專利名稱：：氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片制造方法和外延晶片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片制造方法以及外延晶片。
背景技術(shù)：
：采用氮化鎵(GaN)晶體作為發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)等半導(dǎo)體器件的襯底。對于氮化鎵晶體，其具有3.4eV的能量帶隙和高導(dǎo)熱率，因?yàn)榭梢栽谠摼w的背面提供電極，所以可以降低半導(dǎo)體器件的驅(qū)動(dòng)(工作)電壓。這種半導(dǎo)體器件的制造方法的示例包括在日本未審査專利申請公布No.2005-251961(專利文獻(xiàn)l)中提出的以下方法。首先，通過沉積技術(shù)，如有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或氫化物氣相外延(HVPE)，將由III族氮化物晶體組成的籽晶層沉積在下襯底的第一主面上。之后，通過液相生長技術(shù)在籽晶上生長III族氮化物單晶并移除下襯底，由此制造m族氮化物單晶晶片。接下來，在III族氮化物單晶晶片的第一主面上形成半導(dǎo)體器件。然后，為了例如提高器件的散熱特性，通過研磨、拋光等對III族氮化物單晶晶片的第二主面進(jìn)行移除處理，以減小晶片的厚度。此外，例如，在日本未審查專利申請公布No.Hll-68156(專利文獻(xiàn)2)中，公開了通過MOCVD在襯底上沉積ni族氮化物半導(dǎo)體層。專利文獻(xiàn)2描述了在該生長中，在露點(diǎn)達(dá)到-90'C的精煉氫氣作為載氣的情況下，使用乙硅烷(Si2H6)來生長0.2jLiin厚的摻雜硅(Si)的n型GaN層。然而，如同在專利文獻(xiàn)l中一樣，在III族氮化物單晶晶片的第二主面上執(zhí)行減小厚度的工藝，具有產(chǎn)生裂縫的問題，在生長期間將雜質(zhì)引入到該晶體是影響因素。此外，在專利文獻(xiàn)2中，每個(gè)層都是通過MOCVD生長的，這使得沉積層的厚度增大受到了抑制。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片和外延晶片制造方法，由此可以抑制在進(jìn)行減小厚度操作時(shí)產(chǎn)生的裂縫，并且可以生長具有相當(dāng)大厚度的氮化鎵晶體。作為共同研究努力的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在通過適于增加晶體厚度的HVPE技術(shù)生長晶體并用硅作為摻雜劑進(jìn)行氮化鎵沉積時(shí)，造成裂縫發(fā)生的原因是由于載氣中的氧。原因是因?yàn)楣杈哂泻苋菀妆话谳d氣中的氧(0)氧化的性質(zhì)，所以硅與載氣內(nèi)的氧反應(yīng)生成二氧化硅(Si02)或其它硅氧化物。如果將硅帶入GaN晶體成為硅氧化物，那么硅氧化物就會(huì)成為不能用作n型雜質(zhì)的雜質(zhì)。結(jié)果，氮化鎵晶體變硬和變脆，相信當(dāng)對該氮化鎵晶體進(jìn)行減小厚度的工藝時(shí)，會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)載氣中的氧會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生是HVPE特有的問題，對于MOCVD沒有出現(xiàn)該問題。此原因是在通過MOCVD的氮化鎵晶體生長時(shí)，使用有機(jī)金屬作為前驅(qū)物氣體。由此載氣中的氧在與硅反應(yīng)之前先與有機(jī)金屬中的碳(C)反應(yīng)，并作為一氧化碳(CO)或二氧化碳(C02)排放到反應(yīng)爐的外部。而且，即使將硅氧化物帶入晶體，因?yàn)樯L的氮化鎵晶體層的厚度在幾Mm厚的等級(jí)，所以不太可能產(chǎn)生裂縫。因此，通過MOCVD生長晶體的前述專利文獻(xiàn)2，未解決在硅作為慘雜劑的情況下生長氮化鎵晶體時(shí)產(chǎn)生裂縫的問題。因此，盡管使用低露點(diǎn)載氣，專利文獻(xiàn)2也沒有使得硅氧化物產(chǎn)生保持到最小的效果。作為本發(fā)明人深入調(diào)査的結(jié)果，基于上述研究，抑制在生長晶體的氮化鎵HVPE沉積執(zhí)行中裂縫的發(fā)生，其中，在生長晶體的氮化鎵HVPE沉積中硅作為摻雜劑，他們實(shí)現(xiàn)了在HVPE情形下在氮化鎵晶體生長期間，如果載氣具有-60'C或以下的露點(diǎn)，則上述裂縫的發(fā)生率能保持到最小。因此，生長氮化鎵晶體的本發(fā)明的一個(gè)方面的一種方法采用載氣、氮化鎵前驅(qū)物和含作為摻雜劑的硅的氣體，并且是通過氫化物氣相外延(HVPE)在下襯底上生長氮化鎵晶體的方法。氮化鎵晶體生長方法特征在于，在氮化鎵晶體生長期間載氣露點(diǎn)為-6(TC或以下。