专利名称：制备单晶GaN衬底的方法及单晶GaN衬底的制作方法
技术领域：
本发明涉及制备单晶氮化镓(GaN)衬底的方法，所述的衬底用作由第III-V族化合物半导体制造的发光基极和其它光电子装置，如发光二极管和半导体激光器。
背景技术：
从蓝色LED开始，其中采用氮化物半导体的发光装置已经可以实际应用。至于在采用氮化物半导体的发光装置中的衬底，迄今几乎别无选择地使用蓝宝石。氮化镓晶体薄膜相当顺利地生长到蓝宝石衬底上，并且作为基材，蓝宝石坚硬且具有很高的机械强度。在生长到蓝宝石衬底上的氮化镓薄膜中缺陷很多，尽管在蓝宝石上制备的该GaN半导体装置发射光且导致装置性能恶化的缺陷增多不是问题。蓝宝石是用于生长氮化物半导体薄膜的优良材料。
然而，蓝宝石衬底也具有不利之处。采用蓝宝石衬底的氮化物基半导体发光元件具有下面的缺点蓝宝石缺乏可裂性、蓝宝石是绝缘体，且氮化镓晶体和蓝宝石之间严重失配，原因在于它们的晶格不配合。
在蓝宝石上制备发光二极管的过程中，在切片阶段的处理量未得到提高，因为蓝宝石缺乏可裂性，这导致高成本。在蓝宝石上制备半导体激光器的过程中，不能得到高级别的共振器反射表面，其中具有产生激光特性和其它涉及质量的困难的问题。
因为蓝宝石是绝缘体，与普通的LED一样，不能在蓝宝石装置衬底芯片的顶侧/底侧上提供电极。已经进行的是将用于n电极的n-型GaN薄膜层叠在蓝宝石衬底上，并且将氮化物层如GaN薄膜或InGaN薄膜外延生长到GaN层上，然后，通过蚀刻边缘直到n-型GaN层，来曝光n-型GaN层，并且在曝光区域上形成n电极。这意味着增加处理步骤和制备时间，这导致高成本。
而且，由于必须在同一表面(沿着正面)并排地提供两个电极，需要宽芯片，这也增加成本。
由于蓝宝石和氮化镓的晶格常数相当不同，另一个问题在于在衬底和外延层之间的晶格常数不匹配导致在外延层中的许多位错和其它缺陷。
事实上，数量级为1×109cm-2的高密度的位错存在于发光装置的氮化镓外延层中，其中采用目前可以商购的蓝宝石衬底。即使向SiC衬底上生长氮化镓的装置中，位错密度也是该数量级，SiC衬底与GaN的晶格失配低于蓝宝石的；因此，采用SiC衬底不是很大的补救措施。
至于所关注的LED，这种高位错密度的存在证明在实践中并不是明显的障碍。这似乎不是来自于位错增加或增生的缺陷。但是，对于半导体激光器，电流密度高，因此认为这种缺陷是妨碍延长半导体激光器寿命的因素。这意味着在半导体激光器的实现中，正在寻求具有更小失配的衬底。但由于使LED具有更高的输出功率，大概随之而来的是需要在LED用衬底上的更低位错的外延层。
毫无疑义的是其上应当生长氮化物基半导体薄膜的理想衬底是氮化镓晶体的衬底。如果可以制备高质量的氮化镓晶体衬底，那么可以解决衬底和薄膜之间晶格失配的问题。氮化镓晶体具有明显的可裂性，因此可以将天然的裂开面用作激光谐振器的反射镜。此外，氮化镓不是如蓝宝石样的绝缘体而是半导体，因而可以向衬底底面上层叠电极，这意味着作为器件衬底的GaN芯片可以具有减小的表面积。因此，认为氮化镓晶体衬底作为用于氮化物基半导体薄膜生长的基础衬底是最佳的。
然而，尽管GaN具有最佳的性质，至于用于生长氮化物薄膜的基础衬底，现在仍然几乎排他性地使用蓝宝石。为此的一个原因在于尚未证明可以容易地制造高质量和可行尺寸的氮化镓晶体独立式衬底。
尽管在超高压、高温下，可以使GaN成为熔体，且可以由熔体得到GaN晶体，其中可以制造的全部是小晶粒，目前尚不能制备直径范围大的部件。
假定涉及使GaN成为熔融状态的困难，实践中是通过气相方法制备氮化镓晶体，在气相方法中，原料气体在气相反应。将用来生长天然薄膜的方法，其中通过气相合成向杂晶体衬底上生长氮化镓薄膜，用作衬底生长方法的一个备选方案。
用于GaN薄膜的气相生长的已知方法包括HVPE，升华、MOC和MOCVD。
1.HVPE(氢化物气相外延)是这样一种方法，其中在热壁反应炉(反应器)的上端提供其中引入金属Ga的容器或“蒸发皿”，并且在下端装备基座。将基础衬底设置在基座上，加热整个反应器，并且从上端使用氢气稀释的HCl气体流过Ga蒸发皿，以由反应来合成GaCl气体。然后在靠近基座的地方流过氢气稀释的NH3气体，GaCl已经下降到该地方，以引发反应，且向基础衬底上层压GaN晶体层。
2.升华是这样一种方法，其中在反应器中的上游安置基础衬底，并且在反应器中的下游安放GaN多晶。在反应器中设置温度梯度，其中下端为较高的温度且上端为较低的温度，由此多晶气化、上升且一点一点地沉积在基础衬底上，由此制备单晶薄膜。
3.MOCVD(有机金属化学气相沉积)是这样一种方法，其中将基础衬底设置在基座上，所述的基座提供在冷壁反应器的下端中，将基座加热，并且用氢气作为载气，使三甲基镓(TMG)、三乙基镓和NH3气体从反应器的上端流入，以引发气相反应，且向基础衬底上沉积GaN晶体。目前，作为向蓝宝石衬底上生长氮化物基半导体薄膜的方法，这是最通常采用的方法。使有机金属作为源材料，由此得名。但是，本申请人不认为它是一种非常满意的方法，原因在于因为含碳物质直接与NH3反应，使碳混合在GaN中，且由于碳，赋予晶体淡黄色的变色，且导致深的施主能级。
