第iii族氮化物晶片和制造方法与测试方法
【专利说明】第MI族氮化物晶片和制造方法与测试方法
[0001] 相关申请案的夺叉参考
[0002] 本申请案主张对由发明者桥本忠朗（TadaoHashimoto)于2012年9月26日提出 申请且标题为"第III族氮化物品片和制造方法与测试方法（GROUPIIINITRIDEWAFERS ANDFABRICATIONMETHODANDTESTINGMETHOD)" 的美国申请案第 61/706, 012 号的优先 权，所述专利是以引用方式并入本文中，如同在下文中全文发布一般。
[0003] 本申请案涉及以下美国专利申请案：
[0004]PCT实用专利申请案第US2005/024239号，其是由藤东贤治（KenjiFujito)、 桥本忠朗和中村修二（ShujiNakamura)于2005年7月8日提出申请，标题为"使用 高压釜在超临界氨中生长第III族氮化物晶体的方法（METHODFORGROWINGGROUP III-NITRIDECRYSTALSINSUPERCRITICALAMMONIAUSINGANAUTOCLAVE)"，代理案号为 30794. 0129-W0-01(2005-339-1);
[0005] 美国实用专利申请案第11/784, 339号，其是由桥本忠朗、齐藤诚（MakotoSaito) 和中村修二于2007年4月6日提出申请，标题为"在超临界氨中生长大表面积氮化镓晶 体的方法和大表面积氮化镓晶体（METHODFORGROWINGLARGESURFACEAREAGALLIUM NITRIDECRYSTALSINSUPERCRITICALAMMONIAANDLARGESURFACEAREAGALLIUM NITRIDECRYSTALS) "，代理案号为 30794. 179-US-U1 (2006-204)，所述申请案根据 35U. S.C.第119(e)章节主张美国临时专利申请案第60/790, 310号的权益，所述临时专利申 请案是由桥本忠朗、齐藤诚和中村修二于2006年4月7日提出申请，标题为"在超临界氨 中生长大表面积氮化镓晶体的方法和大表面积氮化镓晶体（METHODFORGROWINGLARGE SURFACEAREAGALLIUMNITRIDECRYSTALSINSUPERCRITICALAMMONIAANDLARGE SURFACEAREAGALLIUMNITRIDECRYSTALS)"，代理案号为 30794. 179-US-P1 (2006-204); [0006] 美国实用专利申请案第60/973, 662号，其是由桥本忠朗和中村修二于2007年9 月19日提出申请，标题为"氮化镓块晶和其生长方法（GALLIUMNITRIDEBULKCRYSTALS ANDTHEIRGROWTHMETHOD)"，代理案号为 30794. 244-US-P1 (2007-809-1);
[0007] 美国实用专利申请案第11/977, 661号，其是由桥本忠朗于2007年10月25日提出 申请，标题为"在超临界氨与氮的混合物中生长第III族氮化物晶体的方法和由此生长的 第III族氮化物晶体（METHODFORGROWINGGROUPIII-NITRIDECRYSTALSINAMIXTURE OFSUPERCRITICALAMMONIAANDNITROGEN,ANDGROUPIII-NITRIDECRYSTALSGROWN THEREBY) "，代理案号为 30794. 253-US-U1 (2007-774-2);
[0008] 美国实用专利申请案第61/067, 117号，其是由桥本忠朗、爱德华莱特（Edward Letts)、正德碇（MasanoriIkari)于2008年2月25日提出申请，标题为"产生第III族 氮化物品片的方法和第III族氮化物品片（METHODFORPRODUCINGGROUPIII-NITRIDE WAFERSANDGROUPIII-NITRIDEWAFERS)"，代理案号为 62158-30002. 00;
[0009]美国实用专利申请案第61/058, 900号，其是由爱德华莱特、桥本忠朗、正德碇 于2008年6月4日提出申请，标题为"通过氨热生长从初始第III族氮化物品种产生改 良结晶第III族氮化物晶体的方法（METHODSFORPRODUCINGMPROVEDCRYSTALLINITY GROUPIII-NITRIDECRYSTALSFROMINITIALGROUPIII-NITRIDESEEDBYAMMONOTHERMAL GROWTH) "，代理案号为 62158-30004. 00 ;
[0010] 美国实用专利申请案第61/058, 910号，其是由桥本忠朗、爱德华莱特、正德碇于 2008年6月4日提出申请，标题为"用于生长第III族氮化物晶体的高压容器和使用高 压容器生长第III族氮化物晶体的方法和第III族氮化物晶体（HIGH-PRESSUREVESSEL FORGROWINGGROUPIIINITRIDECRYSTALSANDMETHODOFGROWINGGROUPIIINITRIDE CRYSTALSUSINGHIGH-PRESSUREVESSELANDGROUPIIINITRIDECRYSTAL)"，代理案号为 62158-30005. 00 ；
[0011] 美国实用专利申请案第61/131，917号，其是由桥本忠朗、正德碇、爱德华莱特于 2008年6月12日提出申请，标题为"测试第III族氮化物品片的方法以及第III族氮化 物品片和测试数据（METHODFORTESTINGIII-NITRIDEWAFERSANDIII-NITRIDEWAFERS WITHTESTDATA) "，代理案号为 62158-30006. 00 ;