根據(jù)本發(fā)明的氮化鎵晶體生長方法，利用生長速度比MOCVD快的HVPE，使得能夠很容易地生長厚氮化鎵晶體。此外，使用具有-6(TC或以下露點(diǎn)的載氣充分降低了載氣中的濕氣，以減少載氣中的氧。這使得其能夠保持氧和硅之間的反應(yīng)造成的硅氧化物產(chǎn)生在控制下，以在生長氮化鎵晶體時(shí)能夠使得硅結(jié)合為硅氧化物保持到最小。因此能夠抑制生長的氮化鎵晶體變硬和變脆，這使得在氮化鎵晶體經(jīng)過減小厚度時(shí)能夠最小化裂縫的發(fā)生率。這里，本發(fā)明中的"露點(diǎn)"意指由冷鏡式露點(diǎn)濕度計(jì)進(jìn)行的測量。在上面的氮化鎵晶體生長方法中，優(yōu)選在氮化鎵晶體生長期間載氣的分壓強(qiáng)在0.56atm和0.92atm之間。載氣分壓強(qiáng)處于至少為0.56atm，使得能夠?qū)⒌壡膀?qū)物均勻地提供給下襯底，并且能夠抑制由于包含在源氣體(sourcegas)中的氧使硅反應(yīng)生成硅氧化物。另一方面，載氣分壓強(qiáng)不超過0.92atm，并允許將氮化鎵前驅(qū)物充分地提供到下襯底。本發(fā)明的氮化鎵晶體襯底通過上述的氮化鎵晶體生長方法獲得。氮化鎵晶體襯底配備下襯底，并且具有形成于該下襯底上的氮化鎵晶體。艮口，本發(fā)明的氮化鎵晶體襯底配備下襯底，并且具有形成于該下襯底上的氮化鎵晶體，在該氮化鎵晶體中抑制了硅結(jié)合為氧化硅。因此，可以將在為了減小氮化鎵晶體的厚度而進(jìn)行的處理中產(chǎn)生的裂縫降到最小。而且，可以獲得具有相當(dāng)大厚度的氮化鎵晶體。在本發(fā)明的外延晶片制造方法中，進(jìn)行下面的步驟。首先，通過上述的氮化鎵晶體生長方法在下襯底上生長氮化鎵晶體。隨后，移除至少下襯底以形成由氮化鎵晶體構(gòu)成的襯底。然后，在該襯底上形成外延生長層。之后，在該襯底中，對其上生長外延生長層的表面相對側(cè)上的表面進(jìn)行處理，以減小該襯底的厚度。根據(jù)本發(fā)明的外延晶片制造方法，為減小厚度進(jìn)行處理的襯底由氮化鎵晶體組成，在該氮化鎵晶體中將硅結(jié)合為氧化硅控制到最小。因此，可以獲得在減小襯底厚度時(shí)抑制裂縫發(fā)生的外延晶片。本發(fā)明的外延晶片是通過根據(jù)上述的外延晶片制造方法制造的，并且該外延晶片配備襯底，并具有形成于該襯底上的外延生長層。根據(jù)本發(fā)明的外延晶片提供了由氮化鎵晶體組成的襯底，其中，在所述氮化鎵晶體中，將硅結(jié)合為氧化硅控制到最小，該外延晶片抑制了裂縫的發(fā)生。由于在生長氮化鎵晶體時(shí)使用具有-6(TC或以下的露點(diǎn)的載氣，所以本發(fā)明的氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片制造方法和外延晶片能夠抑制進(jìn)行減小厚度操作時(shí)產(chǎn)生的裂縫，并且能夠生長具有相當(dāng)大厚度的氮化鎵晶體。從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的上述和其它目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更顯而易見。圖l示出了用于本發(fā)明的實(shí)施例模式l的氮化鎵晶體生長方法的HVPE反應(yīng)器的外形圖。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例模式1的氮化鎵晶體生長方法的流程圖。圖3示出了本發(fā)明的實(shí)施例模式1中的氮化鎵晶體襯底的外形圖。圖4是表示實(shí)施例模式2中的外延晶片制造方法的流程圖。圖5是示出實(shí)施例模式2中的襯底的示意圖。圖6是示出實(shí)施例模式2中的外延晶片的示意圖。圖7是示出實(shí)施例中的氮化鎵晶體襯底的示意圖。圖8是示出實(shí)施例中載氣露點(diǎn)和裂縫發(fā)生率之間關(guān)系的圖。圖9是示出實(shí)施例中的載氣分壓強(qiáng)和裂縫發(fā)生率之間關(guān)系的圖。圖10是示出載氣露點(diǎn)和工作電壓升高程度之間關(guān)系的圖。具體實(shí)施例方式在下文中，參考附圖，將描述本發(fā)明的實(shí)施例模式。應(yīng)該理解，在本發(fā)明的附圖中，相同的或等價(jià)的部件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示，并不再重復(fù)它們的說明。實(shí)施例模式l將說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例模式中的氮化鎵晶體生長方法。在本實(shí)施例模式中的氮化鎵晶體生長方法中，通過氫化物氣相外延(HVPE)，利用載氣、氮化鎵前驅(qū)物和含作為摻雜劑的硅的氣體，在下襯底上生長氮化鎵晶體。圖l是示出用于在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例模式的氮化鎵晶體生長方法的HVPE反應(yīng)器的外形圖。