jié)果給激光芯片制造收獲率帶來壞影響。
為了激光裝置用GaN基板的實(shí)用化，須要實(shí)現(xiàn)變位束位置控制，以提高激光裝置制造的成品率。即，須要在激光裝置制造中進(jìn)行位置控制，以不讓變位束和激光裝置條紋結(jié)構(gòu)重合。
上述三點(diǎn)即是本發(fā)明的課題。
歸結(jié)起來，本發(fā)明是要解決如下三個(gè)難題(1)降低自凹凸面構(gòu)成的坑的中央的變位集合部之變位的零亂分布。
(2)消滅凹凸面構(gòu)成的坑的中央的變位集合部之面狀缺陷。
(3)控制凹凸面構(gòu)成的坑的中央的變位集合部的位置。
本發(fā)明的目的就在于解決上述三個(gè)問題。
雖然明確了本發(fā)明目的，但為了容易對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，先說明一下GaN晶體取向和GaN氣相生長(zhǎng)法。
本發(fā)明無論利用后述的哪一種氣相生長(zhǎng)法都可以實(shí)施。
由于GaN屬于六方晶系，不象立方晶系的Si、GaAs等那么容易指定面和取向，另外對(duì)發(fā)明的理解也不容易，所以先說一下晶體取向。
因?yàn)橐院笠镁w取向來描述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)物的關(guān)系、所在及形狀等，所以應(yīng)明確一下晶體取向的定義。GaN屬于六方晶系，那么顯示面和取向的指數(shù)既有使用3個(gè)的，也有用4個(gè)的。在此為使用4個(gè)。就此敘述一下表達(dá)方式。
關(guān)于晶面和晶體取向的表現(xiàn)，各有一些約定。后面提到的h、k、m、n稱晶面指數(shù)(或鏡面指數(shù))，一定是整數(shù)。表達(dá)面取向的總表達(dá)是采用大括弧{}，如{hkmn}，。個(gè)別面取向的表達(dá)是采用圓括弧()，如表達(dá)成(hkmn)。晶體取向的總表達(dá)是采用中括弧<>，如表達(dá)成<hkmn>。晶體取向的個(gè)別表達(dá)是采用括弧[]，如表達(dá)成[hkmn]。具有相同晶面指數(shù)的晶面和晶體取向是正交的，即正交于(hkmn)的方向是<hkmn>。
容許的對(duì)稱操作O是由晶體所屬對(duì)稱群G決定的，在通過對(duì)稱轉(zhuǎn)換操作O恢復(fù)原狀時(shí)，晶面和取向都以同一總表達(dá)來表達(dá)。在六方晶系GaN的場(chǎng)合，由于對(duì)于最初的3個(gè)指數(shù)容許操作3次，所以h、k、m相互替換的對(duì)稱操作是同等的。但是，c軸的指數(shù)n特殊，不能同這三個(gè)指數(shù)互換。以總表達(dá)表達(dá)成{hkmn}的總晶面包含了從一個(gè)個(gè)別面(hkmn)出發(fā)能通過容許對(duì)稱操作到達(dá)的所有個(gè)別面。
即便同是六方晶系，可容許對(duì)稱操作也會(huì)因晶體而有多種，不能說哪一個(gè)被包含在總表達(dá)里。另一方面，GaN具有3次對(duì)稱性沒有反轉(zhuǎn)對(duì)稱性。藍(lán)寶石(AL2O3)為偏心結(jié)構(gòu)，雖屬三方晶系，但沒有3次對(duì)稱性和反轉(zhuǎn)對(duì)稱性，故不具劈開性。以下所述的對(duì)GaN成立，但對(duì)藍(lán)寶石不成立。
GaN具有3次對(duì)稱性，所以(hkmn)，(kmhn)，(mhkn)，(hmkn)，(khmn)，(mkhn)是包含在總表達(dá){hkmn}里的6個(gè)面。反之，6個(gè)總表達(dá){hkmn}，{kmhn}，{mhkn}，{hmkn}，{khmn}，{mkhn}是同等的表達(dá)。晶面指數(shù)是整數(shù)，當(dāng)為負(fù)數(shù)時(shí)習(xí)慣上要附上線，但是由于在說明書中沒辦法附加上線，故以在前面附負(fù)號(hào)代替。在晶面指數(shù)之間不加逗點(diǎn)，故可以簡(jiǎn)單地區(qū)別出是晶面指數(shù)還是坐標(biāo)。
但是，由于沒有反轉(zhuǎn)對(duì)稱性，所以{hkmn}和{-h-k-m-n}不等同，C面(0001)和-C面(000-1)不是等同的面。為此，看在表面是露出Ga原子還是露出N原子來區(qū)別(0001)面和(000-1)面，并分別記為(0001)Ga面和(000-1)N面。
GaN屬六方晶系、有3個(gè)具3次對(duì)稱性的軸。其中有兩個(gè)軸稱a軸和b軸，第3個(gè)軸尚無名稱，為方便起見權(quán)稱其為d軸。那么，abd三軸就是成120度中心角而設(shè)的。同包含這三個(gè)軸的面正交的是c軸。c軸是六方晶系中特殊的軸，其不具有abd軸之間的對(duì)稱性。所謂晶面就是朝向同一方向的相互平行的無數(shù)面之集合。晶面取向是將第1個(gè)晶面切各個(gè)軸的切片的長(zhǎng)度用用軸長(zhǎng)度來除得到的商的倒數(shù)。譬如，用a/h切a軸、用b/k切b軸、用d/m切d軸、用c/n切c軸時(shí)，晶面指數(shù)就表達(dá)為(hkmn)。
可見，晶面指數(shù)越小就越呈基本面，面數(shù)也越少。晶體取向[hkmn]被定義為正交于面(hkmn)的方向。4個(gè)指數(shù)當(dāng)中頭三個(gè)指數(shù)h、k、m是非獨(dú)立的。由于屬于二維，故可以兩個(gè)指數(shù)表達(dá)，實(shí)際上也有用兩個(gè)指數(shù)表達(dá)的。但是，在此為便于看到對(duì)稱性，用4個(gè)指數(shù)表達(dá)。因此，雖然h、k、m是一次從屬，但是其間總有容易辨認(rèn)的加法法則存在h+k+m＝0。
拿GaN來說，代表面有三個(gè)，其中一個(gè)是C面，它可以表達(dá)為(0001)面，即它是和c軸正交的面。面和軸相互正交，后述中以大寫字母表示面、以小寫字母表示軸，以示區(qū)別。
GaN具有環(huán)繞c軸的3次對(duì)稱性，即具有通過120度旋轉(zhuǎn)可以回到原位的對(duì)稱性。在異種基板上長(zhǎng)晶GaN的場(chǎng)合，一定是沿c軸方向生長(zhǎng)。在GaAs基板和藍(lán)寶石基板上異質(zhì)外延生長(zhǎng)的場(chǎng)合，一定是沿c軸方向生長(zhǎng)。GaN沒有反轉(zhuǎn)對(duì)稱性，所以(0001)面和(000-1)不是同一面。
第2個(gè)具代表性的面稱M面，它是劈開面，是通過對(duì)稱的3個(gè)軸(a，b，d)中的一個(gè)軸的前端、并和其他兩個(gè)軸當(dāng)中的某一軸及c軸平行的面，其可以用總表達(dá){1-100}、{01-10}、{-1010}、{-1100}、{0-110}、{10-10}以及個(gè)別表達(dá)(1-100)、(01-10)、(-1010)、(-1100)、(0-110)、(10-10)等進(jìn)行表達(dá)。
總表達(dá)都是等效的，但個(gè)別表達(dá)卻表達(dá)不同的面。不同的面相互間成60度角。應(yīng)注意的是不是90度而是60度。M面是通稱，在表達(dá)GaN的代表取向時(shí)很方便。
第3個(gè)具有代表性的面稱A面，它是連結(jié)對(duì)稱的3個(gè)軸(a，b，d)中的兩個(gè)軸的前端、并和c軸平行的面，其可以用總表達(dá){2-1-10}、{-12-10}、{-1-120}、{-2110}、{1-210}、{11-20}以及個(gè)別表達(dá)(2-1-10)、(-12-10)、(-1-120)、(-2110)、(1-210)、(11-20)進(jìn)行表達(dá)?？偙磉_(dá){...}都是等效的，但個(gè)別表達(dá)卻表達(dá)不同的面。
由于GaN沒有6次對(duì)稱性，所以上述個(gè)別面顯示出兩種面。各個(gè)別面相互間成60度角。應(yīng)注意的是不是90度而是60度。A面是通稱，是很方便的表達(dá)。應(yīng)和a軸區(qū)別開。
具有同A面一樣的晶面指數(shù)的取向<2-1-10>是正交于A面的取向，其和M面的某一個(gè)平行，似乎可以稱作a取向，但卻沒有那樣說的。具有同M面一樣的晶面指數(shù)的取向<1-100>是正交于M面的取向，其和A面平行，似乎可以稱作m取向，但卻沒有那樣說的。
可見，GaM具有3個(gè)具代表性的面即C面、A面、M面。不可將取向和面混同，指數(shù)相同的面和取向相互正交。反之，指數(shù)正交的面和取向則平行。這有些別扭，應(yīng)予注意。
本發(fā)明中頻繁使用的所謂凹凸面是將A面及M面稍微向c軸方向傾斜而構(gòu)成的。譬如是從A面派生的凹凸{11-21}、{11-22}、及從M面派生的凹凸{1-101}、{1-102}等。
前3指數(shù)平行的2個(gè)面集合起來就構(gòu)成V溝(谷)。所謂V溝(谷)就是由從A面派生的凹凸{2-1-1±1}、{2-1-1±2}構(gòu)成的、或者是由從M面派生的凹凸{1-10±1}、{1-10±2}構(gòu)成的。
第4個(gè)指數(shù)n，就上述凹凸而言為1或2。由于這種低面指數(shù)比較多見，但比其大的也出現(xiàn)過。譬如，將A面{2-1-10}稍微相對(duì)于c軸一傾斜就會(huì)變成{2-1-11}面，再進(jìn)一步傾斜則變成{2-1-12}面。第4個(gè)指數(shù)n的值越大相對(duì)c軸的傾斜也就越大，即接近于水平。雖然也出現(xiàn)過具有更高的n指數(shù)的凹凸面，但大體上是n＝1，2，3，4。
后面還要提到二段重合凹凸這一概念，出現(xiàn)兩種凹凸——構(gòu)成V溝(谷)的凹凸和比其淺的凹凸。為了不至文理混亂，在此預(yù)先描述一下。所謂淺是指在水平上更接近于C面，即c軸方向的晶面指數(shù)n大。
通常，出現(xiàn)于V溝(谷)周圍的凹凸是{11-22}、{1-101}，這將在后面加以描述。設(shè)a代表a軸長(zhǎng)度、c代表c軸長(zhǎng)度，則{1-101}面相對(duì)C面的傾角為tan-1(31/2a/2c)，{11-22}面相對(duì)C面的傾角為tan-1(a/c)。
若說淺凹凸，則是說{11-23}、{1-102}、{11-24}、{1-103}等n比較大者。{1-10n}(n≥2)面相對(duì)C面傾斜的角度為tan-1(31/2a/2cn)，n大于2時(shí)，該值小于n＝1場(chǎng)合下的值。{11-2n}(n≥3)面相對(duì)C面傾斜的角度為tan-1(2a/nc)，n大于3時(shí)，該值小于n＝2場(chǎng)合下的值。因此，將大n者稱做淺凹凸。
GaN屬六方晶系、纖鋅礦，具有如下各面有Ga原子存在于正六角形的6個(gè)頂點(diǎn)和中心的底面、有Ga原子存在于正六角形的6個(gè)頂點(diǎn)和中心的上面、位于底面和上面之間但稍靠下方的有N原子存在于正六角形的6個(gè)頂點(diǎn)和中心的下中間面、稍靠其上的有3個(gè)Ga原子存在的中間面、更在其上的有3個(gè)N原子存在的上中間面。其具有3次對(duì)稱性，但沒有反轉(zhuǎn)對(duì)稱性，也不具有6次對(duì)稱性。
以藍(lán)寶石、Si、GaAs等為襯底基板。藍(lán)寶石(α-Al2O3)屬三方晶系，但其對(duì)稱性差、不具備3次對(duì)稱性，也沒有反轉(zhuǎn)對(duì)稱性。由于對(duì)稱性差，故還不具劈開性。
Si不屬六方晶系、而是立方晶系，為鉆石構(gòu)造。所以晶面指數(shù)是3個(gè)?？?個(gè)指數(shù)完全可以記述面取向(khm)。3個(gè)指數(shù)獨(dú)立，不適用前述的加法法則，k+h+m≠0。3次對(duì)稱軸是在對(duì)角線方向，寫成(111)面。通常，Si半導(dǎo)體裝置是采用(001)面，但其不具3次對(duì)稱性。在此，由于需要3次對(duì)稱性，故用Si時(shí)使用(111)面。
GaAs也不屬六方晶系而是立方晶系、為閃鋅礦(ZnS，Zinc Blende)構(gòu)造。所以晶面指數(shù)是3個(gè)。靠3個(gè)指數(shù)完全可以記述面取向。3次對(duì)稱軸是在對(duì)角線方向，寫成(111)面相交。通常，制作GaAs半導(dǎo)體裝置時(shí)，從劈開角度考慮，使用(001)面。但該面不具有3次對(duì)稱性。在此，由于需要3次對(duì)稱性，故用GaAs時(shí)也使用(111)面。
GaAs沒有反轉(zhuǎn)對(duì)稱性，即便說(111)面也只有兩種，即As向外部突出的(111)面和Ga向外部突出的(111)面。必要時(shí)稱作(111)As面和(111)Ga面，以示區(qū)別。有時(shí)也區(qū)別表現(xiàn)成(111)A面和(111)B面。
本發(fā)明中，作為GaN薄膜形成法采用氣相生長(zhǎng)法，這其中有HVPE法、MOCVD法、MOC法及升華法。以下對(duì)這些方法加以詳述。
I關(guān)于HVPE法(Hydride Vapor Phase Epitaxy，氫化物氣相生長(zhǎng)法)以金屬Ga為Ga原料，氮原料為氨NH3，把基板放到熱壁型反應(yīng)爐下方的基座上、GaN金屬放到上方的板上加熱，向其中吹入氫氣和HCl氣，生成GaCl。該GaCl載在氫氣上飄向下方而貼到已加熱的基板上。在基板附近供給氫氣和氨氣，使GaCl和氨反應(yīng)而合成GaN，堆積到已加熱的基板上。由于以金屬Ga為原料來制備GaCl，所以具有GaN薄膜內(nèi)不混入碳這一優(yōu)點(diǎn)。
II關(guān)于MOCVD法(Metallorganic Chemical Vapor Deposition，有機(jī)金屬CVD)它是最常用的GaN薄膜生長(zhǎng)法。在冷壁型反應(yīng)爐中將TMG(三甲基鎵)等Ga的有機(jī)金屬原料、氨NH3同氫氣(H2)一道吹到已加熱的基板上。將有機(jī)金屬當(dāng)作鎵原料使用這在形成GaN以外的鎵化合物薄膜上經(jīng)常采用。在加熱基板上TMG和氨反應(yīng)而合成GaN，堆積起來形成薄膜。該方法是作為薄膜形成方法實(shí)用過的。但是，要想制作厚基板晶體而不是薄膜的話就有問題了。由于該方法要用大量的氣體，所以原料氣體收率低。就薄膜而言，這不構(gòu)成問題，但是就形成基板而言，收率低就是缺點(diǎn)。還有一個(gè)問題是由于原料含有機(jī)物、有碳，所以在形成GaN時(shí)會(huì)混入碳。有時(shí)，會(huì)因碳而染上黃色。碳成為深給予體、使電子遷移率降低、導(dǎo)致電特性惡化。
III關(guān)于MOC法(Metallorganic Chloride Method，有機(jī)金屬氯化物氣相生長(zhǎng)法)以TNG等有機(jī)金屬化合物為Ga原料，氮原料為氨NH3。同MOCVD法不同，它不是直接讓TMG和氨化合。在熱壁型反應(yīng)爐內(nèi)，先通過讓TMG和HCl氣反應(yīng)而合成GaCl。將此在氣態(tài)下流到已加熱的基板上。由于在基板附近供給氨，所以氨和GaCl在基板附近反應(yīng)而合成GaN，漸漸堆積起來。由于先制成GaCl，所以具有在薄膜中混入的碳較少的優(yōu)點(diǎn)。但不能克服消耗大量氣體的缺點(diǎn)。
IV升華法在此不以氣體為原料，而以多晶GaN為原料。在反應(yīng)爐中固體GaN和基板分別置于不同處、設(shè)置溫度梯度，將固體GaN加熱氣化，使之向溫度較低的基板處移動(dòng)，從而在基板上堆積GaN薄膜。發(fā)明內(nèi)容以下描述一下解決上述問題的本發(fā)明的基本原理。
在此之前先稍詳述一下上述3個(gè)難題。
在一邊形成并維持凹凸?fàn)羁右贿呴L(zhǎng)晶這一方法中所存在的問題在于變位的集合狀態(tài)。即，在凹凸面構(gòu)成的坑部，利用在凹凸面的變位的傳播方向，在一邊進(jìn)行凹凸面生長(zhǎng)一邊將大量變位集中于坑中央之際，其變位的集合狀態(tài)構(gòu)成問題。
變位集合之際，可能有時(shí)侯具有逆方向貝克頻譜的變位相互沖突而消滅。但實(shí)際上卻存在這樣的問題據(jù)估計(jì)，由一個(gè)凹凸面收集的變位中同符號(hào)的比較多。所以可以說集合的變位因符號(hào)不同而互相抵消的情況幾乎沒有。不同符號(hào)的變位相互合并而消滅的機(jī)制幾乎不起作用。
相同符號(hào)的變位集合時(shí)，變位之間產(chǎn)生排斥力，不會(huì)合并消滅。據(jù)認(rèn)為，因排斥力，集中后的變位隨著長(zhǎng)晶而向相互背離的方向移動(dòng)。其結(jié)果，集中于坑中央的變位反而開始朝擴(kuò)展方向移動(dòng)，于是在坑中央的變位束附近出現(xiàn)了零亂狀的變位群。
零亂狀的變位群產(chǎn)生原因尚不清楚。但是，估計(jì)變位集中引起的應(yīng)力集中是原因之一。此外，因長(zhǎng)晶同時(shí)多個(gè)坑合并使變位群合流，但在此過程中變位群散亂開。據(jù)認(rèn)為坑合并造成的變位群散亂也是零亂狀變位群產(chǎn)生原因。
又，據(jù)認(rèn)為，因坑合并使坑口徑大型化時(shí)，集中于坑中央的變位數(shù)也增多，因此，零亂狀變位群擴(kuò)展，其面積也擴(kuò)大。
還有，有時(shí)，在變位向凹凸構(gòu)成的坑的中央集合之際，還會(huì)在相鄰凹凸面的交界部形成相互間夾角為60°自凹凸中心呈放射狀伸展的變位的面面狀集合體。
這是由于變位以60度角集合的緣故。但這時(shí)變位之間有排斥力作用時(shí)就不能集中于坑中央，而是進(jìn)一步集中于面狀缺陷部。這會(huì)更強(qiáng)化面狀缺陷。
又，坑合并而使坑口徑大型化時(shí)，向坑中央集合的變位的數(shù)量也增多，于是面狀缺陷也隨著進(jìn)一步大面積化。
進(jìn)一步，如上所述，由于這些凹凸面構(gòu)成的坑的生成位置是任其自然發(fā)展，所以是隨機(jī)的、偶然的，沒有規(guī)律。
故，在零亂狀變位群面積增大的基板上制作半導(dǎo)體裝置時(shí)，會(huì)加劇質(zhì)量和收獲率方面的問題。
再次敘述了本發(fā)明要解決的問題。為了解決這些問題，本發(fā)明人以為問題關(guān)鍵在于在一邊維持凹凸面構(gòu)成的坑一邊長(zhǎng)晶而使變位集中之際，變位只是滯留在集合部而不收斂。那么，如若是在變位的集合部有變位消滅機(jī)構(gòu)或積蓄機(jī)構(gòu)的話，就會(huì)使變位群滯留狀況得到改善。
于是想到，在單晶中故意形成晶粒界面等缺陷面，利用缺陷面來作變位消滅或積蓄機(jī)構(gòu)。就是積極地在晶體中給定位置生成缺陷，靠缺陷面來積蓄或消滅變位。這真是巧妙的作法。
首先，據(jù)上述在先申請(qǐng)的方法，在變位收斂方面，是靠一邊維持凹凸面斜面一邊長(zhǎng)晶來讓變位傳播、收斂的。本發(fā)明人以為，只要該機(jī)制起作用，就沒有必要將凹凸面形狀局限于圓錐形坑形狀。根據(jù)這一想法，構(gòu)思出以具有寬度的直線狀凹凸面來取代圓錐形坑而進(jìn)行長(zhǎng)晶體。
就整體形狀來說，不是圓錐形，而呈平放著的斷面為三角形的棱柱的形狀。有多條的話就會(huì)形成峰谷(V溝)交錯(cuò)延續(xù)的凹凸構(gòu)造。這也具有收集變位的作用。
參照?qǐng)D4簡(jiǎn)單地描述一下本發(fā)明方法。圖4給出了凹凸面構(gòu)成的V溝的截面圖。在垂直于紙面的方向上同一截面連續(xù)。圖3是圓錐形坑的截面圖。兩者雖截面相似但在垂直于紙面的方向上完全不同。
