專利名稱：：Iii族氮化物單晶生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種生長(zhǎng)具有良好的結(jié)晶度的低位錯(cuò)密度的m族氮化物單晶。
背景技術(shù)：
：in族氮化物晶體，諸如AlxGai.xN(0<x《l，下文與此相同)單晶，作為用于構(gòu)建半導(dǎo)體器件的材料是特別有用的，所述半導(dǎo)體器件諸如發(fā)光二極管、電子器件和半導(dǎo)體傳感器。所提出的關(guān)于如何制造該m族氮化物單晶的示例包括氣相技術(shù)，特別地其中包括從獲得具有令人滿意的結(jié)晶度的晶體的角度，挑選升華，其中晶體在x射線衍射峰的半峰處具有窄的全寬度。(例如，關(guān)于美國(guó)專利No.5,858,086(專利文獻(xiàn)1)、美國(guó)專利No.6,296,956(專利文獻(xiàn)2)和美國(guó)專利No.6,001,748(專利文獻(xiàn)3)的說(shuō)明書。)然而，在嘗試通過(guò)升華制造m族氮化物體單晶時(shí)，例如(在下文中相似地重復(fù))2英寸(約5.08cm)的直徑X2mm或更大的厚度，主要由于不存在理想地用于底層基板的高質(zhì)量晶體，導(dǎo)致了問(wèn)題，即晶體生長(zhǎng)不均勻并且位錯(cuò)密度增加、結(jié)晶度劣化和易于發(fā)生多晶化，因此仍需提出穩(wěn)定地生長(zhǎng)具有實(shí)用尺寸、低位錯(cuò)密度和良好的結(jié)晶度的AlxGa^N單晶的方法。專利文獻(xiàn)l:美國(guó)專利No.5,858,086說(shuō)明書專利文獻(xiàn)2:美國(guó)專利No.6，296，956說(shuō)明書專利文獻(xiàn)3:美國(guó)專利No.6,001,748說(shuō)明書
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明待解決的問(wèn)題本發(fā)明的目的在于提供一種穩(wěn)定地生長(zhǎng)具有低位錯(cuò)密度和良好的結(jié)晶度的III族氮化物體單晶。解決問(wèn)題的手段本發(fā)明是一種ni族氮化物單晶生長(zhǎng)方法，其具有步驟將源材料放置在坩堝中，并且升華源材料以在坩堝中生長(zhǎng)AlxGai.xN(0<x《l)單晶，其中源材料包括AlyGai.yN(0<y《l)源和雜質(zhì)元素，該雜質(zhì)元素選自由IVb族元素和IIa族元素所組成的組中的至少之一。在根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法中，在坩堝中提供第一源材料室，第二源材料室和晶體生長(zhǎng)室，在第一和第二源材料室之間，以及第一和第二源材料室中的至少一個(gè)源材料室和晶體生長(zhǎng)室之間提供了通風(fēng)開口，并且AlyGaLyN源材料可被配置在第一源材料室中，而雜質(zhì)元素可被配置在第二源材料室中。而且，在根據(jù)本發(fā)明的in族氮化物單晶生長(zhǎng)方法中，源材料可以是AlyGat.yN源和雜質(zhì)元素的混合物。而且，Si、C和Ge中的任何一個(gè)可被用作雜質(zhì)元素。此外，在源材料中，雜質(zhì)元素的原子摩爾數(shù)nE與AlyGa^N源中的Al原子摩爾數(shù)iia的比nE/iu可以是0.01-0.5，含0.01和0.5。同時(shí)，雜質(zhì)元素的原子摩爾數(shù)nE與源材料中包含的氧原子摩爾數(shù)no的比riE/no為2~1X104，含2和1X104。此外，該坩堝可由金屬碳化物形成。而且，底層基板可被配置在坩堝中，以在底層基板上生長(zhǎng)AlxGai—XN單晶?？梢允笰lxGai.xN單晶的直徑達(dá)到超過(guò)2英寸的幅度。IH族氮化物單晶生長(zhǎng)方法可以進(jìn)一步包括步驟升華AltGaLtN(0<t《l)源，以使單晶態(tài)單晶體AlsGai.sN(0<s《l)生長(zhǎng)到AlxGai.xN單晶上，其中相比于AlxGai.XN單晶中的雜質(zhì)元素的濃度，AlsGai.SN(0<s《1)單晶的雜質(zhì)元素的濃度較低。發(fā)明效果本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定地生長(zhǎng)具有低位錯(cuò)密度和良好的結(jié)晶度的m族氮化物體單晶的方法。圖i是用于說(shuō)明實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的ni族氮化物單晶生長(zhǎng)方法的一種模式的示意性截面視圖。圖2是用于說(shuō)明實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的ni族氮化物單晶生長(zhǎng)方法的不同模式的關(guān)鍵特征的示意性截面視圖。圖3是用于說(shuō)明實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法的不同模式的關(guān)鍵特征的示意性截面視圖。圖4是用于說(shuō)明實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的ni族氮化物單晶生長(zhǎng)方法的再一不同模式的關(guān)鍵特征的示意性截面視圖。圖5是用于說(shuō)明實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的m族氮化物單晶生長(zhǎng)方法的另一不同模式的關(guān)鍵特征的示意性截面視圖。圖6是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的in族氮化物單晶生長(zhǎng)方法的另一不同實(shí)施例模式的關(guān)鍵特征的示意性截面視圖。圖例i:源材料；2:AlyGa!-yN源；3:雜質(zhì)元素；4:AlxGa,.xN單晶；5:AlsGa^N單晶；7:MGa丄-tN源；9:底層基板；10:升華爐；11:反應(yīng)腔室；lla:N2氣體入口；lib:N2氣體出口；12-坩堝；12a、12b、12c和12e:通風(fēng)開口；12p:第一源材料室；12q:第二源材料室；12n晶體生長(zhǎng)室；13:加熱器；14:高頻加熱線圈；15-輻射溫度計(jì)；16:底層基板保護(hù)器。具體實(shí)施例方式實(shí)施例模式1參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法的一個(gè)實(shí)施例模式的特征在于，其具有步驟將源材料1放置在坩堝12中，并且升華源材料1以在坩堝12中生長(zhǎng)AlxGai.xN(0<X《l，下文同此)單晶4,并且特征在于，源材料l由AlyGa,.yN(0<y《l，下文同此)源2和雜質(zhì)元素3組成，并且雜質(zhì)元素是選自IVb族元素和IIa族元素所組成的組中的至少一種元素。