4.MOC(有机金属氯化物)是这样一种技术，其中将有机金属用作Ga源材料，但该金属不直接与NH3反应，而是暂时与HCl反应，合成作为中间产物的GaCl，其然后与NH3反应，得到GaN。MOC是本申请人所专有的技术，本申请人未发现任何类似的实例。由MOC产生的一个出众的益处在于由于GaCl是作为中间产物制备的，碳不太可能混合进入作为最终产物的GaN中。
蓝宝石(Al2O3)多半被用作基础衬底。尽管在蓝宝石和GaN之间的晶格常数差异相当大，导致在沉积膜中大的位错密度，即使如此，也可以将蓝宝石上的GaN制备成LED-制备成长寿命的LED。但是，有采用同类物GaAs和SiC作为基础衬底的报道。用作为基础衬底的GaAs生长GaN真实地开始于20世纪60年代，但以其中GaN未很好地生长的失败而结束。现在正在做的是在基础衬底上外延生长GaN，在基础衬底上已经构成了在低温生长的薄(20至80nm)缓冲层。
上面所述的技术是GaN薄膜生长方法。由这些方法本身不能制备厚膜。由于薄膜根据定义薄，即使在薄膜和衬底之间不合适，薄膜也不会剥离松散或妥协，但是进行厚GaN沉积时，内应力发展为相当大，所以GaN剥离松散或起皱，并且不能生长厚。在此情形下，通过削弱内应力，ELO(外延横向附晶生长)被用来减小位错密度。
将SiN或SiO2薄膜形成在基础衬底上，所述的基础衬底上掩膜已经穿孔-如果假定已经在薄膜上单面地分布边长约2至4μm的正三角砖(tile)-其中在对应于正三角顶的位置处产生了1至2μm直径的开口。GaN通过掩膜蒸汽沉积。首先，在开口中由基础衬底生长GaN晶体；然后它爬上掩膜，侧向生长。然后GaN晶体通过与相邻开口生长的晶体碰撞，然后保证均匀、平面的附晶生长(c-面生长)。在掩膜上，位错水平地延伸，且从一侧至另一侧，它们彼此汇合在一起，导致在掩膜上晶体中的位错减少。在开口上的高位错密度未受到影响，但在掩膜之上(所覆盖的区域)，位错密度变低。有关ELO的文献很多；例如，国际公开号PCT/WO99/23693，其中讨论了GaAs基础衬底上的ELO。
可以如下得到独立式GaN晶体向GaAs衬底厚厚地ELO GaN晶体，然后除去衬底。可以如下得到多个独立式GaN晶体衬底向GaAs衬底由ELO制备更厚的GaN晶体，除去衬底得到GaN结晶块，然后将结晶块切片为薄晶片。在国际公开号PCT/WO99/23693中介绍了此技术。
以上所述的是用于生长GaN晶体的常规技术。现在讨论将采取完全不同的方式，并且描述为“误切”或“偏轴”的晶体衬底。在Si的实施方案或GaAs的实施方案中都需要误切衬底。就GaAs而言，具有精密的、同轴(on-axis)(100)面的衬底是普通的，但如果将薄膜生长到精密衬底上，薄膜的平面不一定转变成为光滑和平坦的，且在某些情形下会是皱折的。对此的一种方法是使衬底取向稍微从(100)精密面倾斜，并且在其上生长薄膜，以制备器件。如此，从低指数稍微倾斜晶面被称作“错误取向”，并且这种衬底被称为“错误取向的”、“误切的”或“邻晶的”衬底。晶面的倾斜角被称作“错误取向”或“偏轴”角。
这并不是说错误取向总是所述的情况，但取决于目的，错误取向的衬底将是适宜的。由于太多的倾斜取代劈开面，产生其取向以微小角度倾斜的衬底。错误取向在实践中总是与现有的半导体衬底晶体如Si、GaAs和InP在一起的。虽然对于错误取向角度存在各种意见，但尚没有成为公认的观点。在日本未审查专利申请公开H02-239188、S64-32686、S64-22072、S64-15914和H01-270599和日本专利3,129,112中引用的范围涉及其它晶体中的GaAs和InP的错误取向衬底。除了这些出版物，对于涉及Si、GaAs和InP的错误取向角存在大量的文献。
对于GaAs和InP衬底，由于长、大尺寸(100)晶体结晶块可以如下得到使用水平Bridgeman(HB)或液体密封Czochralski(LEC)方法，该方法所进行的是用切片机如内径锯、圆锯或线状锯，将结晶块沿着向其轴倾斜的方向对角切割，得到错误取向的晶片。由于它们长，即使将结晶块沿着对角方向切割，浪费的材料实际上不是问题。
对于GaN衬底，迄今为止使大尺寸、高质量产品可以商购的迹象不足；因此不需要错误取向的GaN的衬底。错误取向的GaN衬底不存在，对于向这种衬底上生长GaN的文献也不存在。因此，在实例中，其中薄膜生长到除精密GaN衬底外的错误取向GaN的表面形态好与否也是不清楚的。再有，关于向错误取向的蓝宝石衬底上生长GaN薄膜，有文献报道。