在襯底基板(圖中省略)上進(jìn)行GaN晶體22凹凸長(zhǎng)晶。凹凸面26、26是傾斜的2面，形成V溝24(不是坑)。缺陷集合區(qū)H接著V溝(谷)24的底29生長(zhǎng)。在凹凸面26下有低缺陷單晶區(qū)Z生長(zhǎng)。其外側(cè)是平坦面27。平坦面是C面。C面生長(zhǎng)區(qū)Y接在其正下方。C面生長(zhǎng)區(qū)Y也是單晶、低變位，但比低缺陷單晶區(qū)Z電阻大。存在于低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y的變位因凹凸26生長(zhǎng)而被收集于內(nèi)側(cè)，集中于V溝底部的缺陷集合區(qū)H。據(jù)認(rèn)為大部分變位平行于C面朝缺陷集合區(qū)H集合。在此，有部分變位合并而消滅，其余的被封閉蓄積起來。閉缺陷集合區(qū)H的變位蓄積部位是交界K和內(nèi)部芯S。有時(shí)只有K，也有時(shí)是(S+K)。變位一旦被缺陷集合區(qū)H所捕獲就再也不能跑到外部。
與圖3(1)的細(xì)窄線狀的坑底的變位不同，本發(fā)明是靠沿長(zhǎng)度方向伸展、具有寬度的截面大的缺陷集合區(qū)H來蓄積變位，能捕獲大量變位。缺陷集合區(qū)H截面面積大是本發(fā)明最強(qiáng)有力之處。
而且，凹凸面具有寬度的直線狀(V溝)，不象坑狀那樣，凹凸面和凹凸面之間沒有棱線。因此具有遏制面狀缺陷產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。面狀缺陷10(圖1(b))是重大難題。但是，由于線狀峰谷交替出現(xiàn)，斜線就消滅了，所以很簡(jiǎn)單地就解決了面狀缺陷接著稜線而生的問題。
可見，具有帶寬度的直線狀凹凸面斜面，并在生長(zhǎng)時(shí)總維持之，在凹凸面的最下部對(duì)應(yīng)于直線狀凹凸面形成直線狀伸展的譬如缺陷集合區(qū)，在同鄰接單晶部的交界K處形成晶粒界面，可以讓晶面粒界起到作為變位消滅或蓄積之所的作用。(圖4)若此，通過形成變位消滅或蓄積之所，不但可以減少或消滅變位自變位集合部的零亂狀分布，還可以減少或消滅形成坑場(chǎng)合下坑中央的變位集合部附近的面狀缺陷。這是由于形成了變位消滅或蓄積機(jī)構(gòu)，滯留的變位劇減。因此，可以大大地減少變位群和面狀缺陷。
再進(jìn)一步研究則發(fā)現(xiàn)能起這種能消滅和積蓄變位作用的區(qū)域并非僅僅限于多晶區(qū)。
盡管不是多晶是單晶，但譬如在下列場(chǎng)合下其單晶的缺陷集合區(qū)H也能起到消滅和積蓄變位的作用與鄰接單晶區(qū)晶體取向稍有傾斜的場(chǎng)合、在交界處具有面狀缺陷的場(chǎng)合、在交界處真有小傾角晶粒界面的場(chǎng)合。還發(fā)現(xiàn)，缺陷集合區(qū)H的c軸同周圍晶體的c軸反轉(zhuǎn)時(shí)也具有同樣效果。還有一個(gè)特征是變位消滅或蓄積之所不僅僅是呈面狀擴(kuò)展，也是作為具有寬度(厚)h的區(qū)域而存在的。
變位蓄積之所是具有寬度h的區(qū)域的好處如下所述。在采用同一條紋結(jié)構(gòu)的通常的ELO(Epitaxial Lateral Overgrowth)中，是通過形成凹凸而集合變位的。變位集合體集結(jié)于幾乎沒有厚度的面狀缺陷處，所以當(dāng)變位高密度地集合于薄的面狀缺陷部時(shí)會(huì)因排斥力而散亂開。
對(duì)此，根據(jù)本發(fā)明方法，由于缺陷集合區(qū)具有厚度，從某一側(cè)集結(jié)來的變位群集合于該側(cè)的交界面K1，而從另一側(cè)集結(jié)來的變位群則集合于該另一側(cè)的交界面K2。結(jié)果，可以將集合于交界面的變位的密度減半。
并且，由于缺陷集合區(qū)H具有厚度，所以在其內(nèi)部S也可以集合變位缺陷，可以使得單位體積中積蓄的變位缺陷量變得極低。因此，難以出現(xiàn)變位脫散。
在通常的ELO中，隨著生長(zhǎng)凹凸面斜面被埋上，最表面成平坦面(C面生長(zhǎng))。這樣一來，變位一時(shí)集中于面狀缺陷部后又散開。因此，隨著生長(zhǎng)變位擴(kuò)散，變位平均地高密度分布開。這一變位密度達(dá)107cm-2級(jí)(order)，直接拿來作激光裝置用基板是不行的。
但是，根據(jù)本發(fā)明(以后還將詳述)，通過形成具有厚度的缺陷集合區(qū)，可以避免埋上凹凸面，可以在維持凹凸面的情況下持續(xù)長(zhǎng)晶。因此，可以在把變位群封閉在缺陷集合區(qū)中的狀態(tài)下持續(xù)長(zhǎng)晶。
這是一大特征。其可行的理由在于缺陷集合區(qū)為多晶狀態(tài)、或者是在該缺陷集合區(qū)中形成角度淺的凹凸面。
這些具體例子及其他例子后面將描述，在本發(fā)明中，將之統(tǒng)稱為“有寬晶體缺陷集合區(qū)H”。
通過留有“有寬晶體缺陷集合區(qū)H”而長(zhǎng)晶來減少變位，是本發(fā)明的核心內(nèi)容。寬度h達(dá)到1-200μm左右就是相當(dāng)厚的了，很可以積蓄變位。
進(jìn)一步，本發(fā)明人還創(chuàng)造出通過控制“有寬晶體缺陷集合區(qū)H”生成之所，也可以控制具有寬度z的直線狀凹凸面的生成位置、即低缺陷的良好的單晶部(低缺陷單晶區(qū)Z)的位置。
只要在長(zhǎng)晶初期于給定之所形成可生成“有寬晶體缺陷集合區(qū)H”的具有有限寬度h的直線狀掩模(或者說條紋掩模)，就可以在長(zhǎng)晶同時(shí)在該給定之所優(yōu)先地形成“有寬晶體缺陷集合區(qū)H”。
進(jìn)一步，會(huì)鄰接于該區(qū)域形成具有寬度z的直線狀凹凸面，“有寬晶體缺陷集合區(qū)H”總是處在該凹凸面的底部(圖5(a)、圖6)。
關(guān)于在其底部具有有寬晶體缺陷集合區(qū)H的凹凸面的生成機(jī)制，是因晶體缺陷集合區(qū)H種類而異的。
但總體來說是這樣的當(dāng)以某中方法形成了可生成有寬晶體缺陷集合區(qū)H的掩模時(shí)，在長(zhǎng)晶中該區(qū)總處于凹陷狀。
還有一個(gè)理由是，在掩模上面的區(qū)域的生長(zhǎng)速度要慢于C面生長(zhǎng)速度。
由于具有凹陷，可以穩(wěn)定地在該處兩側(cè)形成凹凸面構(gòu)成的斜面。
還有其他機(jī)制，譬如，在有寬晶體缺陷集合區(qū)H容易形成比其兩側(cè)的凹凸面斜面角度淺的凹凸面，結(jié)果，由于存在面角度淺的凹凸面，可以在此處穩(wěn)定地形成以該部分為谷底的凹凸面構(gòu)成的谷(圖5(b))。
這樣一來，凹凸面構(gòu)成的谷的位置也就固定了。構(gòu)成這種配置時(shí)，凹凸面就不埋上，可在維持該形狀下進(jìn)行生長(zhǎng)。通過經(jīng)歷這一步驟就可以控制凹凸面位置。即，低缺陷單晶區(qū)Z和缺陷集合區(qū)H的位置都可以固定，可以控制。據(jù)此，可以有規(guī)律地配置低缺陷單晶區(qū)Z和缺陷集合區(qū)H。這也是本發(fā)明要點(diǎn)之一。
關(guān)于缺陷集合區(qū)的形成方法，如下所述。即，在用于形成缺陷集合區(qū)的掩模上形成了多晶區(qū)時(shí)，缺陷集合區(qū)可被當(dāng)作多晶區(qū)而明確地被區(qū)別出。但是，缺陷集合區(qū)有多種多樣，譬如，有時(shí)是以面狀缺陷為交界的單晶區(qū)。
這時(shí)，在生長(zhǎng)初期，出現(xiàn)比缺陷集合區(qū)兩側(cè)的凹凸面的傾斜稍淺的凹凸面，該凹凸面的交界構(gòu)成該缺陷集合區(qū)的交界。
這一機(jī)制在于，在處在凹凸面谷底的凹凸面的具有角度差的凹凸面的交界，在長(zhǎng)晶同時(shí)變位集結(jié)，結(jié)果在該處形成變位結(jié)合之所、即封閉的缺陷集合區(qū)。
還有一個(gè)突出的例子，缺陷集合區(qū)成為譬如，GaN晶體極性(polarity)反轉(zhuǎn)的區(qū)域，這是頻繁出現(xiàn)的現(xiàn)象。就是說，缺陷集合區(qū)相對(duì)于低缺陷單晶區(qū)Z的氮化鎵晶體的c軸方向逆轉(zhuǎn)180度。這時(shí)，明顯地在缺陷集合區(qū)的交界生成晶面粒界，在長(zhǎng)晶同時(shí)通過凹凸面集結(jié)于缺陷集合區(qū)的變位積聚于該晶面粒界處。特別是，缺陷集合部的GaN晶體c軸極性反轉(zhuǎn)時(shí)，凹凸形狀尤其好控制。這是由于極性反轉(zhuǎn)時(shí)生長(zhǎng)速度變慢這一因素起作用的緣故。
以上說明了本發(fā)明的基本原理，根據(jù)本發(fā)明能夠解決上述三個(gè)問題——變位集合部附近的零亂變位、面狀缺陷、位置控制困難。即，通過形成圖7所示的立體的長(zhǎng)晶后形狀，制成具有圖8的組織的基板，大大改善晶體缺陷分布。根據(jù)圖7，在襯低基板21上生長(zhǎng)氮化鎵晶體22，但表面呈峰谷交錯(cuò)延續(xù)。接著谷(V溝)正下方的具有窄寬度的平面是缺陷集合區(qū)H。傾斜的是凹凸26。接在凹凸面26下的是低缺陷單晶區(qū)Z。這里是設(shè)峰頂部鋒利帶尖、不存在平坦的C面生長(zhǎng)區(qū)Y。這時(shí)，被鄰接的缺陷集合區(qū)H、H相夾的部分都是低缺陷單晶區(qū)Z。即，構(gòu)成p＝z+h這一簡(jiǎn)單構(gòu)造。若平坦部存在，則低缺陷單晶區(qū)Z被二分，設(shè)平坦部寬為w，則p＝2z+w+h。峰高(V溝深度)和間距p之間關(guān)系以后詳述。圖8給出了除去了基板和上表面凹坑并將兩面研磨之后的矩形晶片。其構(gòu)造是缺陷集合區(qū)H、低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y按順序有規(guī)律地排列——HZYZHZYHZH...。須指出的是，根據(jù)生長(zhǎng)條件，C面生長(zhǎng)區(qū)Y未必是具有寬度的直線狀，有時(shí)其寬度不一、歪歪扭扭。以下詳細(xì)描述一下本發(fā)明具體內(nèi)容。
圖2是說明本發(fā)明人在特開平2001-102307中提出的一邊在表面形成并維持凹凸面構(gòu)成的坑一邊進(jìn)行GaN長(zhǎng)晶的凹凸生長(zhǎng)法中，凹凸在平均生長(zhǎng)方向以外向坑內(nèi)生長(zhǎng)從而在生長(zhǎng)同時(shí)變位收攏于凹凸棱線并進(jìn)一步集中于坑底重合點(diǎn)的坑的俯視圖。
圖3是坑的截面圖，其是為了說明下述情形的圖本發(fā)明人在特開平2001-102307中提出的一邊在表面形成并維持凹凸面構(gòu)成的坑一邊進(jìn)行GaN長(zhǎng)晶的凹凸生長(zhǎng)法中，凹凸在平均生長(zhǎng)方向以外向坑內(nèi)生長(zhǎng)從而在生長(zhǎng)同時(shí)變位收攏于凹凸棱線并進(jìn)一步集中于坑底重合點(diǎn)、接著底在縱向形成變位集合束。其中，(1)是說明生長(zhǎng)同時(shí)變位向坑底集中從而形成在縱向伸展的變位束的截面圖；(2)是說明如是情形的截面圖生長(zhǎng)同時(shí)變位向坑底集中從而形成在縱向伸展的變位束、但沒有被覆蓋的變位集合開放、變位之間產(chǎn)生強(qiáng)排斥力，致使曾一旦集合的變位又散開、向周圍擴(kuò)展，從而出現(xiàn)零亂狀的變位擴(kuò)散。
圖4是說明本發(fā)明單晶氮化鎵生長(zhǎng)方法——一邊在表面形成并維持凹凸面構(gòu)成的V溝(谷)一邊進(jìn)行GaN長(zhǎng)晶，凹凸在平均生長(zhǎng)方向以外向V溝(谷)內(nèi)生長(zhǎng)從而在生長(zhǎng)同時(shí)變位收攏于凹凸棱線并進(jìn)一步集中于V溝(谷)底重合點(diǎn)，接著底在縱向形成變位集合束即缺陷集合區(qū)H，從而使變位集結(jié)于封閉的空間，變位不再散開——之概要的V溝(谷)截面圖。其中，(1)是說明生長(zhǎng)同時(shí)變位向V溝(谷)底集中、讓變位束集結(jié)于在縱向伸展的缺陷集合區(qū)H的截面圖；(2)是說明生長(zhǎng)同時(shí)V溝(谷)底上升、但缺陷集合區(qū)H總是隨著底走而吸收變位的截面圖。
圖5是說明本發(fā)明氮化鎵長(zhǎng)晶方法的圖，據(jù)該方法，在基板上配置直線狀伸展掩模，在其上一邊維持凹凸一邊讓GaN生長(zhǎng)，讓缺陷集合區(qū)H和凹凸面構(gòu)成的V溝處于掩模之上，而讓低缺陷單晶區(qū)Z和凹凸面處于其鄰接的基板露出部之上，進(jìn)行長(zhǎng)晶。其中，(a)示意的是自上部的凹凸面連接到對(duì)著缺陷集合區(qū)H之上的凹凸面谷底上、沒有形成淺傾斜凹凸面的情形。(b)示意的是自上部的凹凸面連接到對(duì)著缺陷集合區(qū)H之上的凹凸面谷底上、形成了淺傾斜凹凸面的情形。示意了凹凸面交界與缺陷集合區(qū)H交界K吻合。
圖6是說明本發(fā)明的采用掩模的氮化鎵長(zhǎng)晶方法的俯視圖，據(jù)該方法，在基板上配置直線狀伸展掩模，在其上一邊維持凹凸一邊讓GaN生長(zhǎng)，讓缺陷集合區(qū)H和凹凸面構(gòu)成的V溝處于掩模之上，而讓低缺陷單晶區(qū)Z和凹凸面其鄰接的基板露出部之上，進(jìn)行長(zhǎng)晶。其中，(a)示意的是在襯底基板上以平行等間隔直線狀形成的有寬條紋掩模的狀態(tài)。(b)是示意具有缺陷集合區(qū)H、低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y依此出現(xiàn)的這一ZHZYZHZYZ...構(gòu)造的本發(fā)明GaN厚膜的俯視圖，該構(gòu)造是通過在襯底基板上以平行等間隔直線狀形成的有寬條紋掩模之后讓GaN取向生長(zhǎng)而形成的。
圖7是說明本發(fā)明氮化鎵單晶制造方法的立體圖，據(jù)該方法，通過在襯底基板上以平行等間隔直線狀形成的有寬條紋掩模之后讓GaN取向生長(zhǎng)而形成凹凸構(gòu)成的峰谷構(gòu)造(三棱柱構(gòu)造)、和缺陷集合區(qū)H、低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y依此出現(xiàn)的這一ZHZYZHZYZ...周期構(gòu)造。
圖8是說明本發(fā)明氮化鎵基板的立體圖，基板具有缺陷集合區(qū)H、低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y依此出現(xiàn)的這一ZHZYZHZYZ...構(gòu)造，該構(gòu)造是通過在襯底基板上以平行等間隔直線狀形成的有寬條紋掩模之后讓GaN取向生長(zhǎng)而形成的。
圖9是示意具有通過在襯底基板上以平行等間隔直線狀形成的有寬條紋掩模之后讓GaN取向生長(zhǎng)而形成缺陷集合區(qū)H、低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y依此出現(xiàn)的這一ZHZYZHZYZ...構(gòu)造的本發(fā)明GaN厚膜的俯視圖。其中，圖9(a)示意是GaN厚膜表面上出現(xiàn)的平行于<1-100>方向的ZHZYZHZYZ...構(gòu)造，該GaN厚膜是通過設(shè)平行于GaN晶體<1-100>方向的長(zhǎng)度方向上的條紋掩模進(jìn)行取向生長(zhǎng)而得到。圖9(b)示意是GaN厚膜表面上出現(xiàn)的平行于<11-20>方向的ZHZYZHZYZ...構(gòu)造，該GaN厚膜是通過設(shè)平行于GaN晶體<11-20>方向的長(zhǎng)度方向上的條紋掩模進(jìn)行取向生長(zhǎng)而得到。
圖10是本發(fā)明實(shí)施例1的氮化鎵晶體基板制造方法示意圖，該基板是這樣制造出的在藍(lán)寶石基板上生長(zhǎng)薄GaN取向生長(zhǎng)層，在其上設(shè)直線狀伸展的條紋掩模，在其上一邊維持凹凸一邊讓GaN生長(zhǎng)，據(jù)此，讓缺陷集合區(qū)H和凹凸面構(gòu)成的V溝處于掩模之上，而讓低缺陷單晶區(qū)Z和凹凸面處于其鄰接的基板露出部之上，并經(jīng)磨削、研磨及平坦化處理。其中，圖10的(1)是藍(lán)寶石基板，(2)是在藍(lán)寶石基板上生長(zhǎng)薄GaN取向生長(zhǎng)層后的產(chǎn)物，(3)是在其上形成了條紋掩模的產(chǎn)物，(4)是示意一邊維持凹凸一邊讓GaN生長(zhǎng)的狀態(tài)的截面圖，(5)是除掉了襯底基板和表面三棱柱狀凹陷、把表里兩面研磨光滑的GaN基板的截面圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施例2、3的氮化鎵晶體基板制造方法截面示意圖，該基板是這樣制造出的在襯底基板上直接設(shè)直線狀伸展的條紋掩模，在其上一邊維持凹凸一邊讓GaN生長(zhǎng)，據(jù)此，讓缺陷集合區(qū)H和凹凸面構(gòu)成的V溝處于掩模之上，而讓低缺陷單晶區(qū)Z和凹凸面處于其鄰接的基板露出部之上，并經(jīng)磨削、研磨及平坦化處理。其中，圖11(1)是在襯底基板上形成了條紋掩模的產(chǎn)物，(2)是示意在條紋掩模/襯底基板上一邊維持凹凸一邊生長(zhǎng)出厚GaN取向生長(zhǎng)層的產(chǎn)物，(3)是除掉了襯底基板和表面三棱柱狀凹陷、把表里兩面研磨光滑的GaN基板的截面圖。
圖12是本發(fā)明實(shí)施例4的氮化鎵晶體基板制造方法截面示意圖，該基板是這樣制造出的以實(shí)施例1制作出的GaN基板為晶種，在其上一邊維持凹凸一邊讓GaN生長(zhǎng)，據(jù)此，讓缺陷集合區(qū)H和凹凸面構(gòu)成的V溝處于掩模之上，而讓低缺陷單晶區(qū)Z和凹凸面處于其鄰接的基板露出部之上，并經(jīng)磨削、研磨及平坦化處理。其中，圖12(1)是把業(yè)已低變位生長(zhǎng)的GaN基板當(dāng)作晶種使用的示意圖，(2)是示意在晶種上一邊維持凹凸一邊生長(zhǎng)出厚GaN取向生長(zhǎng)層的產(chǎn)物，(3)是除掉了襯底基板和表面三棱柱狀凹陷、把表里兩面研磨光滑的GaN基板的截面圖。
圖13是一俯視圖，其示意的是通過對(duì)以實(shí)施例4的生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)的GaN坯料進(jìn)行薄片加工制作出的GaN基板進(jìn)行熒光顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)后期生長(zhǎng)的GaN基板的晶體缺陷集合區(qū)H有間斷或斷裂。
圖14是沿圖13截線的截面圖，其是通過對(duì)以實(shí)施例4的生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)的GaN坯料進(jìn)行薄片加工制作出的GaN基板進(jìn)行熒光顯微鏡觀察的圖。據(jù)此得知晶體缺陷集合區(qū)H甚至在基板內(nèi)部也間斷著，在晶體缺陷集合區(qū)H附近存在高密度缺陷區(qū)Z’。在該Z’處，靠凹凸面構(gòu)成的斜面而集結(jié)于晶體缺陷集合區(qū)的變位又跑了出來，有高密度變位。