首先，參考圖l，將說明在本實(shí)施模式中的氮化鎵晶體生長方法中使用的HVPE反應(yīng)器100。如圖1所示，該HVPE反應(yīng)器100具有第一源氣體氣缸101、第二源氣體氣缸102、第一載氣氣缸103、第二載氣氣缸104、第一氣體引入管105、第二氣體引入管106、源舟(sourceboat)107、基座108、加熱器109、晶體生長容器110、排氣管lll、(未示出)局部加熱裝置、摻雜氣體氣缸112和摻雜氣體引入管1B。例如，該HVPE反應(yīng)器100是水平反應(yīng)器。晶體生長容器110是具有支撐在該容器內(nèi)部的下襯底11，并在該下襯底ll上生長氮化鎵晶體的容器。第一源氣體氣缸101、第二源氣體氣缸102和源舟107分別提供包含組成生長的氮化鎵晶體的元素的前驅(qū)物。摻雜氣體氣缸112填充有含作為摻雜劑的硅的氣體。第一氣體引入管105、第二氣體引入管106和摻雜氣體引入管113每個(gè)都設(shè)置在晶體生長容器110中，以從晶體生長容器110的外部將第一和第二源氣體G1和G2、第一和第二載氣G3和G4以及摻雜氣G12引入到晶體生長容器110的內(nèi)部。容納氮化鎵的金屬源的源舟107，設(shè)置在第二氣體引入管106的下部。在該源舟107中，通過第二氣體引入管106提供的第二源氣體G2和金屬源彼此反應(yīng)，以形成反應(yīng)氣體G7。配置第一氣體引入管105、第二引入管106和摻雜氣體引入管113，以便可以將反應(yīng)氣體G7、第一源氣體G1和摻雜氣體G12提供到下襯底11的表面。基座108支撐下襯底11。設(shè)置基座108以便在晶體生長容器110內(nèi)，其上支撐下襯底11的基座108的表面位于第一和第二氣體引入管105和106以及摻雜氣體引入管113的下方?；?08水平地設(shè)置在晶體生長容器110的內(nèi)部。此外，局部加熱裝置是加熱構(gòu)件，如用于下襯底ll且嵌入在例如基座108中的電阻加熱器。加熱器109具有將晶體生長容器110的內(nèi)部完全地加熱到，例如，700'C和150(TC之間的能量，并且設(shè)置在晶體生長容器110的外部。將排氣管111提供給晶體生長容器110，以將反應(yīng)之后的氣體排放到晶體生長容器110的外部。應(yīng)該理解，配置圖1中示出的HVPE反應(yīng)器110，以便第一和第二載氣氣缸101和104中的載氣分別經(jīng)由第一和第二氣體引入管105和106提供到晶體生長容器110的內(nèi)部，但是HVPE反應(yīng)器100并不特別限制于這種結(jié)構(gòu)。例如，可以準(zhǔn)備一個(gè)載氣氣缸，除了第一和第二氣體引入管105和106之外，再給晶體生長容器110提供用于該氣缸中載氣的進(jìn)料口。在該示例中，配置HVPE反應(yīng)器IOO，以便從該進(jìn)料口向下襯底ll提供載氣能夠?qū)⒌谝辉礆怏wG1、第二源氣體G2、反應(yīng)氣體G7和摻雜氣體傳送給下襯底ll。而且，盡管為摻雜氣體引入管113設(shè)置了摻雜氣氣缸112，但是也可采用提供摻雜氣體和載氣的構(gòu)造。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例模式1中的氮化鎵晶體生長方法的流程圖。接著，參考圖2，將說明本實(shí)施模式中的氮化鎵晶體生長方法。如圖1所示，首先制備載氣(步驟l)。載氣是用于將源氣體傳送到下襯底ll的氣體。載氣沒有特別限制，但為與源氣體具有低反應(yīng)率的氣體。載氣的示例包括氫氣(H2)、氮?dú)?N2)、氬氣(Ar)以及其它惰性氣體。例如，制備可購買到的這種類型的氣體，作為載氣。接下來，進(jìn)行凈化使得制備的載氣具有-6(TC或以下的露點(diǎn)(步驟2)。橫跨分子膜或吸收劑傳送制備的載氣以去除作為雜質(zhì)的濕氣。通過這種方式，進(jìn)行凈化以將制備的載氣的露點(diǎn)降到-6(TC或以下。載氣的露點(diǎn)為-6(TC或以下，并且優(yōu)選為-8(TC或以下，-90"或以下是更優(yōu)選的。將露點(diǎn)降低到-6(TC或以下，防止由作為摻雜劑的硅與載氣中的氧反應(yīng)生成氧化硅。將露點(diǎn)達(dá)到-80'C或以下進(jìn)一步防止了硅反應(yīng)成氧化硅。使得露點(diǎn)為-9(TC或以下更進(jìn)一步防止了硅反應(yīng)成氧化硅。考慮到能夠?qū)崿F(xiàn)凈化，載氣的露點(diǎn)不應(yīng)該低于例如-10(TC。在本實(shí)施例模式中的載氣凈化時(shí)，利用冷鏡式露點(diǎn)濕度計(jì)控制載氣的露點(diǎn)，以使得為-6(TC或以下。應(yīng)該理解，冷鏡指的是在載氣流道中設(shè)置小鏡子、并升高或降低鏡子的溫度以監(jiān)控該鏡子是否變模糊的方法。在鏡子溫度達(dá)到-6(TC時(shí)，如果鏡子開始變模糊，則確定載氣的露點(diǎn)達(dá)到了-6(TC。