日本未审查专利申请公开H07-201745指出虽然难以生长p-型GaN薄膜，通过MOCVD向具有(0001)面错误取向的蓝宝石衬底(α-Al2O3)上生长GaN可以制备p-型GaN晶体的薄膜。最终，仅有GaN薄膜位于蓝宝石的上面。由于p-型薄膜是目标，厚晶体不是目的，并且未提及GaN薄膜是错误取向或非错误取向。
日本未审查专利申请公开H11-74562指出通过MOCVD向具有阶梯式几何形状的错误取向蓝宝石衬底(α-Al2O3)上生长GaN薄膜导致活性层为量子点或量子线，有效地捕获载流子和光，因此其增大输出功率和延长寿命。由于GaN薄，其目的不是制备衬底。并且未提及GaN是错误取向的或非错误取向的。
Takayuki Yuasa等在“Effect of Slight Misorientation of SapphireSubstrate on Metalorganic Chemical Vapor Deposition Growth of GaN”，Japanese Journal of Applied PhysicsPart 2，Vol.38，No.7A，July1，1999，第L703-L705页中指出在向具有0.03°至0.25°错误取向的(0001)蓝宝石衬底(α-Al2O3)上薄薄地(4μm)生长的GaN中，改善了表面形态(降低了表面粗糙度)，并且增强了电致发光。这不是关于制备GaN的厚膜，原因在于GaN薄膜原样留置层叠在蓝宝石衬底上。并且对于GaN薄膜的晶体取向未提及。
M.H.Xie等在“Reduction of threading defects in GaN grown onvicinal SiC(0001)by molecular-beam ejpitaxy，”APPLIED PHYSICSLETTERS，Vol.77，No.8，August 21，2000，第1105-1107页中指出通过MOCVD向3.5°错误取向的(0001)4H-SiC衬底上生长GaN薄膜改善了表面形态和提高了光致发光，相对于向(0001)精密SiC衬底上生长的GaN薄膜而言。但是，由于薄，GaN不产生为衬底晶体，且原样留置层叠在SiC衬底上。并且未提及GaN的晶体取向。
发明内容
发明概述尽管不是需要错误取向的GaN衬底的情况，期望的是以相同的方式在寻求GaAs以及InP衬底之后，将寻求错误取向的衬底。向错误取向的GaN衬底上生长的GaN薄膜可以比向精密GaN衬底上生长的GaN薄膜具有更高的质量。尽管真实的是还未理解，错误取向的GaN衬底具有一些前途并且应当得到需要。
在此情况下，如果与由GaAs和InP一样，可以由液相(通过HB方法或LEC方法)生长单晶，并且可以得到长、大直径、单晶CaN结晶块，然后它将有能力设置倾斜角的结晶块，并且将它们切片，由此简单地制备误切晶体。但是，在GaN晶体的情况下，不能由液相生长长的、单晶的结晶块。似乎可能的途径是向不同于GaN的材料的单晶起始衬底上生长GaN，得到具有良好厚度尺度的GaN晶体，除去起始衬底，以得到GaN晶块，然后将晶块对角切片，得到误切GaN晶片。
但是，沦为废物的部分将是如此地大，以致于排除了该路径。例如，假定，某人希望制备偏轴角为5°的2-英寸(51mm)直径、500μm-厚的GaN晶片。由于51(sin5°)＝4.4，制备高度为4.9mm的GaN晶块且将其以5°倾斜角切片，将通过切口损失的因子分解，得到单一的误切晶片。由于9块500μm-厚的片材可以超过晶块的高度4.9mm，如果将它们切割为精密(同轴)衬底，8块衬底的价值以成为废物结束。此方法的一个缺点显然是错误取向角大。由于目前由气相技术制备的GaN薄，所以这样的缺点相当严重。
如果可以制备高度为30mm的更厚的GaN单晶晶块并且可以得到约1°至3°错误取向的晶片，损失将会更小；但在目前阶段，不能制备如此厚的GaN晶体。目前阶段的水平是可以最终制备约1mm厚的材料，并且最好的水平是花费大量的时间，最后可以产生10-mm晶体。
目前阶段可以将GaN单晶制备为薄晶体，尽管具有大的表面积。因而，如果将(0001)精密GaN对角切片，损失将会很大。除此之外，还有一个问题。通过气相沉积，GaN生长缓慢，并且与生长一道，位错密度产生变化。GaN晶体是这样的，即开始生长时，位错密度高，但随着生长的进行，位错密度降低；因此，如成斜角地切割晶体，将证明平面内的位错密度明显是非均匀的。
本发明中，利用偏轴(111)GaAs晶体衬底，并且向所述GaAs衬底上厚厚地气相沉积GaN，并且除去衬底。这样做可以得到偏轴GaN晶体衬底。本发明利用偏轴(111)GaAs晶体衬底，向所述GaAs衬底上厚厚地气相沉积GaN至薄膜厚度等于多个片材厚度的程度，除去GaAs衬底，得到GaN晶块，并且在偏轴平面将晶块切片，所述的偏轴平面垂直于生长轴，也可以批量制备多片误切GaN衬底晶体。
在本发明的另一个方面，利用ELO技术，其中具有许多周期性排列(以1μm至4μm间距)的开口的掩膜层叠在偏轴(111)GaAs衬底上，且向该衬底上气相沉积GaN。