再重申一下本發(fā)明基本原理，本發(fā)明是以一邊維持由具有寬度的直線狀伸展的凹凸面構(gòu)成的谷(V溝)一邊長(zhǎng)晶為前提的(圖7)。在凹凸面構(gòu)成的谷的底部形成直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H。鄰接于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H讓低缺陷單晶區(qū)Z生長(zhǎng)，將其周圍的變位拉入晶體缺陷集合區(qū)H的交界部K或交界部K與內(nèi)部S內(nèi)。在交界部K或交界部K與內(nèi)部S將變位消滅或積蓄起來。
本發(fā)明單晶氮化鎵基板的生長(zhǎng)方法特征在于GaN長(zhǎng)晶時(shí)把缺陷集合區(qū)H的交界K、內(nèi)部S當(dāng)作消滅或積蓄變位之所，據(jù)此來減少變位。
或者是，本發(fā)明單晶氮化鎵基板的生長(zhǎng)方法特征在于GaN長(zhǎng)晶時(shí)，鄰接于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H讓低缺陷單晶區(qū)Z生長(zhǎng)，把晶體缺陷集合區(qū)H的交界K或交界K與內(nèi)部S當(dāng)作周圍變位的消滅或積蓄之所。
進(jìn)一步，本發(fā)明單晶氮化鎵基板的生長(zhǎng)方法特征在于鄰接于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H形成凹凸面斜面進(jìn)行生長(zhǎng)，并對(duì)凹凸面加以維持，據(jù)此，把晶體缺陷集合區(qū)H的交界K或其內(nèi)部S當(dāng)作變位的消滅或積蓄之所，以減少變位。
為了明確同晶體缺陷集合區(qū)H的關(guān)系，本發(fā)明單晶氮化鎵基板的生長(zhǎng)方法特征在于在鄰接于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H形成凹凸面斜面進(jìn)行生長(zhǎng)之際，以晶體缺陷集合區(qū)H為谷，在其兩側(cè)對(duì)凹凸面加以維持，據(jù)此，變位通過凹凸面向晶體缺陷集合區(qū)H集合，把晶體缺陷集合區(qū)H的交界K或其內(nèi)部S當(dāng)作變位的消滅或積蓄之所，以減少變位。
實(shí)際上，在生長(zhǎng)時(shí)可以有許多晶體缺陷集合區(qū)H，于是，本發(fā)明單晶氮化鎵基板的生長(zhǎng)方法特征還在于生長(zhǎng)時(shí)，鄰接于相互平行而有間隔的多個(gè)直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H，形成沿長(zhǎng)度方向伸展的帶狀凹凸面斜面并加以維持，據(jù)此減少變位。
為了進(jìn)一步明確晶體缺陷集合區(qū)H和凹凸面之間關(guān)系，本發(fā)明單晶氮化鎵基板的生長(zhǎng)方法特征在于生長(zhǎng)時(shí)，鄰接于相互平行而有間隔的多個(gè)直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H，形成沿長(zhǎng)度方向伸展的帶狀凹凸面斜面并加以維持，此時(shí)，以晶體缺陷集合區(qū)H為谷，在其兩側(cè)形成凹凸面，據(jù)此來減少變位。
具體來說，生長(zhǎng)時(shí)以晶體缺陷集合區(qū)H為谷、在其兩側(cè)形成凹凸面可以在本發(fā)明單晶氮化鎵基板的生長(zhǎng)方法的如是特征上生長(zhǎng)時(shí)，鄰接于相互平行而有間隔的多個(gè)直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H，形成沿長(zhǎng)度方向伸展的帶狀凹凸面斜面并加以維持，此時(shí)，凹凸面形成的形狀是沿長(zhǎng)度方向伸展的左右對(duì)稱的三棱柱形。
此時(shí)，最好是在三棱柱晶體頂上具有水平面的左右對(duì)稱的三棱柱形。
此時(shí)，凹凸面指數(shù)如下當(dāng)平均晶體生長(zhǎng)方向?yàn)閏軸方向、直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的方向?yàn)?amp;lt;1-100>時(shí)，凹凸面為{kk-2kn}(k、n為整數(shù))。
其中，往往頻度高的凹凸面為{11-22}。另外，直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的方向既可為<1-100>，也可以是<11-20>。因此，這樣也成立平均晶體生長(zhǎng)方向?yàn)閏軸方向、直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的方向?yàn)?amp;lt;11-20>、凹凸面為{kk-k0n}(k、n為整數(shù))。
這時(shí)候，具有代表性的凹凸面為{1-101}。
三棱柱晶體頂上具有水平面的左右對(duì)稱的三棱柱形的場(chǎng)合，當(dāng)平均晶體生長(zhǎng)方向?yàn)閏軸方向、直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的方向?yàn)?amp;lt;1-100>或<11-20>、凹凸面為{11-22}、{1-101}、{kk-2kn}、{k-k0n}中某一面時(shí)，上述頂上的水平面是(0001)面。另外有時(shí)，該水平面不是具有寬度的直線狀，而是寬度變動(dòng)、呈歪歪扭扭的形狀。
在這些生長(zhǎng)中，因厚長(zhǎng)晶及生長(zhǎng)條件等，本來是直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H，有時(shí)不完全呈直線，具有寬度但卻時(shí)有間斷。即使這樣，靠晶體缺陷集合區(qū)H兩側(cè)的凹凸面，變位也被集結(jié)于晶體缺陷集合區(qū)H附近。但是，由于晶體缺陷集合區(qū)H不呈直線、具有寬度但卻時(shí)有間斷，所以在間斷處會(huì)有變位自晶體缺陷集合區(qū)H跑出。即使在這種晶體缺陷集合區(qū)H不呈直線、具有寬度但卻時(shí)有間斷的場(chǎng)合，也具有封閉變位效果。所以本發(fā)明也包括這種場(chǎng)合。
以上描述的是低變位單晶部的凹凸面。下面敘述下缺陷集合區(qū)。缺陷集合區(qū)有種種變形。有時(shí)直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是多晶。
敘述一下多晶以外的情況。有時(shí)，直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H具有比較其兩側(cè)的單晶區(qū)部的凹凸面斜面角度淺的凹凸面而生長(zhǎng)。
而且這時(shí)，往往直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是在這種情況下生長(zhǎng)的其交界同其兩側(cè)的單晶區(qū)部的凹凸面和角度淺的凹凸面的交界一致。
又，作為缺陷集合區(qū)的特征，往往直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是在其交界具有面狀缺陷而生長(zhǎng)的。
又，有時(shí)，直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是在其交界兩側(cè)晶軸稍傾斜情況下而生長(zhǎng)的。
這種場(chǎng)合也常有雖然晶體缺陷集合區(qū)H同具有角度淺的凹凸面而生長(zhǎng)的區(qū)域一致，但是直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是在其兩側(cè)交界內(nèi)側(cè)具有來自角度淺凹凸面兩側(cè)的整合部的情況下生長(zhǎng)的。
進(jìn)而，在其下，往往在所述整合部之下具有面狀缺陷而生長(zhǎng)。
進(jìn)一步，還具有最不可思議但卻非常重要的現(xiàn)象，那就是反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。GaN之于 軸具有極性。即，在(0001)面和(000-1)面物性不同。該反轉(zhuǎn)在缺陷集合區(qū)多有發(fā)生這一點(diǎn)很是意味深長(zhǎng)。即，直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是在同鄰接凹凸面c軸反轉(zhuǎn)情況下生長(zhǎng)的。
即，晶體缺陷集合區(qū)H是以
為主軸而生長(zhǎng)的，而鄰接凹凸面是以 為主軸而生長(zhǎng)的。
這種場(chǎng)合，直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的方向是<1-100>時(shí)，角度淺的凹凸面作為[11-2-5]或{11-2-6}而生長(zhǎng)。
沒出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象時(shí)，直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的方向是<1-100>，角度淺的凹凸面作為[11-25]或{11-26}而生長(zhǎng)。
下面描述晶體組織。據(jù)認(rèn)為，直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的寬度在1μm-200μm才產(chǎn)生效果。
從原理上講小到1μm是可行的，上限為200μm。過大的話，會(huì)出現(xiàn)各種各樣晶體狀散亂，故據(jù)實(shí)驗(yàn)將限設(shè)為200μm。低缺陷單晶區(qū)Z的寬度設(shè)為10μm-2000μm。
估計(jì)下限10μm左右是可行的，至于上限，從實(shí)驗(yàn)上看，過大的話，會(huì)出現(xiàn)凹凸面散亂、晶體缺陷等，故設(shè)定如上。
為了可以當(dāng)作實(shí)際基板應(yīng)用，在生長(zhǎng)時(shí)，要將直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H有規(guī)律等間隔地排列，在其間具有低缺陷單晶區(qū)Z。這時(shí)候，直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H等間隔地排列，間距為20μm-2000μm。其理由同上述的低缺陷單晶區(qū)Z寬度限制理由一樣。
下面，描述怎樣制成晶體缺陷集合區(qū)H。其基本工序是在襯底基板上形成直線狀有寬掩模，在掩模上生長(zhǎng)晶體缺陷集合區(qū)H，在其他地方生長(zhǎng)低缺陷單晶區(qū)Z。
實(shí)際上是這樣實(shí)現(xiàn)的在襯底基板上相互平行且等間隔地形成多條直線狀有寬掩模，從其上生長(zhǎng)氮化鎵。
下面描述在掩模上產(chǎn)生的現(xiàn)象。往往是，在襯底基板上，在沒有掩模的地方生長(zhǎng)出具有鄰接掩模在長(zhǎng)度方向伸展的凹凸面的單晶區(qū)，在掩模上生長(zhǎng)出具有比所述凹凸面淺的的角度的凹凸面。
這種場(chǎng)合，掩模的材質(zhì)是SiO2或Si3N4。
或者，掩模是Pt(鉑)或W(鎢)。
另外，掩模也可以是多晶AlN或多晶GaN。
或者，掩模也可以是表面有多晶GaN析出的SiO2。上述列舉的掩模都對(duì)晶體缺陷集合區(qū)H的制作有效。
下面舉例說明下實(shí)際制造工序。
在襯底基板上形成GaN層構(gòu)成的取向生長(zhǎng)層后，形成掩模層，部分地蝕刻該掩模層，以圖案化(刻模)成給定形狀，將之配置于形成缺陷集合區(qū)部的地方，然后，從其上生長(zhǎng)GaN。
在襯底基板上直接形成掩模層，部分地蝕刻該掩模層，以圖案化(刻模)成給定形狀，將之配置于形成缺陷集合區(qū)H的地方，然后，從其上生長(zhǎng)GaN。這時(shí)，可以有兩種情況先低溫生成緩沖層后再高溫取向生長(zhǎng)、和直接高溫取向生長(zhǎng)。
又，在制作掩模的場(chǎng)合，在將掩模層圖案化成給定形狀以當(dāng)作設(shè)置于襯底基板的用于生成缺陷集合區(qū)部的掩模的時(shí)候，也可以同時(shí)形成用于進(jìn)行ELO的圖案，進(jìn)行長(zhǎng)晶。該工序?qū)τ谏鲜鰞晒ば蚨歼m用。
對(duì)于所制作的掩?？梢宰魅缦孪拗朴糜谛纬芍本€狀晶體缺陷集合區(qū)H的掩模的寬度s為10μm-250μm。
用于形成直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的掩模等間隔地排列，間距為20μm-2000μm。
如此長(zhǎng)晶的GaN晶體可以如下工序在基板上制造。即對(duì)晶體進(jìn)行機(jī)械加工，然后進(jìn)行研磨，得到具有平坦表面的基板。該晶體是這樣形成的長(zhǎng)晶時(shí)，具有直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H而生長(zhǎng)，將單晶部Z、Y與缺陷集合區(qū)H的交界K及內(nèi)部S當(dāng)作單晶部的變位的消滅或積蓄之所而生長(zhǎng)，據(jù)此減少單晶部Z、Y的變位。
或者，對(duì)晶體進(jìn)行機(jī)械加工，然后進(jìn)行研磨，得到具有平坦表面的基板。該晶體是這樣形成的長(zhǎng)晶時(shí)的生長(zhǎng)表面上，形成凹凸面構(gòu)成的谷，在谷底具有直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H而生長(zhǎng)，據(jù)此減少單晶部Z、Y的變位。
所述機(jī)械加工至少包括薄片加工、磨削加工、拋光加工當(dāng)中的某一種。
至此描述過的襯底基板，可以采用GaN、藍(lán)寶石、尖晶石、SiC、GaAs等。
這樣制成的單晶氮化鎵基板就是如下所述基板在表面形成有直線狀伸展的有寬低缺陷單晶區(qū)Z，在其兩側(cè)通過交界線形成有直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H，晶體缺陷集合區(qū)H也在兩側(cè)形成有交界線。就是說在表面具有如是HZH構(gòu)造晶體缺陷集合區(qū)H兩側(cè)形成有交界線K、K，直線狀伸展的低缺陷單晶區(qū)Z兩側(cè)接合有缺陷集合區(qū)H。
或者，單晶氮化鎵基板具有如是構(gòu)造在表面形成有兩側(cè)帶直線狀伸展的交界線的有寬低缺陷單晶區(qū)Z，接著它，形成有兩側(cè)帶直線狀伸展的交界線的有寬晶體缺陷集合區(qū)H，這兩者相接而交錯(cuò)排列，有規(guī)律、等間隔地重復(fù)出現(xiàn)。這是一種在表面具有HZHZHZ...重復(fù)構(gòu)造的基板。
單晶氮化鎵基板的特征還在于存在于表面的低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H，分別與基板表面基本垂直，通過基板內(nèi)部。就是說，前述ZH構(gòu)造不僅僅存在于表面，還延長(zhǎng)到內(nèi)部，Z是具有有限寬度z的平面，H也是具有有限寬度h的平面，晶界K也是平面。
又，單晶氮化鎵基板的特征還在于存在于表面的低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H，分別與基板表面基本垂直，通過基板內(nèi)部，在基板內(nèi)部也是相接而交錯(cuò)排列，有規(guī)律、等間隔地重復(fù)出現(xiàn)。這是一種無論在表面還是內(nèi)部都具有HZHZHZ...重復(fù)構(gòu)造的基板。
單晶氮化鎵基板特征還在于在存在于表面的直線狀伸展的有寬低缺陷單晶區(qū)Z的大致中央，存在有大致直線狀伸展的電阻率不同的區(qū)域。就是說，是具有電阻率高的C面生長(zhǎng)區(qū)Y處于低缺陷單晶區(qū)Z中間、呈HZYZH構(gòu)造的基板。尤其是，當(dāng)缺陷集合區(qū)的GaN晶體的c軸極性反轉(zhuǎn)時(shí)，凹凸面形狀不好控制，那么這一構(gòu)造有助于在極性反轉(zhuǎn)時(shí)使長(zhǎng)晶體速度變緩慢。
又，單晶氮化鎵基板特征還在于在重復(fù)地存在于表面的直線狀伸展的有寬低缺陷單晶區(qū)Z的大致中央，存在有大致直線狀伸展的電阻率不同的區(qū)域。就是說，在表面上具有HZYZHZYZHZYZH...重復(fù)周期構(gòu)造。
在長(zhǎng)晶時(shí)于表面形成有C面的鏡面部而生長(zhǎng)的場(chǎng)合，同形成有其他區(qū)域的{11-22}面而生長(zhǎng)的區(qū)域相比，電阻率呈增大趨勢(shì)。這是由于因晶面指數(shù)不同雜質(zhì)取用效率不同的緣故。這也是單晶低變位部分有低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y兩種、CC面生長(zhǎng)區(qū)Y的電阻率高的原因所在?？梢缘玫桨纪股L(zhǎng)比C面生長(zhǎng)的導(dǎo)電性高的基板。進(jìn)行生長(zhǎng)一看，總是在C面形成上取向一樣但生長(zhǎng)方向不同，故出現(xiàn)那種電阻率差異。
單晶氮化鎵基板特征還在于在存在于表面的直線狀伸展的有寬低缺陷單晶區(qū)Z的大致中央，存在有大致直線狀伸展的電阻率不同的區(qū)域，該區(qū)域大致垂直于基板表面、伴隨于低缺陷單晶區(qū)Z、通過基板內(nèi)部。
單晶氮化鎵基板特征還在于在重復(fù)地存在于表面的直線狀伸展的有寬低缺陷單晶區(qū)Z的大致中央，存在有大致直線狀伸展的電阻率不同的區(qū)域，該區(qū)域大致垂直于基板表面、伴隨于低缺陷單晶區(qū)Z、通過基板內(nèi)部。
單晶氮化鎵基板特征還在于存在于基板表面的低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H從基板表面貫通到背面。
單晶氮化鎵基板特征還在于于基板表面存在有低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H及C面生長(zhǎng)區(qū)Y的場(chǎng)合，即便只晶體缺陷集合區(qū)H不呈有寬直線狀、具有寬度但卻時(shí)有間斷，也仍然可以在低缺陷單晶區(qū)Z得到變位十分低的區(qū)域。為此，本發(fā)明也包括這種場(chǎng)合。
下面描述缺陷集合區(qū)。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由多晶構(gòu)成，在同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z的交界處具有晶面粒界。