對(duì)于源材料1的升華，通過(guò)使該源材料1包括AlyGa^N源2，其是用于形成AlxGai.xN單晶4的直接源材料，以及包括至少一種雜質(zhì)元素3，其選自IVb族元素和IIa族元素，使得AlyGai.yN單晶4的生長(zhǎng)速率提高，從而穩(wěn)定地生長(zhǎng)具有低位錯(cuò)密度和良好的結(jié)晶度的AlxGai.xN體單晶4?？梢源_信該雜質(zhì)元素E與Al反應(yīng)以變?yōu)锳lpEq(g)(這里，p和q是正數(shù))，并且在ALGaLxN單晶4的生長(zhǎng)過(guò)程中用作用于輸送A1的材料，這提高了晶體生長(zhǎng)速率，并且減少了位錯(cuò)密度，增強(qiáng)了結(jié)晶度。此處，只要源材料1包括AlyGai.yN源材料2和選自IVb族元素和IIa族元素所組成的組中的至少一種雜質(zhì)元素3即可，對(duì)于它們被包括在源材料中的方式?jīng)]有限制。因此，可以分別地將AlyGaLyN源2以聚合的方式以及將雜質(zhì)元素3以聚合的方式配置在坩堝12中，如圖1中所示。而且，如圖2中所示，AlyGai.yN源2和雜質(zhì)元素3也可以以混合的方式一起配置在坩堝12中。而且，如圖3中所示，對(duì)于第一和第二源材料室12p、12q，其中室中的氣體可以經(jīng)由坩堝12中提供的通風(fēng)開口12a交換，AlyGa^N源材料2可以配置在第一源材料室12p中，而雜質(zhì)元素3可以配置在第二源材料室12q中。而且，對(duì)形成AlyGai.yN源材料2和雜質(zhì)元素3的材料沒有特別限制，只要AlyGa,.yN源材料2和雜質(zhì)元素3具有能夠控制其相對(duì)比例的形式，即，如果其具有固體形式，則其可以是塊狀的、粒狀的和粉狀的。應(yīng)當(dāng)理解，在柑堝12、源材料室12p、12q和下文將解釋的晶體生長(zhǎng)室12r形成雜質(zhì)元素3的情況中，不能控制雜質(zhì)元素3的濃度，其阻礙上文的雜質(zhì)元素在AlxGa^N單晶的生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮作用。此外，當(dāng)x=y=l時(shí)，AlyGaLyN源材料2的化學(xué)組分和由其產(chǎn)生的AM3a^N單晶4的化學(xué)組分相互一致，但是在x-尸l以外的情況中，根據(jù)AlyGa^N源升華的條件并且根據(jù)AlxGai.xN單晶4生長(zhǎng)的條件，其化學(xué)組分通常是互不相同的。一旦定義了AlyGai.yN源的升華條件和AlxGai_xN單晶4的生長(zhǎng)條件，即確定了所需用于產(chǎn)生具有給定化學(xué)組分的AlxGai.xN單晶的AlyGa,.yN源材料2的化學(xué)組分。此處，本實(shí)施例中利用的升華方法意指如下方法，其中參考圖l，使包括AlyGai.yN源2的源材料1升華，然后再次使其凝固以產(chǎn)生AlxGai.xN單晶4。在升華晶體生長(zhǎng)的過(guò)程中，例如，使用如圖1中所示的垂直高頻加熱升華爐10。將具有通風(fēng)開口12的WC坩堝12安置在垂直升華爐IO中的反應(yīng)腔室11的中心部分中，在坩堝12周圍提供加熱器13，使得確保了從坩堝12的內(nèi)部到外部的通風(fēng)。而且，用于對(duì)加熱器13加熱的高頻加熱線圈14沿反應(yīng)腔室11的外側(cè)面中心安置。此外，在反應(yīng)腔室11的端部處提供用于將N2氣體輸送到坩堝12外的反應(yīng)腔室11中的N2氣體入口lla，出口llc，以及用于測(cè)量坩堝12的底面和頂面的溫度的輻射溫度計(jì)15。參考圖1，通過(guò)如下方式，可以使用上文的垂直升華爐10制造AlxGai.xN單晶4。包括AlyGai.yN源2的雜質(zhì)元素3的源材料1容納在坩堝12的下面部分中，并且將N2氣體連續(xù)地輸送到反應(yīng)腔室11中，通過(guò)使用高頻加熱線圈14對(duì)加熱器13加熱使柑堝12中的溫度升高，并且使坩堝12中容納源材料1的部分的溫度保持高于坩堝12中的剩余部分的溫度，以使源材料l中AlxGa"N和的雜質(zhì)元素升華，隨后在坩堝12的上面部分中使AlxGai.xN再次凝固以生長(zhǎng)AlxGai.xN單晶4。此處，在AlxGa^N單晶4的生長(zhǎng)過(guò)程中，使坩堝12中容納源材料1的部分的溫度達(dá)到1600'C230(TC的水平，并且使坩堝12中的上面部分(生長(zhǎng)AlxGa^N單晶的地方)的溫度比坩堝12中容納源材料1的部分的溫度低約10°C~200°C,由此，可以獲得具有良好的結(jié)晶度的AM3a^N單晶4。而且，在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中還連續(xù)地使N2氣體輸送到坩堝12外的反應(yīng)腔室11中，減少了雜質(zhì)與AlxGa^N單晶4的混合。此外，在坩堝12中的溫度升高過(guò)程中，使除了坩堝12中容納源材料的部分以外的部分的溫度高于坩堝12中容納源材料1的部分的溫度，可以經(jīng)由通風(fēng)開口12e從坩堝12中移除雜質(zhì)，使得可以進(jìn)一步減少雜質(zhì)與AlxGai.xN單晶4的混合。在該實(shí)施例模式中，雜質(zhì)元素是選自IVb族元素和IIa族元素所組成的組中的至少一種元素。被確信用作用于輸送Al的材料的IVb和IIa元素，提高了AlxGa^N單晶的生長(zhǎng)速率并且增強(qiáng)了結(jié)晶度。此處，IVb族元素意指在元素周期表中被分類到IVb族的元素，并且C(碳)、Si(硅)和Ge(鍺)屬于IVb族元素。另一方面，IIa族元素，其被稱為堿土金屬，意指在元素周期表中被分類到IIa族的元素，并且Mg(鎂)和Ca(鈣)屬于IIa族元素。可以同時(shí)使用選自上文的IVb和IIa元素的多種雜質(zhì)元素。然而，從IVb族元素中選擇多種元素(例如，Si和C)不是最優(yōu)選的，這是因?yàn)檫x定的多種元素(Si和C)相互反應(yīng)形成穩(wěn)定的化合物(SiC)，并且因此喪失了用作用于輸送A1的材料的作用，有時(shí)導(dǎo)致未能提供充分提高AlxG^xN單晶生長(zhǎng)和增強(qiáng)結(jié)晶度的優(yōu)點(diǎn)。此處，雜質(zhì)元素優(yōu)選地是Ai、C和Ge中的任一。對(duì)于上文的雜質(zhì)元素，出于提高AlxGai.xN單晶生長(zhǎng)速率和增強(qiáng)結(jié)晶度的角度，從Ivb族元素中選取的任何一種特定的元素，特別是其中的Si、C或Ge，是優(yōu)選的。在該實(shí)施例的源材料1中，雜質(zhì)元素3的原子摩爾數(shù)IlE與AlyGa,-yN源2中的Al的原子摩爾數(shù)nA的比nE/nA(簡(jiǎn)單地，被稱為摩爾比nE/nA，下文同此)優(yōu)選地是0.01-0.5，含0.01和0.5，更優(yōu)選地是0.05~0.5，含0.05和0.5。