备选地，本发明还可以采用的技术是刻面生长，其中将具有更大间距(30μm至400μm)的条状或点状图案的掩膜层叠在衬底上，并在产生和维持GaN刻面的同时，生长晶体。
从下面结合附图的详述中，对于本领域的技术人员而言，本发明上面所述的及其它目的、特征、方面和益处将变得显而易见的。
图1是本发明中向GaAs衬底上形成为ELO掩膜的掩膜图案的示意图。图A是条纹排列，其中2μm宽的狭缝和6μm宽的屏蔽条纹以8μm间距平行地延伸。图案B是这样一种构型，其由边长2μm的正方形开口穿孔，所述的开口在重复正三角形的顶点上，所述的重复正三角形为正三角形，边长4μm，遍布整个图案。
图2是举例说明HVPE技术的示意图，其中在热壁反应器的上部提供有Ga蒸发皿，并且在下部，提供有其上设置起始衬底(晶片)的基座，用周围的加热器加热Ga蒸发皿和起始衬底，氢气稀释的HCl从上部流过并且与Ga反应生成GaCl，GaCl与NH3反应，在起始衬底上面生长GaN。
图3是解释实施方案1和2的制备过程的示意图，其中提供过程，以便通过向偏轴GaAs起始衬底上形成掩膜，通过掩膜气相沉积GaN，并且除去偏轴GaAs起始衬底和掩膜，得到错误取向的GaN晶体；该图也是解释实施方案4的制备过程的示意图，实施方案4的制备过程用于向由此产生的作为基础衬底的错误取向的GaN晶体上外延生长GaN，以制备厚错误取向的GaN晶体，并且将该晶片切薄片，以制备多个误切GaN衬底；且该图也是解释实施方案3的制备过程的示意图，提供该制备过程，以便向偏轴GaAs起始衬底上，层叠低温生长GaN缓冲层，再层叠掩膜和外延生长GaN厚层，并且除去偏轴GaAs起始衬底和掩膜，得到错误取向的GaN晶体衬底。
图4是用于解释本发明益处的示意图，其中这样安排，即在通过气相沉积向偏轴(111)GaAs起始衬底上生长错误取向的GaN晶体后，除去GaAs起始衬底，并且直角切割GaN晶体至生长轴，得到误切GaN晶片而没有废料。
图5所示为代表GaN晶体结构的原子模型示意图。
图6所示为代表GaAs晶体结构的原子模型示意图。
发明详述现在将更具体地论述本发明。
已经提及，HVPE、MOC、MOCVD和升华是生长氮化镓晶体的可用方法，并且本发明可以由这些方法的任何一种实施。这里，论述将集中于其中使用HPVE(图2中示出)的实例。其中使用的HVPE是一种如下所述的技术在热壁反应器的上部提供引入了金属Ga的石英蒸发皿，并且通过在反应器下端的基座保持和加热起始衬底；用氢气稀释的HCl流过反应器上端，并且将温度升高至800℃或以上，以引发反应，并且使GaCl流向下端，且在下端，由GaCl和由氢气携带的NH3，引发反应，产生GaN并且将GaN沉积到加热的衬底上。HVPE技术的益处在于生长速率快，碳污染轻微，且相对简单的设备可靠。这是用于制备大量GaN晶体的最佳技术。
但是，本发明也可以采用气相生长方法，如MOCVD，MOC和升华。
本发明的基本原理在于利用具有偏轴取向角的GaAs基板作为起始衬底，向GaAs起始衬底上气相沉积单晶GaN，并且除去GaAs起始衬底，产生提供有偏轴取向角的独立式GaN晶体衬底。
本发明人发现，用偏轴GaAs单晶作为起始衬底气相沉积GaN制备偏轴GaN单晶。利用该完全新认识的原理，本发明通过使偏轴GaAs基板作为起始衬底，并且向起始衬底上气相沉积GaN，产生了偏轴GaN衬底。而且，关键点在于可以通过作为起始衬底的GaAs基板的取向和倾斜角完全指定GaN偏轴方向和倾斜角。因此，本发明可以制备具有选择取向和具有选择倾斜角的GaN单晶衬底。
当然，偏轴GaN晶体可以通过直接向偏轴GaAs(111)衬底上生长晶体来制备。可以将除此之外的各种技术用来通过偏轴GaAs衬底制备偏轴GaN。
可以采用的装置是向具有偏轴取向的(111)GaAs衬底上，层叠具有大量周期分布细开口的掩膜(SiO2或SiN)，并且通过掩膜气相沉积GaN，以便位错侧向生长，并且以便掩膜上面的晶体部分中的位错密度变低。
这意味着可以将上面所述的ELO方法应用于相邻衬底。由采用掩膜的ELO，偏轴GaN也生长到-且其错误取向或偏轴取向决定于-错误取向的(111)GaAs衬底。
在进行ELO中，可以薄薄地生长GaN缓冲层(20nm至80nm)，然后向偏轴(111)GaAs衬底层叠掩膜。在此情况下，偏轴GaN晶体也可以生长。在GaN晶体生长至适宜的厚度后，除去衬底和掩膜，由此制备具有偏轴取向的独立式GaN晶体。且由于在此情况下使用ELO，得到具有更少位错的材料。
再一种选择是使用刻面生长，其中将在更大(条纹或点状)结构中形成图案的SiO2或SiN层叠在起始衬底上，生长晶体的同时，保持晶体的刻面，并且在晶体从掩膜的部分生长的区域中，位错偏移在一起，限定位错集中区域，其可以使在保留区域中的位错少，所述的保留区域在掩膜开口之上。