[0012] 所述申请案是以全文引用方式并入本文中，如同在下文中全文发布一般。
技术领域
[0013] 本发明涉及第III族氮化物品片，其用以制造各种装置，包含光电子和电子装置， 例如发光二极管（LED)、激光二极管（LD)、光检测器和晶体管。
【背景技术】
[0014](注意：本专利申请案提及若干出版物和专利，如括号内数字所指示，例如，[x]。 这些出版物和专利的列表可参见标题为"参考文献"的部分。）
[0015] 氮化镓（GaN)和其相关第III族氮化物合金是各种光电子和电子装置（例如LED、 LD、微波功率晶体管和太阳盲光检测器）的主要材料。然而，这些装置中大多是在异质衬底 (或晶片）（例如蓝宝石和碳化硅）上外延生长，这是因为GaN晶片与这些异质外延衬底相 比极其昂贵。第III族氮化物的异质外延生长产生高度缺陷或甚至碎裂的薄膜，这会妨碍 高层次电子装置（例如高功率微波晶体管）的实现。
[0016] 为解决异质外延造成的所有基本问题，必须利用从块状第III族氮化物晶体切割 的第III族氮化物品片。对于大多数装置来说，GaN晶片较有利，这是因为相对易于控制所 述晶片的导电性，并且GaN晶片将使得与多数装置层的品格/热失配最小。然而，由于高熔 点和在升高的温度下的高氮蒸气压力，所以难以生长块状GaN晶体。目前，大多数市售GaN 晶片是通过称作氢化物气相外延（HVPE)的方法产生。HVPE是气相外延薄膜生长，因此难以 产生块形第III族氮化物晶体。由于晶体厚度的限制，线缺陷（例如位错）和晶界的典型 密度为大约105cm_2高到-10 6cm_2低。
[0017] 为获得位错和/或晶界的密度小于106cnT2的高质量第III族氮化物品片，已研发 出称为氨热生长的新颖方法，其在超临界氨中生长第III族氮化物晶体[1-6]。目前，可通 过氨热生长获得位错和/或晶界的密度小于106cnT2的高质量GaN晶片。氨热生长类似于 合成石英的热液生长，因此能生长块状第III族氮化物锭块。有另外几种方法可生长块状 第III族氮化物晶体[7-10]。一种生长方法是熔剂方法，其使用第III族金属和碱金属熔 剂。这种方法还可产生第III族氮化物的块形晶体。另一生长方法是物理气相传输方法， 其基本上是升华生长。最近，使用这些技术可获得块形第III族氮化物晶体。
[0018] 尽管第III族氮化物晶体的晶片可通过简单切割块状第III族氮化物晶体的锭块 来制造，但切割过程会损坏表面上的层。由于第III族氮化物晶体是极其坚硬的材料，所以 很难去除损坏层。同样，很难检查表面精整。
【发明内容】
[0019] 本发明提供从第III族氮化物锭块切割的第III族氮化物品片。所述晶片可（例 如）经抛光以去除一定量的损坏表面层，并用X射线衍射来测试。以小于15度的角度辐照 x射线入射束，并评估衍射峰强度。通过这种测试的第III族氮化物品片具有足以用于装置 制造的表面质量。
[0020] 本发明还提供通过以下方式产生第III族氮化物品片的方法：切割第III族氮化 物锭块以产生晶片，抛光所述晶片的至少一个表面，并用入射束与所述表面的角度小于15 度的x射线衍射测试表面质量。
[0021] 本发明还提供使用入射束相对于表面的角度小于15度的x射线衍射来测试第III 族氮化物品片的表面质量的方法。
【附图说明】
[0022] 现在参照附图，在所有附图中相同参考编号代表相应部分：
[0023] 图1是第III族氮化物品片的工艺流程的实例。
[0024] 图2是x射线衍射配置的实例。
[0025] 在所述图中，各编号代表以下内容：
[0026] 1?第III族氮化物品片，
[0027] 2.X射线入射束，
[0028] 2a.x射线入射束与晶片之间的角度，
[0029] 3.经衍射x射线束，
[0030]3a.经衍射x射线束与晶片之间的角度，
[0031] 4.x射线束在晶片上的投影线。
【具体实施方式】
[0032] 在优选实施例的以下说明中，参照构成其一部分的附图，并且其中以图解说明方 式显示其中可实践本发明的具体实施例。应了解，可在不背离本发明范围的情况下利用其 它实施例且可作出结构性改变。
[0033] 第III族氮化物品片（例如GaN和A1N)用于光电子和电子装置中，因此表面质量 极其重要。本发明的第III族氮化物品片是用如图1中显示的以下步骤来制造。1)从块状 第III族氮化物晶体切割第III族氮化物品片。2)抛光所述晶片的至少一个表面，并去除 在切割步骤期间引入的损坏层。3)用入射束角度小于15度的x射线衍射测试晶片。
[0034] X射线衍射广泛用于评估材料的晶体质量，但其通常是以所谓的对称配置实施，其 中入射束与衍射束的角度相等。在GaN的情形下，例如，002衍射的入射束和衍射束二者相 对于表面的角度都为约17度。对于004衍射，这些角度变成约36度。由于入射束的高角 度，X射线束穿透到晶体中的较深位置，这类测量由此提供晶片主体的晶体质量。
[0035] 为评估切割的表面损坏，将x射线衍射的入射束2的角度2a设定为小于15度，如 图2中所显示。例如，在c-平面GaN的情形中，可通过将入射束角度设定为约10. 9度来测 量114衍射。在这种情形中，衍射束的角度3a为约89. 1度。如果表面损坏保留在第III 族氮化物品片的抛光表面上，那么从114衍射检测到极微弱信号或检测不到信号。通过比 较所述信号强度与来自002、004、006或008对称测量的衍射峰或以大于15度的入射角度 获得的其它衍射峰，可评估损坏层的去除程度。
[0036] 衍射几何结构通常不对称，其中衍射束3相对于沿晶片一面的线4所成的角度3a 不等于入射束2与线4所成的角度2a。
[0037] 通过使用这种x射线测量的评估的第III族氮化物品片的表面质量足以