這里，在載氣露點(diǎn)為-6(TC的情況下，載氣中包含的濕氣為0.0011%。接下來，制備下襯底ll(步驟3)。下襯底ll是用于在其上生長氮化鎵晶體的襯底。下襯底ll由例如硅、藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鎵或氮化鋁構(gòu)成。為了生長滿意結(jié)晶度的且在晶格常數(shù)之間沒有差異的氮化鎵晶體，優(yōu)選地，下襯底ll由氮化鎵構(gòu)成。隨后，通過HVPE，利用具有露點(diǎn)在-60'C或以下的載氣、氮化鎵前驅(qū)物和含作為摻雜劑的硅的氣體，在下襯底ll上生長氮化鎵晶體(步驟4)。具體地，如圖1所示，首先，制備分別充有第一源氣體和第二源氣體的第一源氣體氣缸101和第二源氣體氣缸102。此外，將金屬源提供給源舟107。第一和第二源氣體和金屬源是生長的氮化鎵晶體的前驅(qū)物。例如，可利用下面的材料；氨氣(NH3)作為第一源氣體；氯化氫氣體(HC1)作為第二源氣體；以及鎵(Ga)作為提供給源舟107的金屬源。此外，制備其內(nèi)部填充有含硅的摻雜氣體的摻雜氣體氣缸112。作為含硅的摻雜氣體，可利用硅垸(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、氯硅垸(SiHCl3)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、一氯甲硅垸(SiH3Cl)或四氯化硅(SiCl4)或其它硅烷化合物。作為源氣體的第一和第二源氣體G1和G2以及摻雜氣體G12優(yōu)選地具有更低的露點(diǎn)。之后，加熱源舟107。并且，通過第二氣體引入管106提供的第二源氣體G2和源舟107中的金屬源彼此反應(yīng)，以形成反應(yīng)氣體G7。與第一和第二載氣G3和G4—起，通過第一氣體引入管105提供的第一源氣體Gl、反應(yīng)氣體G7和摻雜氣體G12流動(dòng)，以與下襯底ll的表面碰撞使得它們反應(yīng)。在該反應(yīng)中，利用加熱器109將HVPE反應(yīng)器100的內(nèi)部加熱到氮化鎵晶體以適合的速率生長的溫度(例如，在7(KTC和150(rC之間)。另外，反應(yīng)后的氣體經(jīng)由排氣管lll排到外部。這里，氮化鎵晶體生長時(shí)載氣的分壓強(qiáng)(在本實(shí)施例模式中，為第一和第二載氣G3和G4的分壓強(qiáng)的和)優(yōu)選地在0.56atm和0.92atm之間，更優(yōu)選在0.67atm和0.89atm之間。使載氣的分壓強(qiáng)達(dá)到0.56atm或更大能夠?qū)⒌壡膀?qū)物(在本實(shí)施例模式中，為第一源氣體G1和反應(yīng)氣體G7)均勻地提供給下襯底ll。此外，這樣做，使得能夠保持對由包含在源氣體中的氧導(dǎo)致的硅反應(yīng)成氧化硅的控制。將載氣的分壓強(qiáng)升高到0.67atm或以上，能夠?qū)⒌壡膀?qū)物更均勻地提供給下襯底11,并且能夠進(jìn)一步保持對摻雜氣體中的硅反應(yīng)成氧化硅的控制。另一方面，使該分壓強(qiáng)為0.92atm或以下，能夠?qū)⒃礆怏w充分地提供給下襯底ll。將該分壓強(qiáng)降低到0.89atm或更低能夠?qū)⒃礆怏w更充分地提供給下襯底ll。應(yīng)該理解，載氣和源氣體的分壓強(qiáng)的數(shù)目(總壓強(qiáng))為latm。調(diào)節(jié)第一源氣體G1的流速、第二源氣體G2的流速、或源舟107中金屬源的數(shù)據(jù)，能夠適當(dāng)改變生長的氮化鎵晶體的厚度。該氮化鎵晶體優(yōu)選地生長為具有200/mi或更大的厚度。在HVPE中，因?yàn)榫w生長速度快，所以控制生長時(shí)間可以使得晶體的生長具有相當(dāng)大厚度。將晶體的厚度增加到200Mm或更大，能夠很容易地獲得可單獨(dú)用作各種半導(dǎo)體器件的襯底的氮化鎵晶體。圖3是示出本發(fā)明的實(shí)施例模式1中的氮化鎵晶體襯底的外形圖。如圖3所示，執(zhí)行上述的氮化鎵晶體生長方法會(huì)導(dǎo)致氮化鎵晶體襯底IO具有下襯底ll，并且具有形成在下襯底ll上的且其中結(jié)合有作為摻雜劑的硅的氮化鎵晶體12。如上所述，本實(shí)施例模式中的氮化鎵晶體生長方法是生長氮化鎵晶體12的方法，即，使用載氣、氮化鎵前驅(qū)物、含作為摻雜劑的硅的氣體以通過HVPE在下襯底11上生長氮化鎵晶體12的方法。并且，該氮化鎵晶體生長方法的特征在于，在氮化鎵晶體12生長期間載氣的露點(diǎn)在-6(TC或以下。根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體生長方法，利用生長速度快于MOCVD中的生長速度的HVPE，能夠很容易地生長厚的氮化鎵晶體12。此外，利用具有-6(TC或以下露點(diǎn)的載氣，充分減少載氣中的濕氣以減少載氣中的氧。因此，可以將生長的氮化鎵晶體12中作為摻雜劑的硅結(jié)合為氧化硅降到最低。