本发明通过如图4所示的向偏轴(111)GaAs起始衬底上生长GaN单晶且直角切割单晶至生长轴，得到具有所需要偏轴取向的GaN晶片。由于可以相对于所述轴、以不是对角而是直角地将晶片切片，浪费轻微。由于这通常是所有薄晶体都可能的情况，结果是有意义的。
假定例如，为了得到超过(0001)精密GaN的400μm厚的晶片，制备直径为2英寸和厚度为1000μm的晶体。如果晶片是同轴的，即使包括切口损失，也可以得到两个，但是仅可以制备单个1°偏轴的厚度为400μm的晶片；且如果晶片是2°偏轴，400-μm厚的GaN，甚至一个也不能得到。
相反，由本发明，在其中需要2°偏轴晶片的情况下，由于2°偏轴GaN是生长到2°偏轴GaAs起始衬底上的，可以由厚度为1000μm的晶体得到两个2°偏轴、400-μm厚的GaN。由于GaN晶片极其昂贵，所以此结果是有意义的。
此外，在GaN晶体中，由于位错密度和其它性质在生长的开始、中间阶段和结束时不同，如果对角切割晶体，位错密度根据晶片的位置而可以极大地改变，但由于本发明中，切割是在对生长轴的直角进行的，在晶片面内，生长期是相同的，因此使位错密度的波动最小化，并且保持质量一致。
尽管本发明具有这些效果，但其价值更多地在于可预测性的发现，因为通过起始衬底的相邻角和方向，可以预先指定GaN晶体的相邻角和偏轴方向。
由于本发明用作起始衬底的GaAs基板变得可以大量生产的，且由于其性能得到了近二十年的证明并且可以容易地、便宜获得，因此本发明处于适于容易具体化的状况下。尽管商业上出售的是大(100)精密GaAs衬底，由于可以通过LEC或HB方法或通过垂直蒸发皿方法来制备长(100)GaAs单晶晶块，可以通过对角切割这种晶块来制备误切晶片。
本发明的要旨在于(111)偏轴GaAs衬底的相邻角α与向衬底上生长的GaN的相邻角β相等(β＝α)，并且根据GaAs倾斜的方向，唯一地确定GaN的倾斜角方向。尽管在实施方案中是清楚的，但倾斜角方向可以表示为(111)GaAs衬底的法线(其与[111]方向形成角α，其中α是相邻角)怎样相对于垂直于[111]的两个方向[112]和[110]倾斜。
GaN晶体的(0001)面生长，以便覆盖GaAs的(111)面。倾斜角方向可以表示为垂直于GaN的法线方向(其与 形成角β)相对于垂直于 的[1100]和[1120]倾斜。于是，本发明人发现当GaAs衬底法线是向[112]方向的偏轴时，GaN晶体的法线是向[1100]的偏轴，且当GaAs衬底法线是向[110]方向的偏轴时，GaN晶体的法线是向[1120]方向的偏轴。这表明GaN中的[1100]方向与GaAs中的[112]方向一致，且GaN中的[1120]方向与GaAs中的[110]方向一致。因此，GaAs[111]轴与GaN中的 一致。
推测保持这种相关性的原因。
图5所示为表示GaN晶体结构的三向投影透视图。该图实际上包括大量的单元；图示了要求表示为六方晶系的晶体结构的大量单元，原因在于容易理解这种晶系的对称性。大白球是氮原子，小球是Ga原子。在底平面的中心是Ga；围绕那里的是正六面体，在正六面体的每一个顶点上，存在Ga原子。从底面的中心Ga加入至沿六边形四周的六个Ga原子的直线方向沿逆时针方向[2110]、[1120]、[1210]、[2110]、[1120]和[1210]进行。这是在GaN中Ga-Ga键的方向。其中不存在镓原子的方向是[1100]等。
图6所示为GaAs晶体结构的三向投影透视图。该结构为六角晶系，并且是sphaleritic(闪锌矿型的)。黑球是Ga且白球是As，Ga原子与上下左右围绕它们的四个最近的As原子成键。四个成键方向是[111]、[111]、[111]和[111]。在此图中含有三个Ga原子的对角面是(111)。每个Ga原子在其第二最近的位置连接至六个Ga原子；这些连接(它们不是键)的方向是[110]、
、[101]、[110]、
和[101]。这些是在(111)GaAs表面上的Ga-Ga键的方向。
在结合中心Ga原子的GaAs的(111)平面中，沿着含有Ga原子的正六面体的顶点处的六个Ga原子的方向是刚才提及的[110]、
、[101]、[110]、
和[101]，而在结合中心Ga原子的GaN的(0001)平面中，沿着含有Ga原子的正六面体的顶点处的六个Ga原子的方向是上面提及的[2110]、[1120]、[1210]、[2110]、[1120]和[1210]。因此，在GaAs和GaN中，得到Ga的共同性。
同样在(111)偏轴GaAs中，由于在表面上的Ga原子几乎规则地排列，所以在GaAs中的Ga-Ga方向与在GaN中的Ga-Ga方向应当是共同的。这意味着沿着GaAs/GaN界面，GaAs中的[110]、
、[101]、[110]、
和[101]等于GaN中的[2110]、[1120]、[1210]、[2110]、[1120]和[1210]。既然是这样，推测应当是相对于[110]的GaAs法线的错误取向与相对于[2110]的GaN的错误取向完美地对应。