但是很顯然，晶體缺陷集合區(qū)H以單晶狀態(tài)居多。則單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由單晶構(gòu)成，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間在交界處具有面狀缺陷。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由單晶構(gòu)成，在區(qū)域內(nèi)部具有貫通變位群。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由單晶構(gòu)成，在區(qū)域內(nèi)部具有貫通變位群和面狀缺陷。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由單晶構(gòu)成，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間晶軸稍傾斜。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由單晶構(gòu)成，，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間，在交界處具有面狀缺陷、在區(qū)域內(nèi)部具有貫通變位群和面狀缺陷。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由單晶構(gòu)成，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間，在交界處具有面狀缺陷、在區(qū)域內(nèi)部具有沿長(zhǎng)度方向伸展的一層面狀缺陷。
單晶氮化鎵基板特征還在于基板表面是以(0001)面為主面。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，并且，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間，在交界處具有面狀缺陷。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，并且，在晶體缺陷集合區(qū)H內(nèi)部S具有貫通變位群。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，并且，在晶體缺陷集合區(qū)H內(nèi)部S具有貫通變位群和面狀缺陷。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，并且，晶體缺陷集合區(qū)H同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間晶軸方向稍傾斜。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間，在交界處具有面狀缺陷，在晶體缺陷集合區(qū)H內(nèi)部具有貫通變位群和面狀缺陷。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間，在交界處具有面狀缺陷，在晶體缺陷集合區(qū)H內(nèi)部具有沿長(zhǎng)度方向伸展的一個(gè)面狀缺陷面。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，低缺陷單晶部處基板表面的主面是(0001)面，而晶體缺陷集合區(qū)H處基板表面的主面是(000-1)面。
單晶氮化鎵基板特征還在于基板表面的低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H的長(zhǎng)度方向上的晶體取向是<1-100>。也可以是<11-20>。
單晶氮化鎵基板特征還在于在基板內(nèi)部，作為面而存在的低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H的分布面平行于<1-100>及<0001>方向。
單晶氮化鎵基板特征還在于在基板內(nèi)部，作為面而存在的低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H的分布面平行于<11-20>及<0001>方向。
單晶氮化鎵基板特征還在于低缺陷單晶區(qū)的寬度為10μm-2000μm。當(dāng)C面生長(zhǎng)區(qū)Y不存在時(shí)，該寬度單指低缺陷單晶區(qū)Z的寬度z，但是當(dāng)C面生長(zhǎng)區(qū)Y存在時(shí)，該寬度就是指2z+y。
單晶氮化鎵基板特征還在于低缺陷單晶區(qū)的寬度為100μm-800m。。當(dāng)C面生長(zhǎng)區(qū)Y不存在時(shí)，該寬度單指低缺陷單晶區(qū)Z的寬度z，但是當(dāng)C面生長(zhǎng)區(qū)Y存在時(shí)，該寬度就是指2z+y。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H的寬度為1μm-200μm。
單晶氮化鎵基板特征還在于晶體缺陷集合區(qū)H的寬度為10μm-80μm。
單晶氮化鎵基板特征還在于低缺陷單晶區(qū)Z的平均貫通變位密度為5×106cm-2以下。
往往，在低缺陷單晶區(qū)Z的晶體缺陷集合區(qū)H附近30μm的區(qū)域，貫通變位密度稍高，在5×107cm-2以下。
單晶氮化鎵基板特征還在于低缺陷單晶區(qū)Z的貫通變位密度在同晶體缺陷集合區(qū)H交界附近最高，隨著離開交界而趨向減少。
單晶氮化鎵基板特征還在于在基板表面有高度差，晶體缺陷集合區(qū)H稍有凹陷。
單晶氮化鎵基板特征還在于高度差部的凹陷的深度在1μm以下。
當(dāng)將單晶氮化鎵基板表里反用即以背面為表時(shí)，單晶氮化鎵基板具有這樣的特征晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，低缺陷單晶部處基板表面的主面是(000-1)面，而晶體缺陷集合區(qū)H處基板表面的主面是(0001)面。
單晶氮化鎵基板特征還在于在基板表面有高度差，低缺陷單晶區(qū)Z稍有凹陷。
單晶氮化鎵基板特征還在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H有規(guī)律以等間隔p排列，在其間具有低缺陷單晶區(qū)。。該低缺陷單晶區(qū)是由低缺陷單晶的低缺陷單晶區(qū)Z或低缺陷單晶區(qū)Z與低缺陷單晶的高電阻率C面生長(zhǎng)區(qū)Y的三重層ZYZ構(gòu)成。
單晶氮化鎵基板特征還在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H等間隔排列，間距為20μm-2000μm。
單晶氮化鎵基板最好具有這樣的特征直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H等間隔排列，間距為100μm-1200μm。
可以利用上述單晶氮化鎵基板制作半導(dǎo)體激光裝置。
業(yè)已說明過，通常出現(xiàn)于坑周圍的凹凸是{11-22}、{1-101}。若設(shè)a代表a軸長(zhǎng)度、c代表c軸長(zhǎng)度，則{1-101}面相對(duì)C面的傾角為tan-1(31/2a/2c)，{11-22}面相對(duì)C面的傾角為tan-1(a/c)。
由于a＝0.31892nm，c＝0.51850nm，所以{1-22}面相對(duì)C面的傾角Θa為tan-1(31/2a/2c)＝28.043o。
所以{1-101}面相對(duì)C面的傾角Θm為tan-1(a/c)＝31.594o。
如圖9所示，設(shè)在<1-100>方向伸展的條紋掩模的場(chǎng)合，構(gòu)成V溝的凹凸面是(11-22)和(-1-122)面。相對(duì)C面的傾角Θa為28o。
設(shè)V溝深為V，晶體缺陷集合區(qū)H的寬度為h，則凹凸面(11-22)、(-1-122)的擴(kuò)展是VcosecΘa，凹凸面對(duì)C面的投影為z＝VcotΘa。
設(shè)晶體缺陷集合區(qū)H、C面生長(zhǎng)區(qū)Y的間距為p，則其等于晶體缺陷集合區(qū)H寬h和凹凸面的對(duì)C面投機(jī)影寬的1/2及C面生長(zhǎng)區(qū)Y寬y之和。
P＝h+y+2z＝h+y+2 VcotΘa晶體缺陷集合區(qū)H寬h基本上由條紋掩模寬s決定，而條紋掩模的間距p是在設(shè)計(jì)之初確定的。也就是說，晶體缺陷集合區(qū)H寬h為1μm-200μm，間距p為20μm-2000μm，y+2z為10μm-2000μm。
由于給出了條紋掩模寬s和間距p，所以晶體缺陷集合區(qū)H的寬h大體也就確定了，HZYZHZYZ...周期的間距由于等于掩模間距p，業(yè)已確定。
V溝的深度V淺時(shí)，C面生長(zhǎng)區(qū)域Y寬度y為有限值。而當(dāng)V溝的深度V變深時(shí)，C面生長(zhǎng)區(qū)域Y消失(y＝0)。設(shè)C面生長(zhǎng)區(qū)域Y消失時(shí)的臨界V溝的深度為Vc。則有如下公式成立<1-100>方向的V溝的場(chǎng)合Vc＝(p-h)tanΘa/2＝0.307(p-h)<11-20>方向的V溝的場(chǎng)合Vc＝(p-h)tanΘm/2＝0.266(p-h)
即，V溝的深度V若確定，平坦部(C面生長(zhǎng)區(qū)域Y)的寬度y就確定。
那么，若在V溝的深度V＞Vc的情況下進(jìn)行凹凸生長(zhǎng)，就應(yīng)該形成C面生長(zhǎng)區(qū)Y面積為0、沒有平坦部的峰谷構(gòu)造。但是，在后述的實(shí)施例中，所有C面生長(zhǎng)區(qū)域Y寬度y都為有限值(y＞0)、V＜Vc。
在后述的實(shí)施例1的樣品A，s＝50μm、h＝40μm、p＝400μm、y＝30μm、厚度T＝1250μm。在這樣的值下，V溝的深度V＝100μm、臨界深度Vc＝110μm。低缺陷單晶區(qū)Z的寬度z＝165μm。
即便厚厚地長(zhǎng)晶、讓GaN晶體厚度T超過Vc，V溝也不會(huì)相應(yīng)地變深，要淺于臨界深度Vc。
又，本發(fā)明還提出了一種低成本制造氮化鎵晶體的方法。是厚厚地長(zhǎng)晶、制成坯料(ingot)后切薄片的方法。即，根據(jù)以上描述過的方法，在長(zhǎng)晶表面形成沿長(zhǎng)度方向伸展的帶狀斜面構(gòu)成的凹凸面，在兩側(cè)具有該凹凸面的谷之間底部形成晶體缺陷集合區(qū)H，維持這些形狀而生長(zhǎng)，將晶體缺陷集合區(qū)H周圍的低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y的變位吸入，以減少變位。讓這樣晶體厚厚地長(zhǎng)晶，當(dāng)作坯料，然后通過對(duì)該晶體進(jìn)行薄片加工可得到多張氮化鎵晶體基板。
又，在制作坯料時(shí)，可以把本發(fā)明氮化鎵晶體基板當(dāng)作晶種使用。已經(jīng)得知在把本發(fā)明氮化鎵晶體基板當(dāng)作晶種進(jìn)行長(zhǎng)晶的場(chǎng)合，在晶種的晶體缺陷集合區(qū)H上接著生成了缺陷集合區(qū)H，在低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y之上又新生成了低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y。只不過令人感興趣地發(fā)現(xiàn)在C面生長(zhǎng)區(qū)Y位置未必和晶種及其上長(zhǎng)晶的部分一致。據(jù)認(rèn)為，這是由于低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y晶體構(gòu)造完全一樣的緣故。只是晶體中的雜質(zhì)濃度不同。象這樣，把本發(fā)明氮化鎵晶體基板當(dāng)作晶種，在其上厚厚地長(zhǎng)晶、制成坯料，然后通過對(duì)該晶體進(jìn)行薄片加工可得到多張氮化鎵晶體。
這一內(nèi)容若從實(shí)際晶體凹凸面觀察角度來描述的話則如下所述。把本發(fā)明氮化鎵晶體基板當(dāng)作晶種，在其上讓氮化鎵長(zhǎng)晶，在晶種的晶體缺陷集合區(qū)H上形成角度淺的凹凸面構(gòu)成的坑的底，在該底上形成晶體缺陷集合區(qū)H，還在低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y之上又生成凹凸面構(gòu)成的斜面或水平凹凸面，讓低缺陷單晶區(qū)Z或C面生長(zhǎng)區(qū)Y生長(zhǎng)，由此制成坯料，然后通過對(duì)該晶體進(jìn)行薄片加工可得到多張氮化鎵晶體。
關(guān)于實(shí)施例實(shí)施例1(藍(lán)寶石基板，圖10)敘述一下本發(fā)明的GaN基板制造方法(實(shí)施例1)。制造步驟如圖10所示。采用藍(lán)寶石C面基板41作襯底基板。圖10(1)給出了藍(lán)寶石基板41。藍(lán)寶石是三方晶系，GaN也屬同一晶系。已經(jīng)實(shí)用化的LED、LD專門使用藍(lán)寶石C面基板。
首先，預(yù)先利用MOCVD法(有機(jī)金屬CVD法)在藍(lán)寶石基板41上設(shè)厚約2μm的GaN取向生長(zhǎng)層42。圖(2)示出該狀態(tài)的截面圖。據(jù)此，GaN取向生長(zhǎng)層42表面變成GaN的C面。
在GaN取向生長(zhǎng)層42上面均勻地形成厚約100nm的SiO2膜。利用光刻形成條紋狀的掩模圖案43，其狀態(tài)如圖11(3)所示。SiO2覆蓋部分43呈等寬帶狀，等間隔地排列。GaN露出的露出部分48也是呈帶狀、等間隔地排列。形成了5種條紋圖案A、B、C、D、E，其相互之間寬度、間距及發(fā)方向等不同。圖案A-D的條紋長(zhǎng)度方向?yàn)镚aN取向生長(zhǎng)層42的<1-100>方向，即平行于{11-20}面(A面)。圖案E的條紋長(zhǎng)度方向?yàn)?amp;lt;11-20>方向，即平行于{1-100}面(M面)。設(shè)條紋(覆蓋部43)寬為s、沒有掩模的GaN取向生長(zhǎng)層的露出部寬為t、圖案間距為p，則有p＝s+t。
圖案A——條紋寬s＝50μm，間距p＝400μm，t＝350μm圖案B——條紋寬s＝200μm，間距p＝400μm，t＝200μm圖案C——條紋寬s＝2μm，間距p＝20μm，t＝18μm圖案D——條紋寬s＝300μm，間距p＝2000μm，t＝1700μm圖案E——條紋寬s＝50μm，間距p＝400μm，t＝350μm將分別具有條紋圖案A、B、C、D、E的坯料稱作樣品A、B、C、D。
(1)樣品A、樣品B的生長(zhǎng)在具有條紋圖案A的樣品A和具有條紋圖案B的樣品B上，進(jìn)行GaN長(zhǎng)晶。采用HVPE裝置?？v向長(zhǎng)的反應(yīng)爐，在內(nèi)部上方設(shè)有收容Ga金屬的隔板，在下方設(shè)有可將基板朝上而承載的基座。藍(lán)寶石C面基板43就設(shè)置在基座上。在此，樣品A和樣品B放在基座上，在相同條件下進(jìn)行Ga長(zhǎng)晶。
從反應(yīng)爐上方給Ga板提供氫氣和HCl氣，向承載在基座上的基板附近提供氨氣(NH3)和氫氣。氫氣是載體氣體。
在本實(shí)施例1中，反應(yīng)爐以常壓加熱Ga板到800℃以上，加熱藍(lán)寶石基板到1050℃。Ga和HCl反應(yīng)合成為GaCl。GaCl下到基板附近和氨反應(yīng)，其生成物GaN在GaN取向生長(zhǎng)層露出部48和掩模43上堆積。
取向生長(zhǎng)層的生長(zhǎng)條件如下生長(zhǎng)溫度 1050℃NH3分壓 0.3atm(30kPa)HCl分壓0.02atm(30kPa)生長(zhǎng)時(shí)間 10小時(shí)生長(zhǎng)結(jié)果，在圖案A、圖案B上得到具有約1250μm厚的GaN取向生長(zhǎng)層的樣品A、樣品B。圖10(4)給出了其狀態(tài)。
首先用顯微鏡對(duì)樣品A進(jìn)行了觀察。樣品A的表面由平行的V溝44集合構(gòu)成。V溝44由凹凸面46、46構(gòu)成。即，其表面形狀如同將多個(gè)正三棱柱放倒排列的形狀。有時(shí)，在V溝44之間也存在平坦部47。平坦部47平行于C面。有時(shí)，也把平坦部47和其正下方的部分稱作C面生長(zhǎng)區(qū)。
V溝44的底49同開始設(shè)的條紋掩模43在上下方向上總是吻合的。即，V溝底49形成于掩模43之上。故可以用掩模位置來正確地指定V溝底部。露出部48之上生長(zhǎng)V溝44的凹凸面46和平坦部47。
樣品A表面上出現(xiàn)的V溝44的間距為400μm，這和當(dāng)初條紋掩模43的間距p一樣。即，出現(xiàn)400μm間距的峰谷交錯(cuò)延續(xù)的凹凸面的集合，其中在掩模位置處出現(xiàn)谷。多數(shù)形成三棱柱(V溝)的凹凸面具有{11-22}面。由于是在<1-100>方向(平行于{11-20}面)形成的條紋，故可知凹凸面面平行于條紋方向。
在鄰接三棱柱狀凹凸面46、46之間可看到平坦部47。它是平行于C面(0001)的鏡面，寬約30μm。在構(gòu)成V溝44的凹凸面46、46之間的V溝底49存在有上述比凹凸面角度淺的另一凹凸面。
按基板單位將樣品A以劈開面{1-100}劈開后，對(duì)其斷面進(jìn)行了觀察。觀察手段包括掃描型電子顯微鏡(SEM)和陰極發(fā)光(CL)、熒光顯微鏡。
觀察結(jié)果顯示有一個(gè)部分45(以后命名為缺陷集合區(qū)H)可以同其他部分區(qū)別開，它處于V溝44的底49、具有某一寬度、沿c軸方向(生長(zhǎng)方向)伸展。該可以區(qū)別開的在生長(zhǎng)方向(c軸方向)伸展的部分(缺陷集合區(qū)H)45，寬度大約為40μm，據(jù)CL觀察，同其他區(qū)域比較有反差(暗)。該部分明顯可以同其他區(qū)域區(qū)分開。進(jìn)一步，通過以各種方式劈開后得知該可以區(qū)別開的在c軸方向伸展的部分是以三維的具有厚度的面狀區(qū)域存在晶體中的。
進(jìn)一步，對(duì)樣品A利用CL、TEM進(jìn)行了詳細(xì)分析。得知該部分(缺陷集合區(qū)H)的變位情況和其他部分顯著不同。即，在被暗線形交界線50包圍的部分48存在大量變位，變位密度高達(dá)108-109cm-2。進(jìn)一步(通過CL)發(fā)現(xiàn)暗線形交界線50(以后得知是晶粒界面K)是變位集合體。有些地方，交界線50是作為變位排列成的面狀缺陷而存在的。即，交界線50兩側(cè)部分的晶體取向大致一樣。
在(CL看到的)暗交界線50(晶粒界面K)外側(cè)區(qū)域，變位密度極低。即，變位密度以交界線為界顯示出明顯的非對(duì)稱性。交界線外側(cè)是低變位密度，極為接近交界線處存在變位密度居中即為106-107cm-2的部分。隨著離開交界線50，變位密度急劇降低。當(dāng)離開交接線50約有100μm(在低缺陷單晶區(qū)Z)時(shí)，變位密度竟低到104-105cm-2。在有些地方，即便距交界線很近，也有變位密度在104-105cm-2的部分?？梢?，在交界線50外部(在低缺陷單晶區(qū)Z)，隨著離開V溝44的底49，變位密度趨向降低。
凹凸面的峰的部分構(gòu)成平坦面47，其平行于C面。在其正下方的部分也是低變位。把該部分稱作C面生長(zhǎng)區(qū)Y。該處變位低、電阻率高。而低缺陷單晶區(qū)Z，由于其電阻率低，在這一點(diǎn)上與C面生長(zhǎng)區(qū)Y不同。這些個(gè)區(qū)域都是面狀區(qū)域，沿條紋方向和晶體厚度方向伸展。所以在與條紋正交的方向上交錯(cuò)地排列著。用面記號(hào)可以表述如下...YZHZYZHZYZHZYZHZYZH...