在小于0.01的摩爾比nE/nA下，雜質(zhì)元素在用作用于輸送Al的材料方面具有被削弱的作用，并且在大于0.5的摩爾比nE/nA下，阻礙了A1XG&1.XN單晶4的生長(zhǎng)。而且，雜質(zhì)元素3的原子摩爾數(shù)llE與源材料l中包含的氧原子摩爾數(shù)no的比nE/n0(簡(jiǎn)單地，被稱為摩爾比nE/nQ，下文同此)為2~1X104，含2和1X104。由于小于2的摩爾比&/110使得雜質(zhì)元素3的相對(duì)原子摩爾數(shù)較小，使得雜質(zhì)元素3作為用于輸送Al的材料是不太有效的，并且大于lX10"的摩爾比nE/iio使得雜質(zhì)元素3的相對(duì)原子摩爾數(shù)過(guò)大，這兩個(gè)摩爾比范圍均阻礙了AlxGa^N單晶的生長(zhǎng)。出于該角度，摩爾比nE/no優(yōu)選地是31X104，含3和1X104，更優(yōu)選地是10~1X104，含10和1X104。此處，利用使預(yù)定量的源材料l與過(guò)量的碳反應(yīng)而生成的一氧化碳產(chǎn)物，計(jì)算源材料l中包含的氧原子摩爾數(shù)。而且，源材料1中包含的氧原子有時(shí)減少了上文的本發(fā)明預(yù)期的雜質(zhì)元素3發(fā)揮的作用，并且直接阻礙了AlxGa^N單晶4的生長(zhǎng)。出于該原因，源材料1中氧摩爾含量aMo優(yōu)選地是1摩爾％或更少，更優(yōu)選地是O.l摩爾％或更少，其中利用源材料1中包括的AiyGai.yN源2的摩爾數(shù)iim和源材料1中包含的氧原子摩爾數(shù)n0，通過(guò)aMO=100Xno/nM來(lái)定義該在該實(shí)施例模式中，在雜質(zhì)元素3的原子摩爾數(shù)ne相對(duì)于AlyGa^N源2中的Al原子摩爾數(shù)是特別小的(例如，摩爾比nB/iiA小于O.Ol)情況中，以及在雜質(zhì)元素3的原子摩爾數(shù)iiE相對(duì)于AlyGai.yN源2中包含的氧原子摩爾數(shù)no較小(例如，摩爾比nE/no小于3)情況中，會(huì)阻礙穩(wěn)定的晶體生長(zhǎng)，引起較低的生長(zhǎng)速率，導(dǎo)致結(jié)晶度劣化。此處，所使用的雜質(zhì)元素3除了單種元素物質(zhì)的形式以外，可以具有多種化合物的形式。然而，由于氧化物阻礙晶體生長(zhǎng)，例如，它們?cè)黾恿苏w源材料1中的氧含量，并且使上文的本發(fā)明預(yù)期的雜質(zhì)元素3的作用不太有效，因此氧化物不是優(yōu)選的。此外，在該實(shí)施例模式中，在生長(zhǎng)AlxGa^N單晶4之前，可以對(duì)源材料l進(jìn)行熱處理，其中將雜質(zhì)元素3添加到AlyG^.yN源2。出于減少自IVb族元素選取的任何一種特定元素以及選自IIa族元素構(gòu)成的組中的除了雜質(zhì)元素3以外的雜質(zhì)元素的角度，并且出于激活源材料1中的雜質(zhì)元素3并且提高分散性的角度，在晶體生長(zhǎng)之前對(duì)源材料1進(jìn)行熱處理是優(yōu)選的。在晶體生長(zhǎng)之前的源材料1的熱處理的實(shí)現(xiàn)方案中，在晶體生長(zhǎng)之前經(jīng)歷了熱處理的源材料1中，雜質(zhì)元素3的原子摩爾數(shù)iie與AlyGai.yN源2中的Al原子摩爾數(shù)iu的比(即摩爾比nE/nA)、源材料1中的氧摩爾含量aM0、和雜質(zhì)元素3的原子摩爾數(shù)nE與AlyGai.yN源2中包含的氧原子摩爾數(shù)n0的比(即摩爾比nE/n0)優(yōu)選地在上文的范圍內(nèi)。而且，在該實(shí)施例模式中，坩堝12沒有特別限制，但是出于穩(wěn)定地生長(zhǎng)AlxGai_xN單晶4的角度，坩堝12優(yōu)選地由不與AlyGai.yN源2或雜質(zhì)元素3反應(yīng)的材料形成，或者由在AlxGauXN單晶4的生長(zhǎng)過(guò)程中不易劣化且不會(huì)將雜質(zhì)元素3釋放到生長(zhǎng)晶體的氣氛中的材料形成，并且優(yōu)選地，坩堝12特別地由金屬碳化物形成。用于形成坩堝12的金屬碳化物的優(yōu)選示例包括TiC、XrC、NbC、TaC、MoC和WC。主要由于雜質(zhì)元素3被釋放到晶體生長(zhǎng)的氣氛中，因此雜質(zhì)元素3被無(wú)意地提供給生長(zhǎng)的晶體，在該情況中，該氣氛中的雜質(zhì)元素3的含量在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中可能變化(例如，該含量逐漸變多)，并且因此阻礙晶體生長(zhǎng)。實(shí)施例模式2參考圖l和2，根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法的另一實(shí)施例模式與實(shí)施例模式1的共同之處在于具有如下步驟，將源材料1配置在坩堝12中，并且升華源材料2以在坩堝12中生長(zhǎng)AlxGa,.xN單晶4，并且其中源材料l包括AlyGaLyN源2和雜質(zhì)元素3，并且雜質(zhì)3是選自IVb族元素和IIa族元素所組成的組中的至少之一。在實(shí)施例模式1中，分別將AlyG^.yN源2以聚合的方式以及將雜質(zhì)元素3以聚合的方式配置在坩堝12中，然而本實(shí)施例的不同之處在于，參考圖2,在上文的步驟中將源材料1以下述方式配置在塒堝12中，其中AlyGaLyN源2和雜質(zhì)元素3被混合在一起。由于在本實(shí)施例中配置在坩堝12中的材料源1是AlyGai.yN源2和雜質(zhì)元素3的混合物，因此在源材料1升華之后，更易于使AlyGai.yN氣體源和雜質(zhì)元素氣體在坩堝12中的分布均勻，并且因此更加穩(wěn)定地生長(zhǎng)AlxGa^N單晶4。此處，優(yōu)選地如實(shí)施例模式l，在本實(shí)施例模式中，雜質(zhì)元素也是Si、C和Ge中的任何一個(gè)，摩爾比tiE/nA是0.010.5，含0.01禾卩0.5，摩爾比nE/no是3lX104，含3和1X104，并且坩堝12由金屬碳化物組成。實(shí)施例模式3參考圖l和3，根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法的另一實(shí)施例模式與實(shí)施例模式1的共同之處在于具有如下步驟，將源材料1配置在坩堝12中，并且升華源材料1以在坩堝12中生長(zhǎng)AlxGai—xN單晶4，并且其中源材料1包括AlyGaLyN源2和雜質(zhì)元素3，并且雜質(zhì)3是選自由IVb族元素和IIa族元素所組成的組中的至少之一。在實(shí)施例模式1中，分別將AlyGa"N源2以聚合的方式以及將雜質(zhì)元素3以聚合的方式配置在坩堝12中，并且實(shí)施例模式2中，AlyGa,-yN源2和雜質(zhì)元素3被混合在一起配置在坩堝12中，然而本實(shí)施例的不同之處在于，參考圖3，在坩堝12中提供第一源材料室12p、第二源材料室12q和晶體生長(zhǎng)室12r，在第一和第二源材料室12p、12q之間，以及在第一和第二源材料室12p、12q至少之一和晶體生長(zhǎng)室12r之間提供通風(fēng)開口12a、12b和12c，并且AlyGai.yN源2被配置在第一源材料室12p中，雜質(zhì)元素3被配置在第二源材料室12q中。