实施方案1通过向其上层叠或未层叠ELO掩膜的错误取向的GaAs衬底上生长GaN晶体而制备偏轴GaN衬底的方法通过如下的过程，在偏轴GaAs起始衬底之上制备GaN晶体，制备成独立式薄膜，重叠和抛光，并且检验其错误取向和晶体性质。
将偏轴GaAs的(111)A面用作起始衬底。GaAs是闪锌矿(ZnS)型的立方晶系晶体。GaAs(111)面是其中存在三重旋转对称的面。GaAs(111)面包含其中只有Ga出现在表面中的面，和其中只有As出现在表面中的面。前者称为(111)Ga面或(111)A面；前者称为(111)As面或(111)B面。在本实施方案中，使用GaAs(111)晶体，其中Ga面向上。
由于(111)Ga面具有三重对称性，所以可以将六角晶系晶体生长到该面上。但是，它不是严格的(111)Ga面，而是已经错误取向的。可以在(111)上存在的晶体方向<hkm>满足h+k+m＝0。在这些方向中，低指数晶体晶体方向并且相互垂直的是<112>和<110>。(其中，“<…>”表示方向族，而“[…]”表示单个方向。另一方面，“(…)”表示单个面，而“{…}”表示面族。“族”表示晶体具有的通过对称操作互换的所有面或方向的组。)指定为“(hkm)”的GaAs面是指其单位晶面为a/h，b/k和c/m-在a-轴、b-轴和c-轴上的截距长度。指数h、k、m是截距的倒数并且是整数。方向[hkm]表示垂直于(hkm)面的方向。
由于六角晶系，c-轴方向有一点不同至于所关注的上面所述的三个指数，假定在c-平面中限定的，其中平面与120°分隔的轴(a，b，d)相交的截距的长度为a/h、b/k和d/m，那么这三个指数是hkm。定律h+k+m＝0一直是准确的。对于第四个指数n，将会是其中平面与c-轴相交的截距是c/n。因此，可以由四个指数(hkmn)指定六角晶系平面，其中方向[hkmn]被限定为平面(hkmn)的法线。这与立方晶系的情况相同。
对于起始衬底，采用下面的十四种错误取向(偏轴角)第I组- 7种错误取向，其中，按垂直于衬底顶边的矢量计，晶体取向[111]向<110>方向倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°。
第II组-7种错误取向，其中，按垂直于衬底顶边的矢量计，晶体取向[111]向<112>方向倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°。
所有的起始衬底都是误切GaAs基板。
向这些误切GaAs衬底的一些上，通过外延侧向附晶生长(ELO)生长GaN，其中向衬底上层叠了如下所述的图案A和图案B掩膜，而对于其它衬底，未采用ELO来生长GaN。
图案A-如图1中的左侧所示，2-μm宽狭缝和6-μm宽条纹的平行-条状几何形状的掩膜。
图案B-如图1中的右侧所示，在其上遍布边长4μm的正三角形图案中具有六重对称性的正三角形的顶点上，由边长2μm的正方形开口穿孔的掩膜。
类型1其上形成了图案A构型的ELO掩膜的GaAs衬底衬底1至7类型1；第I组，向<110>方向倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°。
衬底8至14类型1；第II组，向<112>方向倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°。
类型2其上形成了图案B构型的ELO掩膜的GaAs衬底衬底15至21类型2；第I组，向<110>方向倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°。
衬底22至28类型2；第II组，向<112>方向倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°。
类型3没有掩膜且其中采用非-ELO技术生长的衬底衬底29至35类型3；第I组，向<110>方向倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°。
衬底36至42类型3；第II组，向<112>方向倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°。
表I实施方案1中42种不同的衬底/样品的表征
向这些错误取向的GaAs衬底-衬底1至42-通过HVPE生长GaN晶体层。HVPE系统示意于图2中。在反应管(炉)2的上端提供贮存有金属Ga的Ga蒸发皿3，并且由下端中的底座4保持每个GaAs衬底5。由环绕反应管2的加热器6，加热整个反应管2，以保持Ga蒸发皿3和底座4在所需要的温度。通过在上端的第一气体供给口，使H2+HCl气体流向Ga蒸发皿，以生成GaCl气体，并且通过在上端的第二气体供给口，使H2+NH3气体流过GaAs衬底5，以由GaCl和NH3合成GaN并且生长到GaAs衬底上。