雖然低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y的變位少，但是變位幾乎都在C面上平行地伸展，是平行于C面且朝中心的缺陷集合區(qū)H方向伸展。低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y的變位密度在生長(zhǎng)初期相當(dāng)高，但隨著生長(zhǎng)逐漸降低。進(jìn)一步還得知在交界線外部(低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y)是單晶。
即，上述事實(shí)說明交界線50外側(cè)的缺陷在長(zhǎng)晶同時(shí)通過凹凸面生長(zhǎng)被收攏到V溝底49(缺陷集合區(qū)H)而被積蓄于交界線50及其內(nèi)部(缺陷集合區(qū)H)，因此交界線50外部(低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y)變位密度低、交界線及其內(nèi)部(缺陷集合區(qū)H)變位密度高。
由于稱作交界線的外部比較麻煩，所以取其性質(zhì)之意想把它叫作單晶低變位區(qū)。說到交界線外部也有兩個(gè)可區(qū)別開的區(qū)域，即，V溝44的傾斜壁(凹凸面)46通過的部分Z和V溝(股)間隙處的平坦部47通過的部分Y。凹凸面46正下方部分Z由于伴隨于凹凸生長(zhǎng)，變位變低、為單晶，故把這里稱作“低缺陷單晶區(qū)”。
平坦部47(平行于C面的鏡面部分)的正下方部分Y變位最低、是漂亮的晶質(zhì)區(qū)。在此雖然沒有凹凸面通過，卻因受凹凸面影響而變成低變位。因條紋掩模寬及間隔等原因會(huì)留有沒有被V溝覆蓋的部分。但是該剩余部分是接著(C面的鏡面)平坦部47生長(zhǎng)的部分，所以仍然是低變位的單晶。但是由于是C面生長(zhǎng)，所以電阻大。由于這里是C面生長(zhǎng)，故稱C面生長(zhǎng)區(qū)Y。
應(yīng)該注意的是無論低缺陷單晶區(qū)Z還是缺陷集合區(qū)H，C面都是最終的表面，故在此處同C面生長(zhǎng)區(qū)Y具有同一晶體取向。但是，低缺陷單晶區(qū)Z和缺陷集合區(qū)H的生長(zhǎng)面卻不是C面而是凹凸面，所以在電阻方面出現(xiàn)顯著差異。低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y在晶體是低變位單晶這一點(diǎn)上一致。
進(jìn)一步，再詳細(xì)討論一下缺陷集合區(qū)H與V溝44內(nèi)凹凸面46之關(guān)系。形成三棱柱(著眼于V溝的峰來考慮)的凹凸面以{11-22}面為主，如上所述，在谷(V溝)底49存在一個(gè)相對(duì)這些凹凸面46角度略淺的凹凸面。所謂角度淺是指第4個(gè)指數(shù)n比2大。缺陷集合區(qū)H從淺凹凸面朝下部沿c軸方向伸展。
關(guān)于樣品A、B得知，淺凹凸面49形成了缺陷集合區(qū)H。即，缺陷集合區(qū)H被交界50、50和淺凹凸面49所包圍，隨著凹凸面49上升而沿c軸方向生長(zhǎng)。
還有，角度淺的凹凸面是從V溝(谷)44的底49兩側(cè)形成的。角度淺的凹凸面在V溝中央(相當(dāng)于谷底)合并，形成在該部分具有角度的底。業(yè)已得知該具有角度的底49的部分變位密度最高。
由上述事實(shí)可知變位因凹凸面{11-22}面而集中于V溝(谷)44，從而形成缺陷集合區(qū)H，進(jìn)一步又被谷底49高密度地收集。
本發(fā)明是通過一邊總保持凹凸46一邊長(zhǎng)晶來使缺陷集合區(qū)H伴隨于凹凸面46作成的谷44之底49而生長(zhǎng)，將周圍變位拉入，以在缺陷集合區(qū)H的內(nèi)部芯S及晶粒界面K消滅或積蓄變位。即，把缺陷集合區(qū)H當(dāng)作變位的消滅積蓄之所?？梢?，本發(fā)明就是靠這一巧妙的機(jī)制來減少缺陷集合區(qū)H周圍的低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y的變位的。
對(duì)樣品A也利用SEM、TEM、CL進(jìn)行了表面及劈開面觀察，得到類似樣品的結(jié)果。
最大差別在于，凹凸面谷間44的缺陷集合區(qū)H寬h加大。樣品A的缺陷集合區(qū)H寬hA為40μm，而樣品B的缺陷集合區(qū)H寬hB為卻達(dá)190μm左右。這同條紋掩模寬(sA＝50μm，sB＝200μm)是吻合的。由此得知在掩模正方形成了同掩模等寬的缺陷集合區(qū)H。
樣品A的缺陷集合區(qū)H是均勻的。而樣品B的缺陷集合區(qū)H雖呈直線狀，但內(nèi)部相當(dāng)不均勻。在樣品B的缺陷集合區(qū)H表面不僅可以看到角度淺的凹凸面還能看到許多多晶狀突起，呈散亂狀態(tài)。
進(jìn)一步，對(duì)樣品B的缺陷集合區(qū)H進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，得知缺陷集合區(qū)H相對(duì)于周圍的單晶區(qū)Z、Y略傾斜，還得知在缺陷集合區(qū)H內(nèi)部存在著一些晶體取向不同的部分區(qū)域。部分區(qū)域的晶體取向各有所傾斜。還得知樣品B的缺陷集合區(qū)H包括含有變位缺陷和面狀缺陷及略傾斜的晶粒。
(樣品A、樣品B的加工)對(duì)樣品A和樣品B的基板進(jìn)行了磨削。先通過磨削加工去掉了背面的藍(lán)寶石基板。其后，對(duì)表面進(jìn)行磨削加工，達(dá)到平板狀。隨后，進(jìn)行研磨加工，制成具有平坦表面的GaN基板。到此，得到直徑約為1英時(shí)的GaN基板。平坦的GaN基板樣品A、B的形狀如圖10(5)所示。
這一GaN基板是以(0001)面、C面為表面的基板，基板本身透明平坦，但是觀察一下基板表面的CL像就會(huì)觀察到以反差顯示出的長(zhǎng)晶遺痕。
以接近GaN光頻帶端的波長(zhǎng)360nm的光進(jìn)行CL觀察時(shí)，得知缺陷集合區(qū)H以400μm間距有規(guī)律地排列著。這同掩模43的間距一樣。
另外，雖然往往缺陷集合區(qū)H是以暗反差被看到的，但是因場(chǎng)所不同也有亮反差的時(shí)候，其未必一定。
所謂明暗是就CL像而言的，用肉眼觀察到處都一樣——透明平坦。即使用顯微鏡觀察也是透明平坦的。只有通過CL像才看出明暗差異。
接著直線狀伸展的缺陷集合區(qū)H兩側(cè)的凹凸44生長(zhǎng)的低變位單晶區(qū)Z是以帶狀明反差被看到的。在明反差的帶狀區(qū)域(低缺陷單晶區(qū)Z)中央觀察到了暗反差的筋狀部分，該筋狀的暗反差部分是維持C面而生長(zhǎng)的部分(C面生長(zhǎng)區(qū)Y)。
通常，在CL像上，在{11-22}面生長(zhǎng)的區(qū)域表現(xiàn)為明反差，而在(0001)面生長(zhǎng)的區(qū)域是作為暗反差被觀察到的。即，3種可區(qū)別的區(qū)域同CL像有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系缺陷集合區(qū)H——明(一部分暗)低缺陷單晶區(qū)Z——明C面生長(zhǎng)區(qū)Y——暗缺陷集合區(qū)H呈三維有厚的板狀，并在c軸方向(和條紋方向)伸展。缺陷集合區(qū)H是以貫通基板晶體表里并垂直于基板表面伸展的形態(tài)而存在的。
但是，不是說基板帶孔，基板是均勻的充實(shí)物，是靠CL才可以看到的晶體組織集合。
如圖10(5)所示，由于呈平坦的基板形狀，所以貫通變位密度等容易測(cè)定?？梢岳肅L像、蝕V溝(谷)、TEM等觀察。但用CL像觀察最容易。
CL像觀察時(shí)貫通變位表現(xiàn)為暗點(diǎn)。得知在樣品A和樣品B，許多貫通變位集中于缺陷集合區(qū)H內(nèi)部。還得知變位集結(jié)于缺陷集合區(qū)H的交界，呈線狀排列。
這相當(dāng)于三維的面狀缺陷。用CL也可以明顯地以暗反差區(qū)別出缺陷集合區(qū)H的晶粒界面K(50)。晶粒界面K是以面狀缺陷或變位集合部構(gòu)成的。
條紋掩模寬為50μm的樣品A的缺陷集合區(qū)H，其寬為40μm、呈條紋狀；而掩模寬為200μm的樣品B的缺陷集合區(qū)H，其寬為190μm左右、呈條紋狀。
無論樣品A還是樣品B，在其缺陷集合區(qū)H的外側(cè)(低變位單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y)變位都少，隨著離開缺陷集合區(qū)H，變位密度趨向降低。在有些地方，一離開缺陷集合區(qū)H變位密度就劇減。在低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y，平均變位密度在5×106cm-2以下。
在C面生長(zhǎng)區(qū)、低缺陷單晶區(qū)變位少，但多數(shù)變位是平行于C面朝缺陷集合區(qū)H而去。變位能被缺陷集合區(qū)H所吸收、一部分被消滅、余下的被積蓄，故其他區(qū)域(低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y)的變位變少。本發(fā)明基板就是由于具有這種缺陷集合區(qū)H而成為變位密度降低的基板。
通過加溫并使用KOH水溶液蝕刻樣品A和B的GaN基板。具有異向性——蝕刻在GaN面難進(jìn)行而在N面較容易。
結(jié)果，在缺陷集合區(qū)H存在容易被選擇性蝕刻的部分，其他的低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y難以蝕刻。在缺陷集合區(qū)H存在容易和不容易被選擇性蝕刻的部分。
就是說缺陷集合區(qū)H不僅有難蝕刻Ga面即(0001)面，還有容易蝕刻的N(氮)面即(000-1)面部分。低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y光是Ga面、難以蝕刻。
缺陷集合區(qū)H有一部分極性反轉(zhuǎn)、出現(xiàn)氮面(000-1)，所以出現(xiàn)容易被KOH蝕刻的部分?？梢姡谌毕菁蠀^(qū)H存在有部分極性反轉(zhuǎn)部位。
樣品A(掩模寬50μm)和樣品B(掩模寬200μm)的GaN基板，在基本性質(zhì)上是一致的，如上所述，其最大不同在于缺陷集合區(qū)H寬h(hA＝40μm、hB＝190μm)。這可以用條紋掩模(SiO2)寬h預(yù)先確定。
為了盡可能地有效利用基板，最好是讓變位多的缺陷集合區(qū)H小一些，而讓低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y大一些。缺陷集合區(qū)H寬h過大的話，容易在內(nèi)部含有異常缺陷，這是不希望的。
但是，缺陷集合區(qū)H作得過小(縮小掩模寬s)的話，有時(shí)會(huì)根本形成不了缺陷集合區(qū)H。這樣一來，就不能利用凹凸生長(zhǎng)來收集缺陷，不能形成低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y，不能降低變位密度。
(樣品C(條紋掩模寬s＝2μm、間距p＝20μm)的生長(zhǎng))在具有2μm寬、20μm間距(s＝2μm、p＝20μm)的條紋掩模的圖案C上進(jìn)行GaN長(zhǎng)晶同上述樣品A和B一樣也采用HVPE法長(zhǎng)晶。
然而，即便是2μm寬的條紋掩模43(SiO2)被GaN埋上而實(shí)施凹凸生長(zhǎng)，但卻得不到從條紋掩模43上形成具有凹凸面的V溝底的因果關(guān)系。因此不能通過條紋掩模43來規(guī)定V溝44中心(底)，凹凸分布是隨機(jī)的，V溝(谷)位置無法控制。故有問題存在。
于是，拋棄NVPE法而改用MOCVD法，以緩慢生長(zhǎng)速度進(jìn)行GaN長(zhǎng)晶。之所以要降低速度，是由于要讓V溝44(谷底)從條紋掩模(SiO2)上產(chǎn)生。
在MOCVD法中不是以金屬Ga而是以含Ga的有機(jī)金屬(TMG、TEG等)為原料。氣體原料采用三甲基鎵(TMG，第III族氣體)和氨(NH3，第V族氣體)及氫氣(H2，載體氣體)。
將樣品C放在反應(yīng)爐的基座上加熱至1030℃，在常壓下以第III族第V族＝1∶2000的比例提供原料氣體，以進(jìn)行GaN長(zhǎng)晶。生長(zhǎng)速度是4μm/h，生長(zhǎng)時(shí)間為30小時(shí)。于是生長(zhǎng)出具有凹凸面的厚120μm左右的GaN層。
就這樣，進(jìn)行了由在條紋掩模43正上方具有底49的凹凸構(gòu)成的V溝(谷)44表面的GaN長(zhǎng)晶。由于V溝(谷)44的底49同條紋掩模43的位置吻合。實(shí)現(xiàn)了靠條紋掩模43配置來控制V溝(谷)44的配置。位置可以控制。缺陷集合區(qū)H接著V溝(谷)44的底49連續(xù)生長(zhǎng)。
關(guān)于樣品C，掩模寬僅為2μm、極小，在V溝(谷)底49形成的缺陷集合區(qū)H也因此而小，寬度h只有1μm左右。這說明，即便以較細(xì)的條紋掩模也可以在給定位置上形成凹凸構(gòu)成的V溝。通過TEM觀察確認(rèn)了靠缺陷集合區(qū)H減少低缺陷單晶區(qū)Z的變位的效果。
樣品C的特征在于缺陷集合區(qū)H極小。這一事實(shí)得到確認(rèn)即便不能使用HVPE法，也可以利用生長(zhǎng)速度緩慢的MOCVD法得到同細(xì)掩模配置一樣的細(xì)缺陷集合區(qū)H的線狀分布。
(樣品D(掩模寬s＝300μm、間距p＝2000μm)的生長(zhǎng))在具有300μm寬、2000μm間距的條紋掩模的圖案D上進(jìn)行GaN長(zhǎng)晶。這是掩模寬s和間距p都大的例子。生長(zhǎng)方法同上述樣品A和B的一樣也采用HVPE法。HVPE的生長(zhǎng)條件如下生長(zhǎng)溫度 1030℃NH3分壓 2.5×10-2atm(2.5kPa)生長(zhǎng)時(shí)間 30小時(shí)生長(zhǎng)結(jié)果，得到具有厚度4.4mm的GaN厚膜晶體。在樣品D上，出現(xiàn)由在條紋方向延長(zhǎng)的凹凸面構(gòu)成的峰谷(V溝)構(gòu)造。缺陷集合區(qū)H有規(guī)律地排列在凹凸46構(gòu)成的V溝44的底部49。其位置同在最初的GaN膜上形成的條紋掩模43的位置一致。
但是，有不少地方的構(gòu)成V溝(谷)的凹凸的形狀破損。另外，在對(duì)應(yīng)于掩模有規(guī)律地排列著的凹凸構(gòu)成的峰的部分還出現(xiàn)了直徑小的坑及小峰，情況未必良好。
缺陷集合區(qū)H以2000μm間距存在，這和當(dāng)初條紋掩模43的間距相等。固定于有規(guī)律的位置上的三棱柱狀的峰保持著正確的形狀。但是也有一些部分形狀損壞、端部或凹凸面的斜面不是平面而是長(zhǎng)出了特異的凹凸。另外，峰頂上的C面生長(zhǎng)區(qū)Y的面積也有偏差。
但是，缺陷集合區(qū)卻正好處于給定位置上，缺陷集合區(qū)H寬h約250μm。可見，缺陷集合區(qū)H寬h具有隨著生長(zhǎng)厚度增加而減小的傾向。
又，還有這樣的傾向缺陷集合區(qū)H寬h若設(shè)得過大，就回在缺陷集合區(qū)H內(nèi)部出現(xiàn)異形狀的多晶區(qū)。有時(shí)，異形狀的多晶區(qū)會(huì)引起變位散亂，使之超過缺陷集合區(qū)H而向低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y擴(kuò)展。這一點(diǎn)應(yīng)予注意。
譬如，在形狀雖破損但卻處于給定位置上的封閉缺陷集合區(qū)H的周圍生成了C面生長(zhǎng)區(qū)Y和低缺陷單晶區(qū)Z，該部分的平均變位密度在5×106cm以下，為低變位。故，即便凹凸面破損，但由于有基于掩模的缺陷集合區(qū)H的存在，變位減少機(jī)構(gòu)仍然良好地起作用。
但是，在凹凸面形狀破損較大處，出現(xiàn)變位呈筋狀集合的區(qū)域。
通過樣品A-D的實(shí)驗(yàn)得知在以下條件下可以充分達(dá)到本發(fā)明效果封閉缺陷集合區(qū)H寬h2-200μm提供封閉缺陷集合區(qū)H的條紋掩模的寬s2-300μm
封閉缺陷集合區(qū)H的間距p20-2000μm(樣品E(條紋方向<11-20>；寬s＝50μm、間距p＝400μm)的生長(zhǎng))在具有沿<11-20>方向伸展、50μm寬、400μm間距的條紋掩模的圖案E上進(jìn)行GaN長(zhǎng)晶。在此，掩模寬s和間距p同樣品A的一樣，但條紋伸展方向不是<1-100>。樣品E的條紋方向?yàn)?amp;lt;11-20>，故條紋伸展方向平行于劈開面{1-100}。
比較樣品A，除了掩模取向不同外，其他條件都相同。
以相同于樣品A的條件采用HVPE法進(jìn)行了生長(zhǎng)。HVPE的生長(zhǎng)條件如下生長(zhǎng)溫度 1050℃NH3分壓 0.3atm(30kPa)HCl分壓2.0×10-2atm(2.0kPa)生長(zhǎng)時(shí)間 10小時(shí)在該圖案下生長(zhǎng)速度緩慢，經(jīng)10小時(shí)生長(zhǎng)得到平均厚度800μm左右的GaN厚膜晶體。該樣品E具有難于產(chǎn)生條紋狀晶體合并的傾向。故生長(zhǎng)速度緩慢、得到不太厚(800μm)的GaN晶體。
在有些地方不產(chǎn)生晶體合并，條紋狀晶體之間間隙非常深。在厚度上也有分布性，不是均勻生長(zhǎng)。凹凸面的差異也大，不一定是給定凹凸面覆蓋整個(gè)晶體表面。
但是，據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在晶體合并、保持著GaN厚膜晶體形狀之處，有缺陷集合區(qū)H存在于形狀多少有些散亂的凹凸面的谷間底部，保持著本發(fā)明形狀。又，在有直線狀缺陷集合區(qū)H之處，其位置是在條紋掩模圖案的設(shè)定位置上。
通過對(duì)缺陷集合區(qū)H晶體性質(zhì)進(jìn)行分析得知其是由多晶構(gòu)成的。這一點(diǎn)與以前描述的樣品A-D有些不同。
進(jìn)一步，利用電子顯微鏡對(duì)晶體中變位分布進(jìn)行了調(diào)查。得知在由多晶構(gòu)成的缺陷集合區(qū)H的外側(cè)的低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y變位密度非常小。有的地方，缺陷集合區(qū)H附近的變位密度為7×106cm-2，隨著離開多晶缺陷集合區(qū)H，變位密度減小，在低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y的平均變位密度為5×106cm-2以下，為低變位。變位密度最低可達(dá)5×105cm-2。
從樣品E的結(jié)果可以認(rèn)為，即便條紋方向?yàn)?amp;lt;11-20>也仍可以達(dá)到本發(fā)明效果。雖然同條紋方向?yàn)?amp;lt;1-100>方向(樣品A-D)比較尚存在問題，但是這些問題想必今后通過改進(jìn)可以解決。
實(shí)施例2(GaAs、Si、藍(lán)寶石基板，圖案A、H(A+ELO)，圖11)預(yù)備了如下三種異種材料的基板A、GaAs基板(111)A面B、C面(0001)藍(lán)寶石基板C、(111)面Si基板Si為鉆石構(gòu)造立方晶系。GaAs為閃鋅礦(Zinc Blende)構(gòu)造立方晶系。GaN屬六方晶系。其C面具有3次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。立方晶系只有(111)面具有3次對(duì)稱性。因此GaAs、Si基板采用3次對(duì)稱性的(111)面基板。GaAs的(111)面有Ga面和As面之分。這里使用Ga面。所謂A面是第III族面，這里為Ga面。藍(lán)寶石屬三方晶系，與GaN晶系一樣。為了使其在c軸方向長(zhǎng)晶，藍(lán)寶石是以具有C面(0001)的單晶為基板。
圖11(1)-(3)示出了在異種基板上讓GaN長(zhǎng)晶的方法。在實(shí)施例1中，是在異種基板41上形成薄GaN層后形成掩模(SiO2)的。但是，在本實(shí)施例2，是最初在異種襯底基板51上形成掩模材料而形成條紋掩模53的。即，直接在異種基板51上形成0.1μm厚的SiO2層，利用光刻制成圖案A的條紋掩模。
實(shí)施例2采用的不同于圖案A的圖案I。新圖案I使用圖案A的掩模，但同時(shí)還在沒有該掩模處形成了ELO(橫行生長(zhǎng))圖案。該ELO圖案是按6次對(duì)稱配置的，使直徑2μm的圓形開口部以4μm間距位于正三角形頂點(diǎn)。在確定取向時(shí)要使正三角形邊平行于條紋。ELO圖案是重復(fù)周期遠(yuǎn)比條紋圖案小的圖案。即圖案I在圖案A上重合ELO(橫行生長(zhǎng))掩模的混合型圖案。
圖案A 條紋寬s＝50μm、間距p＝400μm圖案I 圖案A(s＝50μm、p＝400μm)+ELO掩模(2μm×4μm，6次對(duì)稱)由于是在異種基板上直接放上掩模圖案，所以其取向不能由GaN晶體取向定義，要用異種基板取向來定義。在GaAs基板的場(chǎng)合，條紋長(zhǎng)度方向?yàn)?amp;lt;11-2>方向。在藍(lán)寶石基板的場(chǎng)合，條紋長(zhǎng)度方向?yàn)?amp;lt;11-20>方向。在Si基板的場(chǎng)合則為<11-2>方向。就這樣，在基板不同、圖案不同的情況下制作了4種樣品F-I。各樣品詳見于下。