由于在本實(shí)施例模式中，AlyGa^N源2和雜質(zhì)元素3被分別配置在第一和第二源材料室12p、12q中，其中室中的氣體可以經(jīng)由通風(fēng)開口12a交換，因此可以在AlyGaLyN源2和雜質(zhì)元素3之間沒有直接接觸的情況下使坩堝12中的AlyGaLyN氣體源和雜質(zhì)元素氣體更加均勻，其中源材料1已在坩堝12中升華，實(shí)現(xiàn)了更加穩(wěn)定的AlxGa^N單晶4生長(zhǎng)。此處，圖3說(shuō)明了如下示例，其中在第一和第二源材料室12p、12q之間，在第一源材料室12p和晶體生長(zhǎng)室12r之間，并且在第二源材料室12q和晶體生長(zhǎng)室12r之間分別提供了通風(fēng)開口12a、12b和12c，但是在本實(shí)施例模式中，對(duì)于通風(fēng)開口12b和12c，有利地是可以提供其中至少之一。此外，優(yōu)選地如實(shí)施例模式1和2，在本實(shí)施例模式中，雜質(zhì)元素也是Si、C和Ge中的任何一個(gè)，摩爾比nE/iiA是0.01~0.5，含0.01和0.5，摩爾比nE/no是2lX104，含2和1X104，并且坩堝12由金屬碳化物形成。實(shí)施例模式4參考圖l和4，根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法的另一實(shí)施例模式與實(shí)施例模式1的共同之處在于具有如下步驟，將源材料1配置在坩堝12中，并且升華源材料1以在坩堝12中生長(zhǎng)AM3a^N單晶4，并且其中源材料1包括AlyGa,-yN源2和雜質(zhì)元素3，并且雜質(zhì)3是選自由IVb族元素和IIa族元素所組成的組中的至少之一。根據(jù)實(shí)施例模式13，其中未將底層基板配置在坩堝12中，并且相對(duì)于配置源材料1的端部，在坩堝12的相對(duì)的端部上生長(zhǎng)AlxGai.xN單晶4，然而，本實(shí)施例模式的不同之處在于，參考圖4，下基板9也被放置在坩堝12中并且在下基板9上生長(zhǎng)AlxGai.xN單晶4。此處，盡管圖4示出了將已混合有AlyG^.yN源2和雜質(zhì)元素3的源材料1配置在坩堝12中(按照與實(shí)施例\模式2相同的方式配置源材料1)，但是對(duì)于如何配置源材料，可以采用與實(shí)施例模式1和3相同的方式。在本實(shí)施例模式中，使AlxGai.xN單晶4生長(zhǎng)到下基板9上實(shí)現(xiàn)了更加穩(wěn)定的AlxGa^N單晶4生長(zhǎng)。此處，下基板9沒有特別限制，只要可以在其上生長(zhǎng)AlxGai.xN單晶4，因此其可以是化學(xué)組分與AlxGai.xN單晶相同的任何同質(zhì)基板和化學(xué)組分與AlxGai.xN單晶不同的非同質(zhì)基板。出于提高結(jié)晶度的角度，晶格常數(shù)與同質(zhì)基板或AlxGaUxN單晶略有不同的非同質(zhì)基板是優(yōu)選的。而且，出于產(chǎn)生AlxGa^N體單晶的角度，下基板9優(yōu)選地是直徑大的體基板。出于該角度，優(yōu)選地利用SiC、A1203、GaN基板。在本實(shí)施例模式中，使用直徑為2英寸或更大的下基板使得能夠?qū)崿F(xiàn)直徑為2英寸或更大的AlxGa^N體單晶的生長(zhǎng)。應(yīng)當(dāng)理解，在制造晶體、基板和其他晶片時(shí)，通常制造直徑為l英寸、2英寸、4英寸和其他預(yù)定尺寸的晶片。即，盡管在單位轉(zhuǎn)換時(shí)1英寸是2.54cm，2英寸的直徑意指表示諸如基板和晶體的晶片直徑的所述尺寸之一，但是該直徑并非嚴(yán)格限于5.08cm，其包括制造誤差。此外，如實(shí)施例模式l，在本實(shí)施例模式中優(yōu)選地，雜質(zhì)元素也是Si、C和Ge中的任何一個(gè)，摩爾比tiE/nA是0.01-0.5，含0.01和0.5，摩爾比iiE/no是3lX104，含3和1X104，并且坩堝12由金屬碳化物形成。實(shí)施例模式5參考圖1、5和6，根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法的另一實(shí)施例模式進(jìn)一步包括步驟升華AltGai.tN(0<t《l)源7以使AlsGai.sN(0<s《l)單晶(5)生長(zhǎng)到通過(guò)實(shí)施例模式1~4中的任何生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)的AM3a^N單晶4上，其中AlsGai.sN(0<s《l)單晶(5)具有比AlxGai.xN單晶4低的雜質(zhì)元素3的濃度。在本實(shí)施例模式中，可以使Al"Ga"2N單晶5生長(zhǎng)到具有良好的結(jié)晶度的AlxGai.xN單晶4上，Alx2Gai.x2N單晶5具有良好的結(jié)晶度、低的包含雜質(zhì)元素3的濃度、和高的通用多功能性。此處，AlxGai.xN單晶4和Alx2Gai.x2N單晶5中包含的雜質(zhì)元素的類型和濃度可通過(guò)二次離子質(zhì)譜法(SIMS)測(cè)量。在本實(shí)施例模式中，升華AltGat.tN(0<t《l)源7以使AlsGai.sN(0<s《l)單晶5生長(zhǎng)到AlxGa^N單晶4上的步驟沒有特別限帝U，其中AlsGai.sN(0<s《l)單晶5具有比AlxGai-xN單晶4低的包含雜質(zhì)元素3的濃度，因此參考圖5和6，該步驟可以通過(guò)如下方法執(zhí)行，將AltGaLtN源7而非雜質(zhì)元素作為源材料配置在坩堝12中。此處，參考圖5，進(jìn)一步使AlsGa^N單晶生長(zhǎng)到在下基板9上生長(zhǎng)的AlxGai-xN單晶4上。而且，參考圖6，將生長(zhǎng)的AlxGa^N單晶4處理到基板中，隨后進(jìn)一步使AlsGai.sN單晶生長(zhǎng)到該基板。此外，在AlxGai—XN單晶上生長(zhǎng)的AlsGai.sN單晶在化學(xué)組分上可以與AlxGa^N單晶4相同(s=x)或不同(s#x)。然而，出于生長(zhǎng)具有良好的結(jié)晶度的AlsGa,—sN單晶的角度，AlsGa^N單晶的化學(xué)組分與AlxGa^N單晶的化學(xué)組分優(yōu)選地接近，更優(yōu)選地相似。根據(jù)AltGawN源7的升華條件，并且根據(jù)AlsGaLsN單晶5的生長(zhǎng)條件，AltGai.tN源7的化學(xué)組分和由其產(chǎn)生的AlsGai.sN單晶5的化學(xué)組分在s=t=l時(shí)相同，但是在除了s=t=l以外的時(shí)候通常互不相同。