在向GaAs衬底上生长GaN晶体的过程中，首先，在低温下生长薄缓冲层，并且在高温下向缓冲层上生长厚外延GaN薄膜。给定缓冲层的厚度为20nm至80nm。在其中采用掩膜的情况下，可以将其层叠在衬底上，或者可以将其层叠在缓冲层上。备选地，在缓冲层上构造约0.4μm至10μm的外延层后，可以将掩膜层放置于外延层上。在此情况下，可以在缓冲层形成之后形成掩膜，并且同时层压外延层0.5μm至10μm。用于产生缓冲层和外延层的参数如下缓冲层形成参数-生长方法HPVE-NH3分压0.1atm(10,000Pa)
-HCl分压 1×10-3atm(100Pa)-生长温度500℃-生长时间60min-生长薄膜厚度60nm外延层厚膜形成参数-生长方法HPVE-NH3分压 0.2atm(20,000Pa)-HCl分压 3×10-2atm(3000Pa)-生长温度1010℃-生长时间10hr-生长薄膜厚度1.0mm在上面所列的条件下，由GaAs衬底1至42作为起始衬底，如图3左侧所示生长GaN厚膜。然后，通过将GaAs衬底蚀刻掉而将它们除去。由此得到1mm厚度的独立式GaN晶体衬底。通过使用衬底1-42而制备的GaN晶体称为样品1至42。在每种情况下，样品1-42中的GaN晶体都是单晶。GaN衬底的上层是具有粗糙度的表面，其中(0001)面(c-面)由刻面所断开。样品1-42的背面在每种情况下都是平坦的。
这里强调的是在所有的样品1-42中，生长了GaN晶体，所以作为基础的误切GaAs衬底的[111]取向与生长的GaN厚膜的 取向将会平行。GaN 取向倾斜一个角度，所述的角度等于GaAs衬底相对于从GaN衬底顶部投影的法线的错误取向的角α。若GaN衬底 取向相对于从其顶部投影的法线形成的角度是GaN的错误取向角β，那么本实验的结果是在所有的样品1-42中，β＝α。
此外，这不仅是GaN (其c-轴)平行于GaAs起始衬底的情况，而且在它们的轴周围的取向中保持严格的相关性。这是有意义的实现。
在其中GaAs起始衬底的[111]方向向GaAs<110>方向倾斜的样品中-即，其中GaN生长到具有第I组错误取向的衬底(第1-7、15-21和29-35号)上-GaN单晶 (c-轴)以完全相同的角度向<1120>方向倾斜。虽然前提(必要参数)是β＝α-即，上面所述的轴向倾斜相同—此结果比仅是限制β＝α更符合。因而，它的意义在于GaAs<110>方向＝GaN<1120>方向。换言之，成为要确定轴的方向。此处，通过使用关于方向的等号(＝)的表述是指方向是平行的，原因在于由于对于方向矢量不限定长度，由等号强调和表示平行。
在其中GaAs起始衬底的[111]方向向GaAs<112>方向倾斜的样品中-即，其中GaN生长到具有第II组错误取向的衬底(第8-14、22-28和36-42号)上-GaN单晶 (c-轴)以完全相同的角度向<1100>方向倾斜。这表明配位晶体生长发生，并且是这样的，即GaAs<112>方向＝GaN<1100>方向。假定前提(必要参数)是β＝α-即，上面所述的轴向倾斜相同-即，如刚才所述，GaAs<112>方向＝GaN<1100>方向，自然随之而来的是这种生长将会发生。
因此，这表明，当GaN生长到误切GaAs时，轴向和轴周围的取向都是由GaAs的取向决定的。简单地表示，偏轴关系GaAs[111]＝GaN ，GaAs<110>＝GaN<1120>，和GaAs<112>＝GaN<1100>
成为本发明人的经验所理解的情况。
通过由X-射线衍射测量GaN晶体(0001)平面的错误取向角和偏轴方向，发现了这些晶体平面和方向的相关性。所有的衬底/样品1-42具有上面所述的对应关系的事实表示它们将具有真正可靠的再现性。
在样品1-42GaN晶体衬底中的翘曲的曲率半径为5m或更大，载流子浓度为n＝1×1018cm-3，并且电子迁移率为100-200cm2/Vs。这样的电特性几乎与那些通过向常规GaAs(111)精密衬底上气相生长而制备的独立式GaN衬底的相同，并且不亚于它们。
在其中晶体背面的平面面积作为基准面的操作中，将样品1-42独立式GaN晶体的正面重叠，以消除表面粗糙度并且使正面光滑。接着，采用抛光操作，进行抛光-精加工，得到具有错误取向的GaN衬底。
通过使用X-射线衍射仪测量这42种抛光晶片在 方向的倾斜度。衬底倾斜的幅值和取向几乎与通过在很短时间以前提供的X-衍射检测的独立式GaN薄膜的相同。
具体而言，第I组平面化GaN样品1-7、15-21和29-35是错误取向的GaN晶体衬底，其向<1120>方向倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°，且第II组平面化GaN样品8-14、22-28和36-42是错误取向的GaN晶体衬底，其向<1100>方向倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°。此外，晶体性质在平面内是均匀的。