為此，生長的氮化鎵晶體12不容易變硬和變脆，并由此在減小氮化鎵厚度時(shí)可以抑制裂縫的產(chǎn)生。這里，由硅與氧反應(yīng)形成的氧化硅具有作為掩模的功能。因此，如果可以將氮化鎵晶體中氧化硅的結(jié)合控制在最小，則通過具有掩模功能的氧化硅防止氮化鎵晶體生長能夠得到抑制。因此，根據(jù)本實(shí)施例模式中的氮化鎵晶體生長方法，可以生長具有更好結(jié)晶度和更大厚度的氮化鎵晶體12。此外，將絕緣氧化硅的結(jié)合控制到最小的事實(shí)，會(huì)使得獲得的氮化鎵晶體12的傳導(dǎo)率增加。特別地，進(jìn)行減小厚度的處理(即，降低厚度的處理，如拋光或研磨襯底的第一主面，其中在所述襯底中，從氮化鎵晶體襯底lO上至少移除下襯底ll)能夠抑制暴露襯底表面上的氧化硅。因此，在執(zhí)行該表面上形成電極時(shí)，可以最小化電極和GaN晶體之間接觸中的退化，由此如果該電極用作半導(dǎo)體器件，則可降低工作電壓的上升。此外，因?yàn)樽鳛閾诫s劑的硅在未與載氣中的氧反應(yīng)的情況下結(jié)合在氮化鎵晶體12中，所以有效地將硅摻雜到氮化鎵晶體12中。因此，可以獲得載流子濃度升高的氮化鎵晶體12。實(shí)施例模式2圖4是表示實(shí)施例模式2中的外延晶片制造方法的流程圖。圖5是示出實(shí)施例模式2中的襯底的示意圖。圖6是示出實(shí)施例模式2中的外延晶片的示意圖。參考圖4至6，將說明本實(shí)施模式中外延晶片的制造方法。首先，通過實(shí)施例模式l中的氮化鎵晶體生長方法在下襯底ll上生長氮化鎵晶體12(S1至S4)。因此，獲得了如圖3所示的氮化鎵晶體襯底10。接下來，如圖4和5所示以及所說明，從氮化鎵晶體襯底10上移除至少下襯底ll，以形成由氮化鎵晶體12構(gòu)成的襯底20(步驟S5)。在氮化鎵晶體12和下襯底11之間的界面的附近，結(jié)晶度經(jīng)常不理想。因此，優(yōu)選地從氮化鎵晶體襯底10上另外移除氮化鎵晶體12的結(jié)晶度不好的區(qū)域。因此，產(chǎn)生具有主面20a和20b的襯底20。移除方法的示例包括切割和研磨。應(yīng)該理解，切割是指用電沉積金剛石磨輪外圓周片狀切片機(jī)或線鋸從氮化鎵晶體襯底10上機(jī)械分割(切割掉)至少下襯底ll。研磨指的是例如用具有金剛石打磨輪的研磨裝置機(jī)械地摩擦掉至少下襯底ll。從氮化鎵晶體襯底10移除的面并不限于平行于上述的氮化鎵晶體12表面的面，例如，可切割與該表面具有任意傾角的面。而且，可以對襯底20的主面20a和20b進(jìn)行例如額外拋光。拋光方法沒有特定限制，所以可以采用任何方法。接下來，如圖6所示，在襯底20上形成外延生長層31(步驟S6)。在本實(shí)施例模式中，在襯底20的一個(gè)主面20a上形成外延生長層31。在該外延生長層31中，優(yōu)選地，使用具有露點(diǎn)為-6(TC或以下的載氣，以將其外延生長到襯底20上。此外，外延生長層31優(yōu)選通過HVPE外延生長而形成。應(yīng)該理解，外延生長層31可以是多層。隨后，在襯底20中，處理與主面20a相對的側(cè)上的主面20b，以減少厚度(步驟S7)，其中在主面20a上形成外延生長層31。作為減少厚度的處理方法，可以使用切割、研磨或其它方法。因?yàn)樵摲椒ㄅc移除至少下襯底ll時(shí)使用的方法相同，所以將不再重復(fù)該處理方法的說明(步驟S6)。如剛才所述，執(zhí)行外延晶片的制造方法能夠制造具有襯底20且具有形成在襯底20上的外延生長層31的外延晶片30，如圖6所示。另外，例如，形成電極，可以使得以這種方式制造的外延晶片30用于半導(dǎo)體器件。在本實(shí)施例模式中的外延晶片30的制造方法，如上所述，具有在襯底20中，用于減小主面20b的厚度的處理步驟，其中主面20b位于與其上形成了外延生長層31的主面20a相對的一側(cè)上。根據(jù)本實(shí)施例模式中的外延晶片30的制造方法，當(dāng)為了減少襯底20的厚度處理主面20b時(shí)，將硅結(jié)合為氧化硅保持在最小的事實(shí)，使得襯底20不容易變硬和變脆。因此，能夠制造出當(dāng)處理主面20b時(shí)抑制出現(xiàn)裂縫的外延晶片。此外，能夠控制由降低襯底20厚度的工藝導(dǎo)致的氧化硅在主面20b上的暴露，并由此能夠防止在主面20b上電極的形成中接觸的惡化。而且，可以防止施加電壓的導(dǎo)電率的降級(jí)，其將工作電壓的升高控制在最小。實(shí)施例在本實(shí)施例中，研究了使用露點(diǎn)為-6(TC或以下的載氣生長氮化鎵晶體的效果。具體地，生產(chǎn)實(shí)施例1至15和比較示例1至3的外延晶片來測量外延晶片中裂縫的發(fā)生率和工作電壓升高的程度。實(shí)施例1至15在實(shí)施例1至15中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例模式2中的外延晶片制造方法生產(chǎn)外延晶片。