一旦確定了AltGai.tN源7的升華條件和AlsGauN單晶5的生長(zhǎng)條件，即定義了用于產(chǎn)生具有預(yù)定化學(xué)組分的AlsGai.sN單晶5的AltGai.tN源7的化學(xué)組分。實(shí)施例實(shí)施例1參考圖1和4，A1N粉末(AlyGa!.yN源2)和Si粉末(雜質(zhì)元素3)被混合，使得Si粉末中的Si原子(雜質(zhì)元素3的原子)與AIN(AlyGa^N源2)粉末中的Al原子的摩爾比nE/nA是0.05，并且被配置為WC坩堝12的底部部分中的源材料1。而且，將直徑為2英寸(5.0Scm)SiC基板作為下基板9配置在坩堝12的頂部部分中。此處，AIN粉末和Si粉末(源材料l)中的氧摩爾百分比aMo是O.l，并且Si粉末的Si原子(雜質(zhì)元素3的原子)與AlN粉末和Si粉末(源材料l)中包含的氧原子的摩爾比i!E/no是20。此外，作為下基板保護(hù)器16的WC材料緊密附著到SiC基板(下基板9)的背面。下一步，將N2氣體連續(xù)地輸送到反應(yīng)腔室11中，使用高頻線圈14使坩堝12中的溫度升高。盡管坩堝12中的溫度在升高，但是柑堝12中配置SiC基板(下基板9)的部分中的溫度被配置為保持高于坩堝12中配置源材料1的部分中的溫度，借助于刻蝕來(lái)清潔SiC基板(下基板9)的正面，并且同時(shí)通過(guò)通風(fēng)開口12e移除自SiC基板(下基板9)和坩堝12內(nèi)部釋放的雜質(zhì)。隨后，使坩堝12中配置源材料1的部分中的溫度達(dá)到2100°C，并且使坩堝12中配置SiC基板(下基板9)的部分中的溫度達(dá)到200(TC，以使來(lái)自源材料l的A1N和C升華，并且AlN在SiC基板(下基板9)上再次凝固，其中SiC基板(下基板9)配置在坩堝12的頂部部分中，以生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa,.xN單晶4)。而且，在A1N單晶(AlxGai.xN單晶4)的生長(zhǎng)過(guò)程中，將N2氣體連續(xù)地輸送到坩堝12外部的反應(yīng)腔室中，并且控制N2氣體的引入和排放量，由此使坩堝12外部的反應(yīng)腔室11中的氣體的局部壓力達(dá)到101.3hPa1013hPa的水平。在上文的晶體生長(zhǎng)條件下進(jìn)行30h的A1N晶體(A^Ga^N單晶4)的生長(zhǎng)之后，將坩堝12冷卻到室溫，并且因此獲得了A1N晶體。獲得的A1N單晶(AlxGa^N單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X4mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為133/mi/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為70arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，由蝕坑密度(EPD:將由刻蝕導(dǎo)致的在正面上形成的凹坑密度當(dāng)作位錯(cuò)密度進(jìn)行計(jì)算的方法)計(jì)算的A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為5.0X105cm^表I中闡述了該結(jié)果。比較示例1通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa^N單晶4)，不同之處在于僅將不包括雜質(zhì)元素3得的A1N粉末(AlyGai.yN源2)用作源材料1。盡管所獲得的A1N單晶(AlxGai.xN單晶4)直徑為2英寸(5.08cm)，但是其厚度是不均勻的，其平均厚度為0.4mm，并且其生長(zhǎng)速率是13/mi/hr。此外，在SiC基板(下基板9)上發(fā)現(xiàn)其中未生長(zhǎng)A1N單晶的區(qū)域。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較大，為500arcsec，并且結(jié)晶度變壞。而且，在A1N單晶的(0002)晶面上的某些區(qū)域中散布有多晶。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較高，為1.0X109cnT2。表I中闡述了該結(jié)果。實(shí)施例2通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa^N單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將A1N粉末(AlyGa^N源2)和Si粉末(雜質(zhì)元素3)混合，使得Si粉末中的Si原子與A1N粉末中的Al原子的摩爾比riE/nA是0.01(源材料1中的氧摩爾百分比aMo是0.1mol%，并且Si粉末中的Si原子與源材料1中包含的氧原子的摩爾比iWno是4)。獲得的A1N單晶(AlxGa,.xN單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X3mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為100/mi/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為500arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為6.0X105cm'2。表I中闡述了該結(jié)果。實(shí)施例3通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa,.xN單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將A1N粉末(AlyG^.yN源2)和Si粉末(雜質(zhì)元素3)混合，使得Si粉末中的Si原子與A1N粉末中的Al原子的摩爾比rWnA是0.3(源材料1中的氧摩爾百分比aMo是0.1mol%，并且Si粉末中的Si原子與源材料1中包含的氧原子的摩爾比nE/no是60)。獲得的A1N單晶(AlxGai.xN單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X4.5mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為150/mi/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為100arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為7.0X10、m人表I中闡述了該結(jié)果。實(shí)施例4通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa^N單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將A1N粉末(AlyGai—yN源2)和Si粉末(雜質(zhì)元素3)混合，使得Si粉末中的Si原子與A1N粉末中的Al原子的摩爾比nE/nA是0.5(源材料1中的氧摩爾百分比aMo是0.1mol%，并且Si粉末中的Si原子與源材料1中包含的氧原子的摩爾比化/110是200)。