樣品F直接設(shè)圖案A的(111)GaAs基板樣品G直接設(shè)圖案A的(0001)藍(lán)寶石基板樣品H直接設(shè)圖案A的(111)Si基板樣品I直接設(shè)圖案I(圖案A+ELO)的(111)GaAs基板這些樣品試料附上了掩模的狀態(tài)見圖11(1)。同實(shí)施例1一樣，對(duì)樣品F-I采用HVPE法形成GaN層。HVPE法是這樣實(shí)施的反應(yīng)爐上方設(shè)有金屬Ga隔板，在下方設(shè)有承載基板的基座。從上方給Ga板提供氫氣和HCl氣以生成GaCl，GaCl流向下方，在和已被加熱的基板接觸的部位供給氨氣，通過和GaCl反應(yīng)而合成GaN。在掩模上低溫生長(zhǎng)了GaN緩沖層后，再以高溫厚厚地生長(zhǎng)一層GaN取向生長(zhǎng)層。即，讓GaN分兩階段生長(zhǎng)。
(1、GaN緩沖層的生長(zhǎng))在GaAs、Si、藍(lán)寶石基板等上面利用HVPE法在以下條件下生長(zhǎng)了GaN緩沖層。通常是經(jīng)常在低溫下設(shè)緩沖層的。
氨分壓 0.2atm(20kPa)HCl分壓2×10-3atm(200Pa)生長(zhǎng)溫度 490℃生長(zhǎng)時(shí)間 15分鐘緩沖層厚 50nm(2、GaN取向生長(zhǎng)層的生長(zhǎng))在低溫生長(zhǎng)出的緩沖層之上利用HVPE法以高溫形成了取向生長(zhǎng)層。
氨分壓 0.2atm(20kPa)HCl分壓2.5×10-2atm(2500Pa)生長(zhǎng)溫度 1010℃生長(zhǎng)時(shí)間 11小時(shí)取向生長(zhǎng)層厚約1400μm(1.4mm)關(guān)于樣品F-I得到的都是厚1.4mm的透明GaN單晶膜，外觀同實(shí)施例1的樣品一樣，透明、具有玻璃感。是凹凸生長(zhǎng)、表面由凹凸集合構(gòu)成。如同將多個(gè)近似正三角形的三棱柱放倒排列的峰谷交錯(cuò)的形狀，而且，峰谷等間距有規(guī)律地排列著。這一有規(guī)律排列是同基板上形成的掩模的位置相吻合的。凹凸面谷間間距約400μm、和條紋掩模的間距(400μm)一樣。即，呈峰谷以間距400μm交錯(cuò)形成于表面的形狀。雖然是透明的，但是通過顯微鏡觀察即可看到表面有規(guī)律地排列著凹凸(V溝(谷))。
得知樣品F-I表面的形成三棱柱的凹凸面56構(gòu)成是以{1-22}面為中心的。在鄰接的兩個(gè){11-22}面56形成的峰的頂部57可以看到20-40μm左右寬的鏡面狀的(0001)面。而在鄰接的兩個(gè){11-22}面56形成的谷的底部59則存在相對(duì)于這些凹凸面角度稍淺的凹凸面。外觀上同實(shí)施例1的樣品完全一樣。
對(duì)4種基板(樣品F-I)進(jìn)行了磨削加工。首先，磨削去掉了背面的GaAs基板、Si基板、藍(lán)寶石基板。其后，磨削表面，達(dá)到平板基板狀。GaAs基板(樣品F、I)、Si基板(樣品H)比藍(lán)寶石基板(樣品G)容易加工。然后進(jìn)行研磨加工，形成具有平坦表面的基板。到此，得到直徑約為2英時(shí)的氮化鎵基板，形狀如圖11(3)所示。
這些GaN基板都是以GaN(0001)面、C面為表面的基板，基板本身平坦透明基板。在基板表面有規(guī)律地呈直線排列著缺陷集合區(qū)H，其形狀為條紋形，寬h約為40μm。在封閉的缺陷集合區(qū)H外層存在著低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y。在橫向上呈ZHZYZHZYZH...排列。
在低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y變位少，隨著離開缺陷集合區(qū)H變位密度趨向降低。還確認(rèn)出在有些地方一離開缺陷集合區(qū)H的交界變位就劇減。無論拿哪個(gè)樣品來說，缺陷集合區(qū)H外側(cè)的低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y的變位密度低都在5×106cm-2以下。該變位密度具體如下樣品F3×106cm-2樣品G2×106cm-2樣品H3×106cm-2樣品I9×105cm-2可見，由于并用ELO掩模的樣品I，變位密度變?yōu)樽畹?。在樣品F-I中，條紋狀的封閉的缺陷集合區(qū)H情況同實(shí)施例1樣品A的一樣。在樣品F、G、H、I，缺陷集合區(qū)H恰好在條紋掩模53正上方。以缺陷集合區(qū)H為谷間59、直線狀有寬凹凸面56鄰接于缺陷集合區(qū)H兩側(cè)生長(zhǎng)，據(jù)此，變位被集合于缺陷集合區(qū)H。
又，可以利用顯微鏡等觀察到在這些樣品F-I表面上有直線狀有寬缺陷集合區(qū)H，還可以觀察到這些缺陷集合區(qū)H在厚度方向上貫通基板直到基板背面。
對(duì)并用了ELO方法的樣品I進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查。經(jīng)用硫酸與硝酸的混合酸在200℃溫度下蝕刻發(fā)現(xiàn)在樣品I表面，只有缺陷集合區(qū)H被蝕刻成條紋狀、變成凹陷部。
但是在背面卻相反，缺陷集合區(qū)H幾乎無變化，而低缺陷單晶區(qū)Z及格C面生長(zhǎng)區(qū)Y被蝕刻成條紋狀、變成凹陷部。由此可知因蝕刻方法不同，也會(huì)使(0001)面的Ga面難以蝕刻、(000-1)面的氮(N)面容易蝕刻。這一現(xiàn)象顯示出只有缺陷集合區(qū)H會(huì)出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)、從Ga面(0001)生長(zhǎng)改成氮面(000-1)生長(zhǎng)。
因此，可以認(rèn)為，在樣品I，相當(dāng)于缺陷集合區(qū)H的角度稍淺地生長(zhǎng)的區(qū)域反轉(zhuǎn)，作為凹凸面(11-2-5)或(11-2-6)沿-c軸方向<000-1>生長(zhǎng)。
關(guān)于以(111)面GaAs為基板的樣品F，共制作了兩張樣品。其中一張(F1)上面業(yè)已說明，所制作出的基板是良好的。
但是另外一張樣品(F2)，卻不是這樣，有的區(qū)域沒有形成具有谷的三棱柱形凹凸面56。在有的區(qū)域上有凹凸面構(gòu)成的倒12棱錐形坑成一列排列，取代本該有的缺陷集合區(qū)H的谷。
也有的地方形成了具有谷59的三棱柱形凹凸面56，但是即便如此，在一對(duì)凹凸面56所形成的谷54的底59卻不存在本該存在的缺陷集合區(qū)H。谷底59的正下方不存在缺陷集合區(qū)H的理由尚不清楚，總之，事實(shí)上是制作出了這樣的樣品F2。
據(jù)認(rèn)為，由于某原因缺陷集合區(qū)H沒有形成，其結(jié)果導(dǎo)致出現(xiàn)沒有形成三棱柱形分布的凹凸面的區(qū)域。即，也有的地方由于缺陷集合區(qū)H不存在，故在表面上形成棱錐形坑、形成不了三棱柱形構(gòu)造。若以許多離散的坑來代替直線狀伸展的V溝，這顯然不符合本發(fā)明要利用條紋掩模的目的。故一定要找到原因。
為此，對(duì)樣品(F2)進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查。了解到在有凹凸面構(gòu)成的坑排列著的區(qū)域，集中于坑底中央的變位束散布在寬廣的區(qū)域上。經(jīng)檢測(cè)，樣品F2表面的變位密度達(dá)7×106cm-2。這要比接著V溝54底部59生長(zhǎng)缺陷集合區(qū)H的場(chǎng)合高。
另外，還確認(rèn)出有面狀缺陷存在。該面狀缺陷是以坑中心為軸相互成60度角的形態(tài)而存在的。也有的面狀缺陷從坑中心伸展100μm以上。其構(gòu)造同圖1(b)所示在先申請(qǐng)的坑構(gòu)造的面狀缺陷10一樣。進(jìn)一步還搞清在沒有缺陷集合區(qū)H而有三棱柱形凹凸面的區(qū)域，變位群呈線狀排列于三棱柱底，用三維來表現(xiàn)的話，就是也出現(xiàn)了面狀缺陷。
由上述可見，在象樣品F2那樣缺陷集合區(qū)H消失的場(chǎng)合，在凹凸面構(gòu)成的三棱柱形凹凸形成部不能維持其形狀，形狀將會(huì)毀壞掉。
還了解到在沒有形成起變位消滅/積蓄作用的缺陷集合區(qū)H的場(chǎng)合，往往變位的集中不理想、變位擴(kuò)散、甚至出現(xiàn)面狀缺陷。從樣品F2可以很好地理解到缺陷集合區(qū)H是重要的。
譬如，沒有缺陷集合區(qū)H的話，假設(shè)三棱柱形凹凸面業(yè)已排列著，但變位不能有效地集中，不能形成低缺陷區(qū)，不足以得到本發(fā)明的效果。因此，在凹凸面構(gòu)成的三棱柱形配置的底部有缺陷集合區(qū)H情況下生長(zhǎng)是發(fā)揮本發(fā)明效果的必要條件。
實(shí)施例3(因掩模種類的差異)(掩模種類SiN、Pt、W、SiO2)接著，對(duì)掩模材料不同所造成的影響進(jìn)行了調(diào)查。預(yù)備了多個(gè)具有面取向(111)A面的GaAs基板。這些樣品包括——直接在(111)GaAs基板上形成厚0.15μm的Si3N4薄膜后所得到的物(J)、形成厚0.2μm的Pt薄膜后所得到的物(K)、形成厚0.2μm的W薄膜后所得到的物(L)、在厚0.1μm的SiO2薄膜上形成厚0.2μm的GaN后所得到的物(M)、以及在厚0.1μm的SiO2薄膜上形成厚0.2μm的AlN后所得到的物(N)。
關(guān)于M，是利用MOCVD方法并以低溫(600℃)在SiO2薄膜/GaAs基板上生長(zhǎng)GaN。關(guān)于N，是以低溫(700℃)在SiO2薄膜/GaAs基板上生長(zhǎng)AlN。GaN、AlN的晶體狀態(tài)是微細(xì)多晶狀態(tài)。M、N的合計(jì)膜厚均是0.3μm左右。
其后，通過光刻在Si3N4薄膜、Pt薄膜、W薄膜、GaN/SiO2薄膜、以及AlN/SiO2薄膜上形成圖案。該圖案采用了實(shí)施例1的條紋形圖案A(s＝50μm、p＝400μm)。無論哪個(gè)圖案的條紋方向(長(zhǎng)度方向)都是GaAs基板的<11-2>方向。
對(duì)這4種薄膜利用X線折射法進(jìn)行了調(diào)查。Si3N4薄膜是非晶質(zhì)，Pt薄膜是多晶，W薄膜是多晶，SiO2薄膜通常為非晶質(zhì)，但在其上生長(zhǎng)了多晶GaN、AlN，這些是微細(xì)多晶。
上述制作的樣品共有下述5種，分別稱樣品J、K、L、M、N。其制造工序同圖11所示的一樣。
樣品J直接形成了圖案A的帶Si3N4薄膜GaAs基板樣品K直接形成了膜圖案A的帶Pt薄GaAs基板樣品L直接形成了圖案A的帶W薄膜GaAs基板樣品M直接形成了圖案A的帶GaN/SiO2薄膜GaAs基板樣品N直接形成了圖案A的帶AlN/SiO2薄膜GaAs基板然后，利用HVPE法在這些基板上進(jìn)行GaN生長(zhǎng)。實(shí)施例3的HVPE法的實(shí)施同實(shí)施例1、2的一樣。在本實(shí)施例3中，同實(shí)施例2一樣，最初是低溫形成緩沖層。生長(zhǎng)方法同實(shí)施例2幾乎相同。
(緩沖層的生長(zhǎng)條件)生長(zhǎng)溫度約490℃NH3分壓0.2atm(20kPa)HCl分壓 2×10-3atm(2kPa)生長(zhǎng)時(shí)間20分鐘膜厚60nm由于緩沖層只有60nm左右厚，所以比圖案厚度(150-300nm)薄。緩沖層不帶掩模，只在GaAs基板上形成。
隨后升溫，在1030℃高溫下生長(zhǎng)GaN取向生長(zhǎng)層。取向生長(zhǎng)層的生長(zhǎng)條件如下所示——(取向生長(zhǎng)層的生長(zhǎng)條件)
生長(zhǎng)溫度 1030℃NH3分壓 0.25atm(25kPa)HCl分壓2.5×10-2atm(2.5kPa)生長(zhǎng)時(shí)間 13小時(shí)結(jié)果，得到平均膜厚約為1.9mm的GaN單晶厚膜。樣品J、K、L、M、N在外觀上幾乎具有一樣的表面形態(tài)。
這些樣品J-N，表面由凹凸集合構(gòu)成，如同將多個(gè)近似正三角形的三棱柱放倒、等間距有規(guī)律地排列著的形狀。通過顯微鏡觀察得知這一有規(guī)律配置的位置是同基板上當(dāng)初形成的掩模的位置完全一致的，凹凸面谷間54的底59同條紋掩模位置53吻合(圖11)。凹凸面谷間間距約400μm、和條紋掩模的間距(400μm)相等。即，呈峰谷以間距400μm交錯(cuò)形成于表面的形狀。
形成三棱柱的凹凸面56主要是{1-22}面。在鄰接的兩個(gè){11-22}面56形成的峰的頂部可以看到30-50μm左右寬的鏡面狀的(0001)面(C面生長(zhǎng)區(qū)Y)。
還了解到在樣品J、L、M、N中，鄰接的兩個(gè){11-22}面形成的谷的底部59存在相對(duì)于這些凹凸面56角度稍淺的凹凸面。同上述一樣，外觀上同實(shí)施例1的樣品A完全一樣。
但是，關(guān)于樣品K，在V溝54的底59看到了疙疙瘩瘩的起伏。幾乎都是看不到單晶的凹凸面的區(qū)域。
其后，對(duì)這5種基板進(jìn)行了磨削加工。通過磨削加工去掉了各自背面的GaAs基板，其后，對(duì)表面進(jìn)行磨削加工，達(dá)到平板狀。隨后，進(jìn)行研磨加工，制成具有平坦表面的基板。到此，得到直徑約為2英時(shí)的GaN基板。
這些氮化鎵基板是以(0001)面(C面)為表面的基板。基板本身平坦透明。
缺陷集合區(qū)H在基板表面上有規(guī)律地、呈有寬條紋狀、直線地、沿<1-100>方向排列著，其相互間距為400μm。另外缺陷集合區(qū)H寬h大致為40μm。這同襯底條紋掩模是對(duì)應(yīng)的。
但是，在樣品K的許多地方，缺陷集合區(qū)H的形狀不定，或粗或細(xì)，不保持40μm寬度。
利用陰極發(fā)光(CL)對(duì)變位密度進(jìn)行測(cè)定得知缺陷集合區(qū)H外側(cè)(低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y)變位少，隨著離開缺陷集合區(qū)H，變位密度也趨降低。還確認(rèn)出在有些地方，一離開缺陷集合區(qū)H的交界，變位就劇減。缺陷集合區(qū)H外側(cè)的低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y的平均變位密度都在5×106cm-2以下，具體如下所示樣品J3×106cm-2樣品K4×106cm-2樣品L3×106cm-2樣品M1×106cm-2樣品N2×106cm-2樣品J、L、M的缺陷集合區(qū)H情況和實(shí)施例1的樣品A的一樣。樣品J、L、M也是在條紋掩模上存在缺陷集合區(qū)H，以缺陷集合區(qū)H為谷間59、直線狀有寬凹凸面56鄰接于缺陷集合區(qū)H兩側(cè)生長(zhǎng)，據(jù)此，變位被集合于缺陷集合區(qū)H。
又，可以利用熒光顯微鏡等觀察到在這些樣品表面上有直線狀有寬缺陷集合區(qū)H，還可以觀察到這些缺陷集合區(qū)H在厚度方向上貫通基板直到基板背面。
根據(jù)TEM、CL評(píng)價(jià)結(jié)果得知在樣品J、L、M、N，存在于凹凸面56構(gòu)成的谷間59的缺陷集合區(qū)H是單晶。
在樣品M、N也一樣，盡管掩模是多晶GaN或AlN，但是也呈單晶狀態(tài)。這表明在掩模上具有淺角度的凹凸面是橫向生長(zhǎng)的。
又，根據(jù)對(duì)樣品J、M的缺陷集合區(qū)H所進(jìn)行的調(diào)查結(jié)果得知缺陷集合區(qū)H本身是單晶，但是同其他部分比較出現(xiàn)c軸反轉(zhuǎn)。即，在低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y處基板表面是(0001)面(即Ga面)，而在缺陷集合區(qū)處則為(000-1)面(即氮面)。因此，在缺陷集合區(qū)H與低缺陷單晶區(qū)Z的界面60存在明顯的晶面粒界K，在晶面粒界能有效地消滅、積蓄變位。
另一方面，對(duì)樣品K拍攝基板表面CL像進(jìn)行觀察得知其同其它樣品稍有不同，即缺陷集合區(qū)H為多晶。通過CL像及TEM構(gòu)造解析得知該封閉的缺陷集合區(qū)H具有各種各樣形態(tài)，譬如以下一些形態(tài)。
K1為多晶，由若干晶粒構(gòu)成；K2晶粒有一個(gè)，但具有同周圍單晶區(qū)不同的晶體取向；K3為只<0001>軸同周圍單晶區(qū)(低缺陷單晶區(qū)Z與C面生長(zhǎng)區(qū)Y)相同，而其他晶體取向不同。
若此，搞清了樣品K具有各種各樣的多晶缺陷集合區(qū)H。
但是，即便是這樣的樣品K，也有直線狀有寬凹凸面56以缺陷集合區(qū)H為谷間59在其兩側(cè)形成，呈放倒的三棱柱狀，一邊維持該形狀一邊生長(zhǎng)。據(jù)此，變位被集合于缺陷集合區(qū)H，變位減少。又，樣品K的缺陷集合區(qū)H也和預(yù)先形成的掩模的位置一致，故樣品K也是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)之一。
關(guān)于樣品K的比較顯著的多晶構(gòu)成的缺陷集合區(qū)H，實(shí)際上在其他樣品譬如樣品A、樣品J等也能看到在極個(gè)別的地方存在，只不過在樣品K上尤其顯著。
關(guān)于樣品K的比較顯著的多晶構(gòu)成的缺陷集合區(qū)H的產(chǎn)生原因，據(jù)認(rèn)為是在生長(zhǎng)初期，條紋掩模上形成的GaN構(gòu)成的多晶比從基板生長(zhǎng)出的GaN單晶先伸展開，在被角度淺的凹凸面埋上之前就已經(jīng)得到充分伸展。
實(shí)施例1-3描述的樣品A-N的GaN基板的參數(shù)——條紋掩模寬s、晶體缺陷集合區(qū)H寬h、掩模間距p、C面生長(zhǎng)區(qū)Y寬y、GaN生長(zhǎng)膜膜厚T由下表1給出。單位為μm。
表1 單位μm

實(shí)施例4(制作坯料，圖12、13、14)以下描述本發(fā)明實(shí)施例4。
使用了兩種樣品，其中一個(gè)是實(shí)施例1中利用圖案A制作的GaN基板，業(yè)已去除了襯底基板、并進(jìn)行了表面加工、研磨，已經(jīng)具備了在基板上實(shí)施取向生長(zhǎng)的條件，將之稱為樣品O。
另一個(gè)樣品也是用和實(shí)施例1一樣的工序制作的，預(yù)先利用HVPE法在藍(lán)寶石基板上生長(zhǎng)一層厚2μm的GaN取向生長(zhǎng)層，在其表面上形成以層0.1μm的SiO2薄膜，并利用光刻形成圖案。這一圖案為實(shí)施例1中的圖案A。將該樣品稱作樣品P。
利用樣品O和樣品P，同時(shí)在其上面厚厚地形成GaN取向生長(zhǎng)層，生長(zhǎng)方法同實(shí)施例1的一樣，即為HVPE法。以氫氣為載體氣體，在1030℃高溫下生長(zhǎng)GaN取向生長(zhǎng)層。取向生長(zhǎng)層的生長(zhǎng)條件如下所示。另外，樣品樣品P的基板口徑都是30mm。
生長(zhǎng)溫度 1030℃NH3分壓 0.25atm(25kPa)HCl分壓2.0×10-2atm(2.0kPa)生長(zhǎng)時(shí)間 80小時(shí)結(jié)果，從兩者都得到厚約10mm的GaN晶體坯料(圖12(2))。將這兩個(gè)坯料分別稱作O坯料和P坯料。兩個(gè)坯料都是在具有同一表面形態(tài)下生長(zhǎng)的。即，該兩樣品都由凹凸面構(gòu)成，如同將多個(gè)近似正三角形的三棱柱放倒排列的形狀，而且是基本上等間距有規(guī)律地排列著。因?yàn)閺倪@一有規(guī)律配置的位置上看，凹凸面谷間同條紋掩模的位置相吻合。凹凸面谷間間距同條紋掩模間距一樣，約400μm，呈峰谷交錯(cuò)地鋪開凹凸面的形狀。但是，同實(shí)施例1相比，散亂較多。
形成三棱柱的凹凸面以{1-22}面為主。在鄰接的兩個(gè){11-22}面形成的峰的頂部可以看到有寬的鏡面狀的(0001)面。而且，在鄰接的兩個(gè){11-22}面形成的谷的底部，有象實(shí)施例1中看到的那種相對(duì)于這些凹凸面角度稍淺的凹凸面，其形狀散亂，難以觀察。
尤其應(yīng)予注意的是O坯料。其只不過是在沒設(shè)圖案的情況下在業(yè)已制作的GaN基板上進(jìn)一步生長(zhǎng)的產(chǎn)物而已，但生長(zhǎng)后的表面形態(tài)卻呈和形成圖案場(chǎng)合同等的表面形態(tài)。
進(jìn)一步，縱向?qū)⑦@些坯料一端切開后對(duì)斷面進(jìn)行了觀察，結(jié)果得知在O坯料，在作為晶種的晶體缺陷集合區(qū)H之上又接著生長(zhǎng)出晶體缺陷集合區(qū)H，而低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y上未必一樣，但不是有低缺陷單晶區(qū)Z就是有C面生長(zhǎng)區(qū)Y會(huì)在生長(zhǎng)界面生長(zhǎng)出來。當(dāng)然，缺陷集合區(qū)H是處于凹凸面構(gòu)成的斜面的谷底。
對(duì)這兩種坯料進(jìn)行切薄片加工而切出了多張GaN基板后，進(jìn)行表面磨削加工、研磨加工。切薄片加工是采用鋼絲鋸。其結(jié)果，從各坯料均得到9張GaN基板。
這些基板當(dāng)中，在生長(zhǎng)終期的2-3張中發(fā)現(xiàn)了異物缺陷等，而生長(zhǎng)初期的6-7張卻良好。這些基板是以(0001)面即C面為表面的基板，基板本身是平坦透明的。拍攝CL像觀察到在基板表面上缺陷集合區(qū)H以400μm間距有規(guī)律地沿<1-100>方向排列著。