更確切地說，首先，制備表I中示出的各種類型的載氣(步驟S1)。接下來，進(jìn)行凈化以便制備的載氣具有表I中示出的露點(diǎn)(步驟S2)。將制備的載氣傳輸透過分子膜，以具有表I中的露點(diǎn)。接下來，制備2英寸直徑的藍(lán)寶石下襯底(步驟S3)。通過光刻，沿著<1-100〉方向，以條紋的形式，在下襯底的(0001)面上，形成由Si02構(gòu)成的掩模。該掩模寬度是5pm，相鄰條紋之間的間隔為5/mi。隨后，使用露點(diǎn)為-6(TC或以下的載氣；作為氮化鎵前驅(qū)物的氯化氫氣體、氨氣和鎵；以及作為包含用作摻雜劑的硅的氣體的二氯甲硅垸，利用圖1中所示的HVPE反應(yīng)器，通過HVPE法，在下襯底上生長氮化鎵晶體(步驟S4)。具體地，制備氨氣作為第一源氣體G1，并制備氯化氫氣體作為第二源氣體G2。隨后，將鎵提供給源舟107，并加熱源舟107。然后，通過第二氣體引入管106提供的氯化氫氣體與源舟107中的鎵彼此反應(yīng)，如Ga+HC1—GaCl+l/2H2，以形成氯化鎵(GaCl)氣體，作為反應(yīng)氣體G7。并且，通過第一氣體引入管105提供的氨氣和氯化鎵氣體流動(dòng)，使得撞擊其上生長氮化鎵晶體的下襯底ll的表面，以在該表面上發(fā)生反應(yīng)，如GaCl+NH3—GaN+HCl+H2。如圖7所示，在下襯底11上沉積了30mm厚的由氮化鎵構(gòu)成的緩沖層。這里，圖7是示出這些實(shí)施例中的氮化鎵晶體襯底的示意圖。為了沉積該緩沖層，載氣、HC1氣體和氨氣的分壓強(qiáng)分別達(dá)到0.899atm、O.OOlatm和O.latm。利用加熱器109加熱晶體生長容器110的內(nèi)部，使其達(dá)到50(TC。生長緩沖層13需要的時(shí)間是0.5小時(shí)。之后，使得載氣、氯化氫氣體和氨氣的分壓強(qiáng)每個(gè)都達(dá)到表I中示出的分壓強(qiáng)，以每種氣體都提供到下襯底ll。此外，利用加熱器109加熱晶體生長容器110的內(nèi)部，使其為105(TC。生長氮化鎵晶體12需要的時(shí)間為80小時(shí)。結(jié)果，在緩沖層13上生長了具有表I所示厚度的氮化鎵晶體12。通過這種方式，生產(chǎn)氮化鎵晶體襯底，如圖7所示，具有下襯底ll，沉積在下襯底11上的緩沖層13，以及生長在緩沖層13上的氮化鎵晶體12。這里，對于生產(chǎn)的氮化鎵晶體襯底的氮化鎵晶體12，測量載流子濃度和位錯(cuò)密度。結(jié)果由表n示出。利用霍爾測量器件測量載流子(硅)濃度。位錯(cuò)密度通過以下方法測量。在350攝氏度的溫度下利用熔化的氫氧化鉀一氫氧化鈉(KOH-NaOH)混合物蝕刻氮化鎵晶體12的表面。在蝕刻的表面上，在對應(yīng)于位錯(cuò)的位置形成蝕刻坑，并計(jì)算蝕刻坑的數(shù)目以估算位錯(cuò)密度。接下來，通過拋光從生產(chǎn)的氮化鎵晶體襯底移除下襯底ll和緩沖層13，以形成由氮化鎵晶體12構(gòu)成的襯底(步驟S5)。這里，當(dāng)形成由氮化鎵晶體12構(gòu)成的襯底時(shí)，測量產(chǎn)生裂縫的發(fā)生率。在表n中列出了結(jié)果。裂縫的發(fā)生率由如下方法測量，其中在差分干涉光學(xué)顯微鏡的20放大倍數(shù)的物鏡下觀察裂縫，并且除了5mm的襯底外圍邊緣上的裂縫之外，如果在2英寸直徑襯底的整個(gè)表面上發(fā)現(xiàn)了30或更多道100Mm或以上長度的裂縫，則確定該襯底中出現(xiàn)了裂縫。其上出現(xiàn)裂縫的襯底的數(shù)目與樣品數(shù)目的比率定義為裂縫發(fā)生率。隨后，通過MOCVD方法在襯底上順序形成下面的層5/mi厚的n型GaN層；3nm厚的Ino.2Gao.8N層；60nm厚的Alo.2Gao.8N層；以及150nm厚的p型GaN層。接下來，在該襯底中，對與其上沉積了外延生長層的表面相對的一側(cè)的表面進(jìn)行處理，以減小厚度(步驟S7)。在本實(shí)施例中，作為用來減小厚度的工藝，將p型GaN層上的表面粘附到用于拋光的固定器上，然后利用包含30/im平均粉末直徑的SiC研磨劑的漿料進(jìn)行拋光，直到襯底的厚度為100/xm。通過這種方式，外延晶片具有由氮化鎵晶體構(gòu)成的襯底，并且具有作為外延生長層形成于該襯底上的n型GaN層、Ino.2Gao.sN層、Alo.2Ga(uN層以及p型GaN層。這里，對于減小厚度工藝之后的外延晶片，測量裂縫的發(fā)生率。結(jié)果在表II中示出。表II中示出的裂縫的發(fā)生率是指通過移除下襯底11和緩沖層13而造成的裂縫發(fā)生率和減小厚度工藝之后裂縫的發(fā)生率的總和。此外，以與測量由移除下襯底11和緩沖層13導(dǎo)致的裂縫發(fā)生率相同的方式測量減小厚度工藝之后裂縫的發(fā)生率。接下來，在該襯底中，在其上形成了外延生長層的表面的相對側(cè)的表面上，形成100nm厚的沉積了金和鎳的n型電極。另外，在該外延生長層(p型GaN層)上，形成100nm厚的p型電極。