獲得的A1N單晶(AlxGai-xN單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X5mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為166pm/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為120arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為8.0X105cnT2。表I中闡述了該結(jié)果。實(shí)施例5通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa^N單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將A1N粉末(AlyGaLyN源2)和C(碳)粉末(雜質(zhì)元素3)混合，使得C粉末中的C原子與A1N粉末中的Al原子的摩爾比i!e/iu是0.01(源材料1中的氧摩爾百分比aMo是O.lmol%，并且C粉末中的C原子與源材料1中包含的氧原子的摩爾比iiE/no是4)。獲得的A1N單晶(AlxGa^N單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X4.8mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為150pim/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為45arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為9.0X10、m—2。表I中闡述了該結(jié)果。實(shí)施例6通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa^N單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將A1N粉末(AlyGaiyN源2)和C(碳)粉末(雜質(zhì)元素3)混合，使得C粉末中的C原子與A1N粉末中的Al原子的摩爾比nE/iiA是0.05(源材料1中的氧摩爾百分比aMO是O.lmol%，并且C粉末中的C原子與源材料1中包含的氧原子的摩爾比nE/no是20)。獲得的A1N單晶(AlxGa^xN單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X9mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為300/mi/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為30arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為5.0X104cm—2。表I中闡述了該結(jié)果。實(shí)施例7通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa^N單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將A1N粉末(AlyGa,.yN源2)和C(碳)粉末(雜質(zhì)元素3)混合，使得C粉末中的C原子與A1N粉末中的Al原子的摩爾比nE/nA是0.3(源材料1中的氧摩爾百分比aMC)是0.1mol%，并且C粉末中的C原子與源材料1中包含的氧原子的摩爾比&/110是60)。獲得的A1N單晶(AlxGai.xN單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X10.5tmn厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為350/mi/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為30arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為6.0X104011—2。表I中闡述了該結(jié)果。實(shí)施例8通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGakN單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將A1N粉末(AlyGaLyN源2)和C(碳)粉末(雜質(zhì)元素3)混合，使得C粉末中的C原子與A1N粉末中的Al原子的摩爾比nE/nA是0.5(源材料1中的氧摩爾百分比aMC)是0.1mo1。/。，并且C粉末中的C原子與源材料1中包含的氧原子的摩爾比nE/no是200)。獲得的A1N單晶(AlxGai.xN單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X12mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為400/im/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為45arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為1.0X105cnT2。表I中闡述了該結(jié)果。表I<table>complextableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>實(shí)施例9通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa^N單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將A1N粉末(AlyGa,.yN源2)和Ge粉末(雜質(zhì)元素3)混合，使得Ge粉末中的Ge原子與A1N粉末中的Al原子的摩爾比tiE/iiA是0.05(源材料1中的氧摩爾百分比aMo是0.1mol%,并且Ge粉末中的Ge原子與源材料1中包含的氧原子的摩爾比riE/no是20)。獲得的A1N單晶(AlxGai.xN單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X6mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為200Mm/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為50arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為8.0X104cm.2。