但是，通過對(duì)坯料生長(zhǎng)后半期的數(shù)張切片樣品詳細(xì)研究得知本該以有寬直線狀存在的晶體缺陷集合區(qū)H卻未必是直線狀?？梢钥吹皆谥本€間斷或呈斷裂線狀。當(dāng)然，晶體缺陷集合區(qū)H具有明確的交界，可明顯地與周圍低缺陷單晶區(qū)Z區(qū)別開。進(jìn)一步，從CL像解析結(jié)果得知變位直線狀地集合于本該為直線狀的晶體缺陷集合區(qū)H的位置處，但是，由于晶體缺陷集合區(qū)H間斷或呈斷裂線狀，所以變位也中途消失或沿著排列方向自晶體缺陷集合區(qū)H跑出而存在著。但是從進(jìn)一步詳細(xì)的CL像觀察結(jié)果得知這種變位的跑出是在間斷排列方向上高密度變位的跑出，但對(duì)于夾在間斷排列的晶體缺陷集合區(qū)H的列與列之間的低缺陷單晶區(qū)Z并無太大影響。
晶體缺陷集合區(qū)H間斷或斷裂線狀化，在厚長(zhǎng)晶場(chǎng)合、某特定生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)場(chǎng)合常?？梢钥吹?。據(jù)認(rèn)為可以容許這種晶體缺陷集合區(qū)H間斷或斷裂線狀化。但是，若晶體缺陷集合區(qū)H完全消失，凹凸面構(gòu)成的斜面形狀就無法維持，也就失去了本發(fā)明的效果。圖13及圖14示意了晶體缺陷集合區(qū)H間斷或斷裂線狀化。
如上所述，雖然出現(xiàn)了晶體缺陷集合區(qū)H間斷或斷裂線狀間斷或斷裂線化，但是在晶體缺陷集合區(qū)H外側(cè)變位少，隨著離開缺陷集合區(qū)H，變位密度也趨降低。在距離晶體缺陷集合區(qū)H約30μm的區(qū)域發(fā)現(xiàn)了3×107cm-2左右的區(qū)域。但是在有些地方也看到，一離開缺陷集合區(qū)H的交界變位就劇減。在變位密度比較低的地方還存在1×105cm-2以下的區(qū)域。缺陷集合區(qū)H外側(cè)的平均變位密度均在5×106cm-2以下，足以充當(dāng)實(shí)用GaN基板。
這一方法可以認(rèn)為是提高長(zhǎng)晶生產(chǎn)性的有效制造方法。
本發(fā)明靠凹凸生長(zhǎng)將變位集中于V溝(谷)底部以使其他部分低變位化，在V溝(谷)底部形成缺陷集合區(qū)H以封閉變位，不會(huì)出現(xiàn)變位又散開的現(xiàn)象。因?yàn)橛辛巳毕菁蠀^(qū)H，所以本發(fā)明可以一舉解決前述過的3大難題——(1)降低自凹凸面構(gòu)成的V溝(谷)的中央變位集合部之變位的零亂分布。
(2)消滅凹凸面構(gòu)成的V溝(谷)的中央變位集合部之面狀缺陷。
(3)控制凹凸面構(gòu)成的V溝(谷)的中央變位集合部之位置。
根據(jù)本發(fā)明方法，可以準(zhǔn)確地控制變位集結(jié)的缺陷集合區(qū)H的位置，制作出低變位的氮化鎵基板。另外，本發(fā)明的GaN基板，將變位有規(guī)律地集中在特定窄小的部分，用于半導(dǎo)體裝置重要部分的部分(低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y)為低變位單晶。提供了最適于作InGaN藍(lán)紫激光二極管(LD)等的低變位GaN基板。
權(quán)利要求
1.一種單晶氮化鎵基板，其特征在于，具有表面和背面，表面具有低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H、H；所述低缺陷單晶區(qū)Z直線狀伸展、有寬；所述晶體缺陷集合區(qū)H直線狀伸展、有寬，并在寬度方向兩側(cè)具有交界線K、K，介于交界線K與所述低缺陷單晶區(qū)Z相接。
2.一種單晶氮化鎵基板，其特征在于，具有表面和背面，表面帶有將低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H在寬度方向有規(guī)律地交替以單位ZH多次重復(fù)的構(gòu)造ZHZH...；所述低缺陷單晶區(qū)Z直線狀伸展、有寬；所述晶體缺陷集合區(qū)H直線狀伸展、有寬，并在寬度方向兩側(cè)具有交界線K、K，介于交界線K與所述低缺陷單晶區(qū)Z相接。
3.按權(quán)利要求1所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于具有表面和背面及厚度，表面具有平面狀低缺陷單晶區(qū)Z和平面狀晶體缺陷集合區(qū)H；所述平面狀低缺陷單晶區(qū)Z沿表面上一方向和厚度方向直線狀伸展、有寬；所述平面狀晶體缺陷集合區(qū)H沿表面上同一方向和厚度方向直線狀伸展、有寬，并在寬度方向兩側(cè)具有交界線K、K，介于交界線K與所述低缺陷單晶區(qū)Z相接。
4.按權(quán)利要求2所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于，具有表面和背面及厚度，表面帶有將平面狀低缺陷單晶區(qū)Z和平面狀晶體缺陷集合區(qū)H在寬度方向有規(guī)律地交替以單位ZH多次重復(fù)的構(gòu)造ZHZH...；所述平面狀低缺陷單晶區(qū)Z沿表面上一方向和厚度方向直線狀伸展、有寬；所述平面狀晶體缺陷集合區(qū)H沿表面上同一方向和厚度方向直線狀伸展、有寬，并在寬度方向兩側(cè)具有交界線K、K，介于交界線K與所述低缺陷單晶區(qū)Z相接。
5.按權(quán)利要求1所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于在存在于表面的直線狀伸展的有寬低缺陷單晶區(qū)Z的大致中央，存在有大致直線狀伸展的為低缺陷單晶但電阻率較高的C面生長(zhǎng)區(qū)Y，低缺陷單晶的3個(gè)區(qū)域ZYZ構(gòu)成一組、被夾在晶體缺陷集合區(qū)H、H之間。
6.按權(quán)利要求2所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于在存在于表面的直線狀伸展的有寬低缺陷單晶區(qū)Z的大致中央，存在有大致直線狀伸展且有寬的為低缺陷單晶但電阻率較高的C面生長(zhǎng)區(qū)Y，低缺陷單晶的3個(gè)區(qū)域ZYZ構(gòu)成一組、被夾在晶體缺陷集合區(qū)H、H之間，從而有構(gòu)造HZYZH...有規(guī)律地多次重復(fù)地存在于表面。
7.按權(quán)利要求3所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于沿表面上一方向和厚度方向直線狀伸展的有寬低缺陷單晶區(qū)Z的大致中央，存在有沿表面上同一方向和厚度方向直線狀伸展、有寬大致直線狀伸展且有寬的為低缺陷單晶但電阻率不同的C面生長(zhǎng)區(qū)Y，該C面生長(zhǎng)區(qū)大致垂直于基板表面、被夾在低缺陷單晶區(qū)Z之間并通過基板內(nèi)部而存在，這低缺陷單晶的3個(gè)區(qū)域ZYZ構(gòu)成一組、被夾在被晶體缺陷集合區(qū)H、H之間。
8.按權(quán)利要求4所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于沿表面上一方向和厚度方向直線狀伸展的有寬低缺陷單晶區(qū)Z的大致中央，存在有沿表面上同一方向和厚度方向直線狀伸展、有寬大致直線狀伸展且有寬的為低缺陷單晶但電阻率不同的C面生長(zhǎng)區(qū)Y，該C面生長(zhǎng)區(qū)大致垂直于基板表面、被夾在低缺陷單晶區(qū)Z之間并通過基板內(nèi)部而存在，這低缺陷單晶的3個(gè)區(qū)域ZYZ構(gòu)成一組、被夾在被晶體缺陷集合區(qū)H、H之間，從而有構(gòu)造HZYZHZYZ...有規(guī)律地多次重復(fù)地存在于整個(gè)基板上。
9.按權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于存在于基板表面的低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H從基板表面貫通到背面而存在。
10.按權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由多晶構(gòu)成，在同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z的交界K處具有晶面粒界。
11.按權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z大致同一取向的單晶構(gòu)成，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間在交界K處具有面狀缺陷。
12.按權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z大致同一取向的單晶構(gòu)成，在晶體缺陷集合區(qū)內(nèi)部S具有貫通變位群。
13.按權(quán)利要求1至9、12中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z大致同一取向的單晶構(gòu)成，在晶體缺陷集合區(qū)內(nèi)部S具有貫通變位群和面狀缺陷。
14.按權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z大致同一取向的單晶構(gòu)成，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間晶軸稍傾斜。
15.按權(quán)利要求1至9、11至13中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z大致同一取向的單晶構(gòu)成，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間，在交界K處具有面狀缺陷、在晶體缺陷集合區(qū)內(nèi)部S具有貫通變位群和面狀缺陷。
16.按權(quán)利要求1至9、11中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z大致同一取向的單晶構(gòu)成，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間，在交界K處具有面狀缺陷、在晶體缺陷集合區(qū)內(nèi)部S具有沿長(zhǎng)度方向伸展的一層面狀缺陷。
17.按權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于基板表面是以(0001)面為主面。
18.按權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成。
19.按權(quán)利要求1至9、18中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，并且，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間，在交界K處具有面狀缺陷。
20.按權(quán)利要求1至9、18中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，并且，在晶體缺陷集合區(qū)H內(nèi)部S具有貫通變位群。
21.按權(quán)利要求1至9、18、20中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，并且，在晶體缺陷集合區(qū)H內(nèi)部S具有貫通變位群和面狀缺陷。
22.按權(quán)利要求1至9、18中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，并且，晶體缺陷集合區(qū)H同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間晶軸方向稍傾斜。
23.按權(quán)利要求1至9、18至21中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間，在交界K處具有面狀缺陷，在晶體缺陷集合區(qū)H內(nèi)部S具有貫通變位群和面狀缺陷。
24.按權(quán)利要求1至9、18、19中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，同鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z之間，在交界K處具有面狀缺陷，在晶體缺陷集合區(qū)H內(nèi)部具有沿長(zhǎng)度方向伸展的一個(gè)面狀缺陷面。
25.按權(quán)利要求18至21、23、24中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，低缺陷單晶部Z處基板表面的主面是(0001)面，而晶體缺陷集合區(qū)H處基板表面的主面是(000-1)面。
26.按權(quán)利要求1至25中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于基板表面的低缺陷單晶部Z和晶體缺陷集合區(qū)H長(zhǎng)度方向的晶體取向是<1-100>。
27.按權(quán)利要求1至25中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于基板表面的低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H的長(zhǎng)度方向上的晶體取向是<11-20>。
28.按權(quán)利要求3或4所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于在基板內(nèi)部，作為面而存在的低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H的分布面平行于<1-100>方向及<0001>方向。
29.按權(quán)利要求3或4所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于在基板內(nèi)部，作為面而存在的低缺陷單晶區(qū)Z和晶體缺陷集合區(qū)H的分布面平行于<11-20>及<0001>方向。
30.按權(quán)利要求1至29中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于低缺陷單晶區(qū)Z寬度z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y寬度y之和(2z+y)為10μm-2000μm。
31.按權(quán)利要求1至30中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于低缺陷單晶區(qū)Z寬度z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y寬度y之和(2z+y)為100μm-800μm。
32.按權(quán)利要求1至31中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H寬度h為1μm-200μm。
33.按權(quán)利要求1至32中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H寬度h為10μm-80μm。
34.按權(quán)利要求1至33中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于低缺陷單晶區(qū)Z的平均貫通變位密度為5×106cm-2以下。
35.按權(quán)利要求1至34中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于低缺陷單晶區(qū)Z的貫通變位密度在同晶體缺陷集合區(qū)H交界K附近最高，隨著離開交界K而趨向減少。
36.按權(quán)利要求25所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于在基板表面有高度差，晶體缺陷集合區(qū)H稍有凹陷。
37.按權(quán)利要求36所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于高度差部的凹陷的深度在1μm以下。
38.按權(quán)利要求1至9、18至21、23、24中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于晶體缺陷集合區(qū)H由相對(duì)鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z在c軸反轉(zhuǎn)的單晶構(gòu)成，低缺陷單晶區(qū)Z處基板表面的主面是(000-1)面，而晶體缺陷集合區(qū)H處基板表面的主面是(0001)面。
39.按權(quán)利要求38所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于在基板表面有高度差，低缺陷單晶區(qū)Z稍有凹陷。
40.一種單晶氮化鎵基板，其特征在于直具有表面和背面，在表面一方向上有規(guī)律地以等間隔p排列著積蓄有許多缺陷的直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H，低缺陷單晶的低缺陷單晶區(qū)、或低缺陷單晶的低缺陷單晶區(qū)Z與低缺陷單晶高電阻率的C面生長(zhǎng)區(qū)Y構(gòu)成三重層ZYZ被夾在晶體缺陷集合區(qū)H、H之間。
41.按權(quán)利要求40所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H等間隔排列，間距p為20μm-2000μm。
42.按權(quán)利要求40或41所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H等間隔排列，間距p為100μm-1200μm。
43.一種單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于，在基板上讓由相互鄰接的晶體缺陷集合區(qū)H和低缺陷單晶區(qū)Z構(gòu)成的構(gòu)造HZH生長(zhǎng)，所述晶體缺陷集合區(qū)H直線狀伸展、有寬并含有許多缺陷，所述低缺陷單晶區(qū)Z直線狀伸展、有寬、低變位并是單晶；將鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z處存在的變位引入晶體缺陷集合區(qū)H，將晶體缺陷集合區(qū)H的交界部K或內(nèi)部S當(dāng)作變位消滅或積蓄之所而讓GaN生長(zhǎng)，據(jù)此來減少鄰接低缺陷單晶區(qū)Z的變位。
44.一種單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于，在基板上讓由相互鄰接的晶體缺陷集合區(qū)H和低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y構(gòu)成的構(gòu)造HZYZH生長(zhǎng)，所述晶體缺陷集合區(qū)H直線狀伸展、有寬并含有許多缺陷，所述低缺陷單晶區(qū)Z直線狀伸展、有寬、低變位并是單晶，所述C面生長(zhǎng)區(qū)Y是直線狀有寬低變位單晶且電阻率高的區(qū)域；將鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y處存在的變位引入晶體缺陷集合區(qū)H，將晶體缺陷集合區(qū)H的交界部K或內(nèi)部S當(dāng)作變位消滅或積蓄之所而讓GaN生長(zhǎng)，據(jù)此來減少淋接低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y的變位。
45.一種單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于，在基板上讓由相互鄰接的晶體缺陷集合區(qū)H和低缺陷單晶區(qū)Z構(gòu)成的構(gòu)造HZH在低缺陷單晶區(qū)Z上維持凹凸面斜面于其兩側(cè)情況下生長(zhǎng)，所述晶體缺陷集合區(qū)H直線狀伸展、有寬并含有許多缺陷，所述低缺陷單晶區(qū)Z直線狀伸展、有寬、低變位并是單晶；靠凹凸面的生長(zhǎng)將鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z處存在的變位引入晶體缺陷集合區(qū)H，將晶體缺陷集合區(qū)H的交界部K或內(nèi)部S當(dāng)作變位消滅或積蓄之所而讓GaN生長(zhǎng)，據(jù)此來減少鄰接低缺陷單晶區(qū)Z的變位。
46.一種單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于，在基板上讓由相互鄰接的晶體缺陷集合區(qū)H和低缺陷單晶區(qū)Z構(gòu)成的構(gòu)造ZHZ在使凹凸面的谷間位于缺陷集合區(qū)H之上并在兩側(cè)的低缺陷單晶區(qū)Z上維持凹凸面斜面情況下生長(zhǎng)，所述晶體缺陷集合區(qū)H直線狀伸展、有寬并含有許多缺陷，所述低缺陷單晶區(qū)Z直線狀伸展、有寬、低變位并是單晶；靠凹凸面的生長(zhǎng)將鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z處存在的變位引入晶體缺陷集合區(qū)H，將晶體缺陷集合區(qū)H的交界部K或內(nèi)部S當(dāng)作變位消滅或積蓄之所而讓GaN生長(zhǎng)，據(jù)此來減少鄰接低缺陷單晶區(qū)Z的變位。