通過這種方式，生產(chǎn)出實(shí)施例1至15中的半導(dǎo)體器件。這里，在實(shí)施例1至15中生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件時(shí)，測量工作電壓以及在10(TC的溫度下經(jīng)過50小時(shí)之后的工作電壓。把通過由50小時(shí)后的工作電壓減去先前的工作電壓獲得的值定義為工作電壓升高的程度(Av。p)。結(jié)果在表n中列出。比較示例1至3比較示例1至3中的外延晶片基本具有與實(shí)施例1至15中的外延晶片制造方法相同的結(jié)構(gòu)，但不同之處在于載氣露點(diǎn)比實(shí)施例1至15中的高。具體地，在比較示例1至3中的外延晶片中，制備了表I中所示的類型和露點(diǎn)的載氣。接下來，除了釆用具有表I中所示的露點(diǎn)的載氣之外，制備了與實(shí)施例1至15中相同的下襯底，且在與實(shí)施例1至15相同的條件下沉積了緩沖層。隨后，在露點(diǎn)大于-6(TC的載氣、氯化氫氣體和氨氣處于表l中所列出的分壓強(qiáng)下，生長每個(gè)都摻雜硅的氮化鎵晶體。因此，生產(chǎn)比較示例1至3中具有氮化鎵晶體的氮化鎵晶體襯底。接下來，如實(shí)施例1至15，移除下襯底和緩沖層以生產(chǎn)襯底。之后，如實(shí)施例1至15，在襯底上沉積外延生長層。隨后，如同實(shí)施例1至15，在襯底中，對其上生長外延生長層的表面相對側(cè)上的表面進(jìn)行處理，以減小厚度。通過這種方式，生產(chǎn)比較示例1至3中的外延晶片。接下來，如實(shí)施例1至15，形成了ti型和p型電極以生產(chǎn)比較示例l至3中的半導(dǎo)體器件。而且在比較示例1至3中，如實(shí)施例1至15進(jìn)行以下測量在氮化鎵晶體中，測量裂縫的發(fā)生率、載流子濃度和位錯(cuò)密度；在外延晶片中，測量裂縫的發(fā)生率；以及在半導(dǎo)體器件中，測量工作電壓上升的程度。該結(jié)果列于表II中。參考示例1至3參考示例1至3中的外延晶片基本與實(shí)施例1至15中的制造方法中的外延晶片具有相同的結(jié)構(gòu)，但不同之處在于使用了氧而沒有利用硅作為摻雜劑，以及其中載氣露點(diǎn)較高。具體地，在參考示例1至3的外延晶片中，制備了表I中所示的類型和露點(diǎn)的載氣。接下來，除了采用具有列于表I中的露點(diǎn)的載氣、以及利用氧氣作為摻雜氣體之外，制備了與實(shí)施例1至15中相同的下襯底，且在與實(shí)施例1至15相同的條件下沉積了緩沖層。隨后，在具有露點(diǎn)大于-6(TC的載氣、HC1氣體和氨氣處于表1中所示的分壓強(qiáng)下，生長每個(gè)都摻雜氧的氮化鎵晶體。因此，參考示例1至3生產(chǎn)具有氮化鎵晶體的氮化鎵晶體襯底。接下來，如實(shí)施例1至15，移除了下襯底和緩沖層以得到襯底。之后，如實(shí)施例1至15，在襯底上沉積了外延生長層。隨后，如實(shí)施例l至15，在襯底中，對其上生長外延生長層的表面相對側(cè)上的表面進(jìn)行處理，用于減小厚度。通過這種方式，生產(chǎn)參考示例1至3中的外延晶片。接下來，如實(shí)施例1至15,形成n型和p型電極以生產(chǎn)參考示例l至3中的半導(dǎo)體器件。而且在參考示例1至3中，如實(shí)施例1至15:在氮化鎵晶體中，測量裂縫的發(fā)生率、載流子濃度和位錯(cuò)密度；在外延晶片中，測量裂縫的發(fā)生率；以及在半導(dǎo)體器件中，測量工作電壓上升的程度。該結(jié)果列于表II中。表1<table>complextableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>表II<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>測量結(jié)果圖8是示出在本實(shí)施例中，載氣的露點(diǎn)和裂縫發(fā)生率之間關(guān)系的圖。如圖8和表II中所示，在其中露點(diǎn)為-6CTC或以下的實(shí)施例l至15中，在進(jìn)行用于減小厚度的工藝之后(步驟S7)的裂縫發(fā)生率達(dá)到15%或以下，艮卩，低于比較示例1至3中的。尤其是，載氣露點(diǎn)達(dá)到-8(TC或以下能夠使得氮化鎵晶體中的裂縫發(fā)生率降低到6%或以下，并且用于減小厚度工藝之后的裂縫發(fā)生率降低到9%或以下。圖9是示出在本實(shí)施例中，載氣分壓強(qiáng)和裂縫發(fā)生率之間關(guān)系的圖。如圖9和表II中所示，使載氣分壓強(qiáng)達(dá)到0.92atm或以下能夠使得氮化鎵晶體中的裂縫發(fā)生率降低到6%，并且使得用于減小厚度的工藝之后的裂縫發(fā)生率降低到9%。圖10是示出在本實(shí)施例中，載氣露點(diǎn)和工作電壓上升程度之間關(guān)系的圖。如圖10和表II中所示，在實(shí)施例1至15中，其中載氣露點(diǎn)為-60'C或以下，工作電壓上升的程度可達(dá)到0.36V或以下，g卩，低于比較示例1至3中的。