表II中闡述了該結(jié)果。實(shí)施例10通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa^N單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將A1N粉末(AlyGaLyN源2)和Ca粉末(雜質(zhì)元素3)混合，使得Ca粉末中的Ca原子與A1N粉末中的Al原子的摩爾比nE/iu是0.05(源材料1中的氧摩爾百分比aMo是O.lmol%，并且Ca粉末中的Ca原子與源材料l中包含的氧原子的摩爾比nE/no是20)。獲得的A1N單晶(AlxGa^N單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X3mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為100/mi/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為120arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為6.0X105cnT2。表n中闡述了該結(jié)果。實(shí)施例11通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AM3a^N單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將A1N粉末(AlyG^.yN源2)和Mg粉末(雜質(zhì)元素3)混合，使得Mg粉末中的Mg原子與A1N粉末中的Al原子的摩爾比nE/iu是0.05(源材料1中的氧摩爾百分比aMo是0.1mo1。/。，并且Mg粉末中的Mg原子與源材料1中包含的氧原子的摩爾比iiE/no是20)。獲得的A1N單晶(AlxGa^N單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X2mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為67/mi/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為150arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為7.0X105cm-2。表II中闡述了該結(jié)果。實(shí)施例12通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa,.xN單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將A1N粉末(AlyGa,-yN源2)和Si和Ca粉末(雜質(zhì)元素3)混合作為源材料l，使得Si粉末中的Si原子和Ca粉末中的Ca原子與AlN粉末中的Al原子的摩爾比nE/ru分別是0.025和0.025(源材料1中的氧摩爾百分比aMo是0.1mmol%，并且Si粉末的Si原子和Ca粉末的Ca原子與源材料1中包含的氧原子的摩爾比化/110分別是10和10)。獲得的A1N單晶(AlxGai.xN單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X4.5mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為150/mi/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為70arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為5.0X105cm'2。表II中闡述了該結(jié)果。實(shí)施例13通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa^N單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將A1N粉末(AlyG^.yN源2)和C和Ca粉末(雜質(zhì)元素3)混合，使得C粉末中的C原子和Ca粉末中的Ca原子與A1N粉末中的Al原子的摩爾比iWnA分別是0.025和0.025(源材料1中的氧摩爾百分比aMo是0.1mo1。/。，并且C粉末中的C原子和Ca粉末中的Ca原子與源材料1中包含的氧原子的摩爾比nE/no分別是10和10)。獲得的A1N單晶(AlxGai-xN單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X6mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為200/mi/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為45arcsec，并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，A1N單晶的位錯(cuò)密度較低，為8.0X104cm—2。表II中闡述了該結(jié)果。實(shí)施例14通過(guò)與實(shí)施例1相同的方式生長(zhǎng)A1N單晶(AlxGa^N單晶4)，不同之處在于將混合物用作源材料1，其中將Alo.65Ga().35N粉末(AlyGa,.yN源2)和C粉末混合，使得C粉末中的C原子與A1N粉末中的Al原子的摩爾比iWnA是0.05(源材料1中的氧摩爾百分比aMO是0.1mol%，并且C粉末中的C原子與源材料1中包含的氧原子的摩爾比tiE/no是20)。通過(guò)x射線光電子能譜法測(cè)量獲得的單晶的化學(xué)組分，其為Al0.8Ga0.2N。艮P，相比于AlyGa,.yN源2，獲得的AlxGai.xN單晶4具有較大比例的Al原子?？赡艿脑蛟谟?，C原子促進(jìn)了Al的輸送。獲得的Alo.sGa(uN單晶(AlxGai.xN單晶4)較大，為2英寸(5.08cm)直徑X8mm厚度，其厚度是均勻的，并且其生長(zhǎng)速率為266jtmi/hr。A1N單晶的(0002)晶面上的X射線衍射峰的半峰處的全寬度較小，為50arcsec,并且結(jié)晶度是優(yōu)選的。而且，AVsGa^N單晶的位錯(cuò)密度較低，為1.0X105cm—2。表II中闡述了該結(jié)果。表n<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>如由表I和II顯而易見的，在AlxGa^N單晶升華生長(zhǎng)中，存在作為待升華的源材料的AlyGa,.yN源，其具有自IVb族元素選取的任何特定元素并且具有選自IIa元素所組成的組中的至少一種雜質(zhì)元素，使得提高了晶體生長(zhǎng)速率，并且可以獲得具有良好的結(jié)晶度的低位錯(cuò)密度的AlxGa^N單晶。而且，使雜質(zhì)元素原子與待升華的源材料中包括的AlyGa^N源中的Al原子的摩爾比nE/nA是0.01~0.5，含0.01和0.5，并且/或者使雜質(zhì)元素原子與待升華的源材料中包含的氧原子的摩爾比nE/no是lXl(^或更小，使得保持晶體生長(zhǎng)速率較高，并且使得能夠獲得良好的結(jié)晶度的低位錯(cuò)密度的AlxGa^N單晶。