47.一種單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于在基板上讓單元HZ有規(guī)律地以一定間隔在寬度方向上多次重復(fù)的構(gòu)造HZHZHZ...在低缺陷單晶區(qū)Z上維持凹凸面斜面于其兩側(cè)情況下生長(zhǎng)，單元HZ由相互鄰接的晶體缺陷集合區(qū)H和低缺陷單晶區(qū)Z構(gòu)成，所述晶體缺陷集合區(qū)H直線狀伸展、有寬并含有許多缺陷，所述低缺陷單晶區(qū)Z直線狀伸展、有寬、低變位并是單晶；靠凹凸面的生長(zhǎng)將鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z處存在的變位引入晶體缺陷集合區(qū)H，將晶體缺陷集合區(qū)H的交界部K或內(nèi)部S當(dāng)作變位消滅或積蓄之所而讓GaN生長(zhǎng)，據(jù)此來減少鄰接低缺陷單晶區(qū)Z的變位。
48.一種單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于在基板上讓單元HZ有規(guī)律地以一定間隔在寬度方向上多次重復(fù)的構(gòu)造HZHZHZ...在使凹凸面的谷間位于缺陷集合區(qū)H之上并在兩側(cè)的低缺陷單晶區(qū)Z上維持凹凸面斜面情況下生長(zhǎng)，單元HZ由相互鄰接的晶體缺陷集合區(qū)H和低缺陷單晶區(qū)Z構(gòu)成，所述晶體缺陷集合區(qū)H直線狀伸展、有寬并含有許多缺陷，所述低缺陷單晶區(qū)Z直線狀伸展、有寬、低變位并是單晶；靠凹凸面的生長(zhǎng)將鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z處存在的變位引入晶體缺陷集合區(qū)H，將晶體缺陷集合區(qū)H的交界部K或內(nèi)部S當(dāng)作變位消滅或積蓄之所而讓GaN生長(zhǎng)，據(jù)此來減少鄰接低缺陷單晶區(qū)Z的變位。
49.按權(quán)利要求48所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于鄰接于相互平行而有間隔的多個(gè)直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H，讓其上具有沿長(zhǎng)度方向伸展的帶狀凹凸面斜面的低缺陷單晶區(qū)Z在維持凹凸面情況下生長(zhǎng)，此時(shí)，由凹凸面形成的形狀是沿長(zhǎng)度方向伸展的左右對(duì)稱的三棱柱形。
50.一種單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于在基板上讓單元HZYZ有規(guī)律地以一定間隔在寬度方向上多次重復(fù)的構(gòu)造HZYZHZYZHZYZ...維持凹凸面情況下生長(zhǎng)，單元HZYZ由相互鄰接的晶體缺陷集合區(qū)H和低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y構(gòu)成，所述晶體缺陷集合區(qū)H直線狀伸展、有寬并含有許多缺陷，所述低缺陷單晶區(qū)Z直線狀伸展、有寬、低變位并是單晶，所述C面生長(zhǎng)區(qū)Y是直線狀有寬低變位單晶、高電阻率且具有平坦面的區(qū)域，所述凹凸面是三棱柱形的——其凹凸面的谷間位于缺陷集合區(qū)H之上、凹凸面斜面位于兩側(cè)的低缺陷單晶區(qū)Z上、C面生長(zhǎng)區(qū)Y的上面作為垂直于長(zhǎng)晶方向的平坦面、頂上為水平面；靠凹凸面的生長(zhǎng)將鄰接的低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y處存在的變位引入晶體缺陷集合區(qū)H，將晶體缺陷集合區(qū)H的交界部K或內(nèi)部S當(dāng)作變位消滅或積蓄之所而讓GaN生長(zhǎng)，據(jù)此來減少鄰接低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y的變位。
51.按權(quán)利要求45至50中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于當(dāng)平均晶體生長(zhǎng)方向?yàn)閏軸方向，直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的長(zhǎng)度方向?yàn)?amp;lt;1-100>，凹凸面為{kk-2kn}，k、n為整數(shù)。
52.按權(quán)利要求45至5 1中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于平均晶體生長(zhǎng)方向?yàn)閏軸方向，直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的長(zhǎng)度方向?yàn)?amp;lt;1-100>，凹凸面為{11-22}。
53.按權(quán)利要求45至50中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于平均晶體生長(zhǎng)方向?yàn)閏軸方向，直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的長(zhǎng)度方向?yàn)?amp;lt;11-20>，凹凸面為{k-k0n}，k、n為整數(shù)。
54.按權(quán)利要求45至50、53中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于平均晶體生長(zhǎng)方向?yàn)閏軸方向，直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的長(zhǎng)度方向?yàn)?amp;lt;11-20>，凹凸面為{1-101}。
55.按權(quán)利要求50至54中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于平均晶體生長(zhǎng)方向?yàn)閏軸方向，直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的長(zhǎng)度方向?yàn)?amp;lt;1-100>或<11-20>，沿長(zhǎng)度方向上伸展的凹凸面為{11-22}、{1-101}、{kk-2kn}、{k-k0n}中某一面，上述三棱柱形的中心頂上存在的水平面是(0001)面。
56.按權(quán)利要求43至48中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是以多晶生長(zhǎng)的。
57.按權(quán)利要求45至48中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H具有比較其兩側(cè)的低缺陷單晶區(qū)Z的凹凸面斜面角度淺的凹凸面而生長(zhǎng)。
58.按權(quán)利要求57所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是在這種情況下生長(zhǎng)的其交界K同其兩側(cè)的低缺陷單晶區(qū)Z的凹凸面和角度淺的凹凸面的交界一致。
59.按權(quán)利要求43至58中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是在其交界K具有面狀缺陷而生長(zhǎng)的。
60.按權(quán)利要求43至58中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是在相對(duì)于其交界K兩側(cè)的低缺陷單晶區(qū)Z晶軸稍傾斜的狀態(tài)下生長(zhǎng)的。
61.按權(quán)利要求58所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是在其兩側(cè)交界K內(nèi)側(cè)具有同角度淺凹凸面同一晶體取向的情況下生長(zhǎng)的。
62.按權(quán)利要求61所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是在其兩側(cè)交界K內(nèi)側(cè)具有同角度淺凹凸面同一晶體取向的情況下生長(zhǎng)、在其整合部之下具有面狀缺陷的情況下生長(zhǎng)的。
63.按權(quán)利要求43至59、61、62中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H是按著相對(duì)于其鄰接的具有凹凸面的低缺陷單晶區(qū)Z將c軸反轉(zhuǎn)180o的晶體取向生長(zhǎng)的。
64.按權(quán)利要求63所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于在其上具有凹凸面的低缺陷集合區(qū)Z以
為主軸而生長(zhǎng)，其鄰接的直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H以將c軸反轉(zhuǎn)180o的晶體取向即
為主軸而生長(zhǎng)。
65.按權(quán)利要求63或64所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的方向是<1-100>，缺陷集合區(qū)H上部的角度淺的凹凸面作為[11-2-5]或{11-2-6}而生長(zhǎng)。
66.按權(quán)利要求63或66所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的方向是<11-22>，缺陷集合區(qū)H上部的角度淺的凹凸面作為[1-10±3]或{1-10±4}而生長(zhǎng)。
67.按權(quán)利要求43至66中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于直線狀晶體缺陷集合區(qū)H寬度h為1μm-200μm。
68.按權(quán)利要求44或50所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于在低缺陷單晶區(qū)Z寬度z、或C面生長(zhǎng)區(qū)Y存在時(shí)低缺陷單晶區(qū)Z寬度z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y寬度y之和(2z+y)為10μm-2000μm。
69.一種單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于在基板上將直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H有規(guī)律等間隔p地排列、并在其間具有低缺陷單晶區(qū)Z或者低缺陷單晶區(qū)Z和C面生長(zhǎng)區(qū)Y及低缺陷單晶區(qū)Z和的情況下生長(zhǎng)。
70.按權(quán)利要求69所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H等間隔排列的間距為20μm-2000μm。
71.一種單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于在襯底基板上形成直線狀有寬掩模，在該掩模上生長(zhǎng)晶體缺陷集合區(qū)H，在其他地方生長(zhǎng)低缺陷單晶區(qū)Z、或低缺陷單晶區(qū)Z與C面生長(zhǎng)區(qū)Y。
72.一種單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于在襯底基板上相互平行且等間隔地形成多條直線狀有寬掩模、從其上生長(zhǎng)氮化鎵之際，在該掩模上生長(zhǎng)晶體缺陷集合區(qū)H，在其他地方生長(zhǎng)低缺陷單晶區(qū)Z、或低缺陷單晶區(qū)Z與C面生長(zhǎng)區(qū)Y。
73.按權(quán)利要求71或72所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于在襯底基板上，在直線狀掩模上，有同掩模對(duì)著的直線狀伸展的有寬晶體缺陷集合區(qū)H、以及在其上形成的同掩模對(duì)著的直線狀伸展的帶淺角度的凹凸面生長(zhǎng)，而在沒有掩模的露出部分，有同露出部對(duì)著的直線狀伸展的低缺陷單晶區(qū)Z、以及在其上形成的同露出部對(duì)著的直線狀伸展的深角度的凹凸面生長(zhǎng)。
74.按權(quán)利要求71至73中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于掩模是SiO2或Si3N4。
75.按權(quán)利要求71至73中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于掩模是Pt或W。
76.按權(quán)利要求71至73中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于掩模是多晶AlN或多晶GaN。
77.按權(quán)利要求71至73中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于掩模是表面有多晶GaN析出的SiO2。
78.按權(quán)利要求71至73中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于在襯底基板上形成GaN層構(gòu)成的取向生長(zhǎng)層后，形成掩模層，部分地蝕刻該掩模層，以圖案化成給定形狀，然后將之配置于形成缺陷集合區(qū)H的地方。
79.按權(quán)利要求71至73中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于在襯底基板上直接形成掩模層，部分地蝕刻該掩模層，以圖案化成給定形狀，然后將之配置于形成缺陷集合區(qū)H的地方。
80.按權(quán)利要求71至73中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于在將掩模層圖案化成給定形狀以當(dāng)作設(shè)置于襯底基板的用于生成缺陷集合區(qū)H的掩模的時(shí)候，在沒被掩模所覆蓋的露出區(qū)，同時(shí)形成用于進(jìn)行取向橫行超越生長(zhǎng)的圖案，進(jìn)行長(zhǎng)晶。
81.按權(quán)利要求71至73中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于用于形成直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的掩模的寬度s為10μm-250μm。
82.按權(quán)利要求72所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于用于形成直線狀晶體缺陷集合區(qū)H的掩模等間隔排列的間距p為20μm-2000μm。
83.一種單晶氮化鎵基板制造方法，其特征在于對(duì)晶體進(jìn)行機(jī)械加工之后，施以研磨，從而做成具有平坦表面的基板；該晶體是這樣形成的長(zhǎng)晶時(shí)，具有直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H而生長(zhǎng)，將單晶部Z、Y與缺陷集合區(qū)H的交界K及內(nèi)部S當(dāng)作單晶部Z、Y的變位的消滅或積蓄之所而生長(zhǎng)，據(jù)此減少單晶部Z、Y的變位。
84.一種單晶氮化鎵基板制造方法，其特征在于對(duì)晶體進(jìn)行機(jī)械加工之后，施以研磨，從而做成具有平坦表面的基板；該晶體是這樣形成的長(zhǎng)晶時(shí)的生長(zhǎng)表面上，形成凹凸面構(gòu)成的谷，在谷底具有直線狀有寬晶體缺陷集合區(qū)H而生長(zhǎng)，據(jù)此減少單晶部Z、Y的變位。
85.按權(quán)利要求83或84所述的單晶氮化鎵基板制造方法，其特征在于所述機(jī)械加工至少包括薄片加工、磨削加工、拋光加工當(dāng)中的某一種。
86.按權(quán)利要求78或79所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于采用GaN、藍(lán)寶石、尖晶石、SiC、GaAs作襯底基板。
87.按權(quán)利要求1、2、5、6中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于只晶體缺陷集合區(qū)H不呈有寬直線狀、具有寬度但卻時(shí)有間斷。
88.按權(quán)利要求43至50中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，其特征在于只晶體缺陷集合區(qū)H不呈有寬直線狀、具有寬度但卻時(shí)有間斷。
89.按權(quán)利要求1至33中任一項(xiàng)所述的單晶氮化鎵基板，其特征在于在低缺陷單晶區(qū)Z的晶體缺陷集合區(qū)H附近30μm的區(qū)域，貫通變位密度稍高，在3×107cm-2以下。
90.一種單晶氮化鎵基板制造方法，其特征在于讓晶體厚厚地長(zhǎng)晶，當(dāng)作坯料，然后通過對(duì)該長(zhǎng)厚晶體進(jìn)行薄片加工得到多張氮化鎵晶體；所述晶體是這樣形成的在長(zhǎng)晶表面形成沿長(zhǎng)度方向伸展的帶狀斜面構(gòu)成的凹凸面，在兩側(cè)具有該凹凸面的谷間底部形成晶體缺陷集合區(qū)H，維持這些形狀而連續(xù)生長(zhǎng)，將晶體缺陷集合區(qū)H周圍的低缺陷單晶區(qū)Z、C面生長(zhǎng)區(qū)Y的變位吸入，以減少變位。
91.一種單晶氮化鎵基板制造方法，其特征在于制作厚厚地長(zhǎng)晶的坯料，然后通過對(duì)晶體進(jìn)行薄片加工得到多張氮化鎵晶體；所述坯料是通過如是長(zhǎng)晶方式形成的將單晶氮化鎵基板當(dāng)作晶種，讓氮化鎵在其上生長(zhǎng)，在晶種的晶體缺陷集合區(qū)H上生長(zhǎng)缺陷集合區(qū)H，在晶種的低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y之上又生長(zhǎng)低缺陷單晶區(qū)Z或C面生長(zhǎng)區(qū)Y；所述單晶氮化鎵基板是這樣構(gòu)成的沿表面上一方向和厚度方向直線狀伸展的有寬低缺陷單晶區(qū)Z的大致中央，存在有沿表面上同一方向和厚度方向直線狀伸展、有寬大致直線狀伸展且有寬的為低缺陷單晶但電阻率不同的C面生長(zhǎng)區(qū)Y，該C面生長(zhǎng)區(qū)Y大致垂直于基板表面、被夾在低缺陷單晶區(qū)Z之間并通過基板內(nèi)部而存在，這低缺陷單晶的3個(gè)區(qū)域ZYZ構(gòu)成一組、被夾在被晶體缺陷集合區(qū)H、H之間，從而有構(gòu)造HZYZHZYZ...有規(guī)律地多次重復(fù)地存在于整個(gè)基板上。
92.一種單晶氮化鎵基板制造方法，其特征在于制作坯料，然后通過對(duì)晶體進(jìn)行薄片加工得到多張氮化鎵晶體；所述坯料是通過如是長(zhǎng)晶方式形成的將單晶氮化鎵基板當(dāng)作晶種，讓氮化鎵在其上生長(zhǎng)，在晶種的晶體缺陷集合區(qū)H上形成角度淺的凹凸面構(gòu)成的坑的底，在該底上形成晶體缺陷集合區(qū)H，還在晶種的低缺陷單晶區(qū)Z及C面生長(zhǎng)區(qū)Y之上又生成凹凸面構(gòu)成的斜面或水平凹凸面，讓低缺陷單晶區(qū)Z或C面生長(zhǎng)區(qū)Y生長(zhǎng)；所述單晶氮化鎵基板是這樣構(gòu)成的沿表面上一方向和厚度方向直線狀伸展的有寬低缺陷單晶區(qū)Z的大致中央，存在有沿表面上同一方向和厚度方向直線狀伸展、有寬大致直線狀伸展且有寬的為低缺陷單晶但電阻率高的C面生長(zhǎng)區(qū)Y，該C面生長(zhǎng)區(qū)Y大致垂直于基板表面、被夾在低缺陷單晶區(qū)Z之間并通過基板內(nèi)部而存在，這低缺陷單晶的3個(gè)區(qū)域ZYZ構(gòu)成一組、被夾在被晶體缺陷集合區(qū)H、H之間，從而有構(gòu)造HZYZHZYZ...有規(guī)律地多次重復(fù)地存在于整個(gè)基板上。
全文摘要
一種單晶氮化鎵長(zhǎng)晶方法，在襯底基板上有規(guī)律地設(shè)條紋圖案，在其長(zhǎng)形成凹凸面構(gòu)成的V溝(谷)并加以維持，同時(shí)讓GaN凹凸生長(zhǎng)，凹凸面構(gòu)成的V溝(谷)底部形成缺陷集合區(qū)H，將變位集結(jié)于此，實(shí)現(xiàn)其周圍的低缺陷單晶區(qū)Z與C面生長(zhǎng)區(qū)Y的低變位化?？朔诉@些難點(diǎn)自凹凸面構(gòu)成的坑的中央變位變位零亂分布、生成放射狀面狀缺陷、坑生成位置不可控制。
文檔編號(hào)C30B29/38GK1411035SQ0214571
公開日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月9日
發(fā)明者元木健作, 弘田龍, 岡久拓司, 中畑成二 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社