如表II中所示，不管載氣類型如何，在實(shí)施例1至15中，其中載氣露點(diǎn)達(dá)到-6(TC或以下，能降低裂縫發(fā)生率。此外，在實(shí)施例1至15中，通過HVPE生長氮化鎵晶體，能夠增加厚度。而且，如表II中所示，實(shí)施例1至15中的載流子濃度高于比較示例1至3中的載流子濃度。這樣的結(jié)果證明了保持硅到氧化硅中的反應(yīng)在控制下，且在氮化鎵晶體中結(jié)合了作為載體的硅。此外，在實(shí)施例1至15中，可以保持低位錯(cuò)密度。在此，在呈現(xiàn)在表n中的參考示例l至3中，在利用氧作為摻雜劑的情形下，能抑制裂縫的發(fā)生，此外，即使載氣露點(diǎn)高，也與溫度無關(guān)。在利用氧作為摻雜劑的情形下這些結(jié)果變得更加明顯，在生長的氮化鎵晶體中沒有結(jié)合氧作為雜質(zhì)，意味著參考示例1至3不涉及本發(fā)明利用硅作為摻雜劑的問題。應(yīng)該理解，使用硅作為摻雜劑具有以下優(yōu)點(diǎn)與使用氧相比，硅更可能被結(jié)合在C面({0001}平面)中。以上結(jié)果證實(shí)，根據(jù)本實(shí)施例，載氣露點(diǎn)達(dá)到-6(TC或以下能夠抑制在用于減小厚度的工藝期間發(fā)生的裂縫。本公開的實(shí)施例和實(shí)施示例在所有方面都應(yīng)認(rèn)為是示例性的而不是限制性的。本發(fā)明的范圍不是由前面的描述提出而是由專利權(quán)利要求的范圍提出，且意在包括本專利權(quán)利要求范圍等效物和在該范圍內(nèi)的所有修改的含義。由本發(fā)明的氮化鎵晶體生長方法獲得的氮化鎵晶體能夠抑制在用于減小厚度的工藝期間產(chǎn)生裂縫，以及生長具有相當(dāng)大厚度的氮化鎵。因此，氮化鎵晶體可以優(yōu)選地用于例如發(fā)光器件，例如發(fā)光二極管和激光二極管；電子器件，例如整流器、雙極晶體管、場效應(yīng)晶體管和HEMT;半導(dǎo)體傳感器，例如溫度傳感器、壓力傳感器、輻射傳感器、可見-盲紫外光檢測器；和表面聲波(SAW)器件。已選擇僅所選的實(shí)施例來說明本發(fā)明。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，從前述公開將顯而易見，在不脫離如由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍的情況下，可進(jìn)行各種改變和修改。此外，提供根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的前面描述僅用于說明，不是用于限制如由所附權(quán)利要求及其等效物所限定的發(fā)明。權(quán)利要求1.一種氮化鎵晶體生長方法，其中，采用載氣、氮化鎵前驅(qū)物和含作為摻雜劑的硅的氣體，通過氫化物氣相外延在下襯底上生長氮化鎵晶體，該方法的特征在于，在所述氮化鎵晶體生長期間所述載氣的露點(diǎn)為-60℃或以下。2.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵晶體生長方法，其中，在所述氮化鎵晶體生長期間，所述載氣的分壓強(qiáng)在0.56atm和0.92atm之間。3.—種通過如權(quán)利要求1所述的氮化鎵晶體生長方法所獲得的氮化鎵晶體襯底，包括下襯底；以及在所述下襯底上形成的氮化鎵晶體。4.一種外延晶片制造方法，包括通過如權(quán)利要求1所述的氮化鎵晶體生長方法在下襯底上生長氮化鎵晶體的步驟；移除至少所述下襯底以形成由氮化鎵晶體組成的襯底的步驟；在所述襯底上形成外延生長層的步驟；以及對其上形成外延生長層的所述襯底的表面的相對側(cè)的襯底表面進(jìn)行處理，用于減小厚度的步驟。5.—種通過如權(quán)利要求4所述的外延晶片制造方法制造的外延晶片，包括襯底；以及在所述襯底上形成的外延生長層。全文摘要提供氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片制造方法和外延晶片，其能夠抑制在減小厚度操作期間在晶體上出現(xiàn)裂縫，以及能夠生長具有相當(dāng)大厚度的氮化鎵晶體。在本發(fā)明一個(gè)方面的氮化鎵晶體生長方法是，采用載氣、氮化鎵前驅(qū)物和含作為摻雜劑的硅的氣體，并且通過氫化物氣相外延(HVPE)在下襯底上生長氮化鎵晶體的方法。該氮化鎵晶體生長方法的特征在于，在氮化鎵晶體生長期間載氣露點(diǎn)為-60℃或以下。文檔編號(hào)C30B29/38GK101353819SQ20081013110公開日2009年1月28日申請日期2008年7月28日優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日發(fā)明者藤田俊介申請人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社