實(shí)施例15如實(shí)施例5，生長(zhǎng)2英寸(5.08cm)直徑X4.8mm厚度的A1N單晶(AlxGa!.xN單晶4)。在該A1N單晶(AlxGai-xN單晶4)中，其位錯(cuò)密度較低，為9.0X104cnT2,并且對(duì)于通過(guò)SIMS測(cè)量的雜質(zhì)濃度，碳原子濃度約為lX1018cnf3,并且氧原子濃度是lX10"cn^或更小。參考圖5,隨后使A1N粉末升華以使另一A1N單晶(AlsGai—sN單晶5)生長(zhǎng)到A1N單晶(AlxGai.xN單晶4)上。如實(shí)施例5建立晶體生長(zhǎng)條件，不同之處在于，使坩堝12中配置AltGai.tN源7的部分中的溫度為2200°C，并且使坩堝12中生長(zhǎng)AlxGai.xN單晶4的部分端部中的溫度為2050°C。獲得的A1N單晶(AlsGai.sN單晶5)較大，為2英寸(5.08cm)直徑Xlmm厚度，其厚度是均勻的。A1N單晶(AlsGai.sN單晶5)的位錯(cuò)密度較低，為2.0X105cnr2，并且對(duì)于通過(guò)SIMS測(cè)量的雜質(zhì)濃度，碳原子和氧原子的濃度均是特別低的，為lX10"cm'3。如剛才描述的，使源材料l升華，其包括AlyGaLyN源2和選自由IVb族元素和1Ia族元素所組成的組中的至少一種雜質(zhì)元素3，以生長(zhǎng)AlxGa^N單晶4，以及使AltGa!.tN源7升華，以使AlsGai.sN單晶5生長(zhǎng)到AlxGai—XN單晶4上，其中在AlsGai.sN單晶5中包含的雜質(zhì)元素3的濃度比AlxGai.xN單晶4中包含的雜質(zhì)元素3的濃度低，使得可以獲得具有低位錯(cuò)密度和低雜質(zhì)濃度的AlsGaMN單晶5。本公開實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)方案示例應(yīng)在任何方面被視為說(shuō)明性的而非限制性的。本發(fā)明的范圍并非由前面的描述限定，而是由專利權(quán)利要求的范圍限定，并且應(yīng)涵蓋專利權(quán)利要求的范圍的等效物和該范圍中的所有修改方案。權(quán)利要求1.一種III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法，包括以下步驟將源材料(1)安放在坩堝(12)中；以及升華所述源材料(1)以在所述坩堝(12)中生長(zhǎng)AlxGa1-xN(0＜x≤1)單晶(4)，其中所述源材料(1)包括AlyGa1-yN(0＜y≤1)源(2)和雜質(zhì)元素(3)，并且所述雜質(zhì)元素(3)為選自由IVb族元素和IIa族元素所組成的組中的至少一種元素。2.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法，其中在所述坩堝(12)中提供第一源材料室(12p)，第二源材料室(12q)和晶體生長(zhǎng)室(12);在所述第一源材料室(12p)和所述第二源材料室(12q)之間、以及在所述第一和所述第二源材料室(12p、12q)中的至少一個(gè)源材料室與所述晶體生長(zhǎng)室(12r)之間提供通風(fēng)開口(12a、12b、12c);以及將所述AlyGa一N(0<y《1)源(2)設(shè)置在所述第一源材料室(12p)中，并且將所述雜質(zhì)元素(3)設(shè)置在所述第二源材料室(12q)中。3.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法，其中，所述源材料(1)是所述AlyGai-yN源(2)和所述雜質(zhì)元素(3)的混合物。4.如權(quán)利要求l所述的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述雜質(zhì)元素(3)是Si、C和Ge中的任意一種。5.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法，其中，在所述源材料(l)中，所述雜質(zhì)元素(3)的原子的摩爾數(shù)nE與所述AlyGaLyN源(2)中的Al原子的摩爾數(shù)iu的比tiE/nA在0.01至0.5之間且包含0.01和0.5。6.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法，其中，所述雜質(zhì)元素(3)的原子的摩爾數(shù)nE與所述材料源(1)中包含的氧原子的摩爾數(shù)no的比nE/no在2至1乂104之間且包含2和1X104。7.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法，其中，所述坩堝(12)由金屬碳化物形成。8.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法，進(jìn)一步包括以下步驟將底層基板(9)安置在所述坩堝(12)中，以在該底層基板(9)之上生長(zhǎng)所述AlxGa,.xN單晶(4)。9.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法，其中，所述AlxGa^N單晶(4)具有2英寸或者更大的直徑。10.—種ni族氮化物單晶生長(zhǎng)方法，包括以下步驟升華AltGai.tN(0<t《l)源(7)，以在如權(quán)利要求1所述的方法生長(zhǎng)的AlxGa!-xN單晶(4)之上生長(zhǎng)AlsGai.sN(0<s《l)單晶(5)，其中，相比于所述AlxGai.xN單晶(4)中的雜質(zhì)元素(3)的濃度，AlsGai.sN(0<s《l)單晶(5)所包含的雜質(zhì)元素(3)的濃度較低。全文摘要一種III族氮化物單晶生長(zhǎng)方法，該方法是一種通過(guò)升華以生長(zhǎng)Al_xGa_1-xN單晶(4)的方法，包括步驟，將源材料(1)放置在坩堝(12)中；并且升華源材料(1)以在坩堝(12)中生長(zhǎng)Al_xGa_1-xN(0＜x≤1)單晶(4)，其中源材料(1)包括Al_yGa_1-yN(0＜y≤1)源(2)和雜質(zhì)元素(3)，并且雜質(zhì)元素(3)為選自由IVb族元素和IIa族元素所組成的組中的至少之一。該生長(zhǎng)方法使得能夠穩(wěn)定地生長(zhǎng)具有低位錯(cuò)密度和良好的結(jié)晶度的III族氮化物體單晶。文檔編號(hào)C30B29/38GK101351579SQ20078000106公開日2009年1月21日申請(qǐng)日期2007年3月22日優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日發(fā)明者中幡英章,宮永倫正,川瀨智博,水原奈保,藤原伸介申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社