将由具体的实例进行解释。
样品18在<110>指向的5°倾斜GaAs(111)A面上制备有图案B(重复三角形)掩膜且向掩膜A面上生长GaN的GaN衬底。
在分析该GaN样品18中，将GaN 方向在<1120>方向倾斜4°25min，并且在<1100>方向倾斜0°07min。根据刚才的解释，样品18的倾斜应当是在<1120>方向倾斜5°，且在<1120>方向倾斜0°，但稍有偏离。发生差异的原因是GaN晶体厚膜中具有翘曲和测量中的问题。这些差别很小；即使有的话，由作为初始基础衬底的错误取向的GaAs可以精确确定GaN错误取向的事实应当是产生该差别的原因。
至于错误取向角的范围，由其中[111]方向分别从<110>方向(第I组)和<112>方向(第II组)中的法线倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°作为起始衬底，通过上面所述的三种类型(图案A掩膜，图案B掩膜，无掩膜)制备方法制备GaN样品。证实，在第I组和第II组中，都可以进行其中倾斜方向达到25°错误取向角的生长。因此，证明可以制备任何从0至25°的错误取向的GaN晶体。
如果想知道，不超过25°表明不能制备错误取向的GaN晶体，答案是否定的。由(111)GaAs，不能得到偏轴超过25°的衬底，本发明人尚未对超过25°的GaAs衬底进行任何GaN生长实验。因此，本发明是否也可以用于超过25°的错误取向是未知的；其可能是可以的，但也可能是不可以的。
实施方案2通过向其上薄薄地生长了GaN，且提供或未提供形成图案的ELO掩膜的错误取向的GaAs衬底上生长GaN晶体而制备偏轴GaN衬底的方法在实施方案1中，将ELO掩膜直接提供(或不提供)到误切GaAs起始衬底上，并且GaN外延生长到掩膜的/无掩膜的衬底上。在实施方案2中，所进行的是将GaN外延层薄薄地置于误切GaAs衬底上，在外延层层叠的衬底上提供(或不提供)ELO掩膜，并且向由此制备的衬底上外延生长GaN。即，这样制备它，以便GaN的生长为两个阶段，其中ELO生长在中间进行。将如此制备的错误取向的GaN晶体重叠且抛光，得到光滑平坦的晶片，并且检测晶片的错误取向和晶体性质。
与实施方案1中一样，制备第I组错误取向的误切GaAs衬底—其中GaAs[111]方向向<110>方向倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°，且制备第II组错误取向的误切GaAs衬底—其中GaAs[111]方向向<112>方向倾斜0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°。
在下面的条件下，在与实施方案1相同的反应器中，向如刚才表征的GaAs(111)起始衬底上沉积GaN缓冲层和外延层，以制备约10μm薄膜厚度的GaN晶体片材。为10μm薄的片材是为了保证在外延层表面上的平坦度。缓冲层形成参数-生长方法HPVE-NH3分压0.1atm(10,000Pa)-HCl分压 1×10-3atm(100Pa)-生长温度500℃-生长时间60min-生长薄膜厚度60nm外延层形成参数-生长方法HPVE-NH3分压0.2atm(20,000Pa)-HCl分压 2×10-3atm(200Pa)-生长温度1010℃-生长时间30min-生长薄膜厚度10μm向这些偏轴GaN/GaAs晶体片材上，形成与实施方案1的那些一样的ELO掩膜(图案A和B)，而在其它上面，不形成掩膜。
图案A-如图1中的左侧所示，2-μm宽狭缝和6-μm宽条纹的平行-条状几何形状的掩膜。
图案B-如图1中的右侧所示，在其上遍布边上4μm的正三角形的图案中具有六重对称性的正三角形的顶点上，用边长2μm的正方形开口穿孔的掩膜。
除了根据上面所述的第I组和第II组表征外，将这些衬底分组为类型1其中向GaN薄膜上形成了图案A的ELO掩膜的衬底；类型2其中向GaN薄膜上形成了图案B的ELO掩膜的衬底；和类型3没有ELO掩膜的衬底。
根据这些分类，可以得到42种不同的掩膜/GaN/GaAs组合。与实施方案1进行的类似，限定了表II组合中的衬底43至84。
表II实施方案2中42种不同的衬底/样品的表征
向这42种不同掩膜/GaN/GaAs复合衬底上，高温形成厚GaN外延生长薄膜。
外延层形成参数-生长方法HPVE-NH3分压0.2atm(20,000Pa)-HCl分压 3×10-2atm(3000Pa)-生长温度1010℃-生长时间10hr-生长薄膜厚度1.0mm在由此外延生长厚GaN后，从42种不同(样品43-84)掩膜/GaN/GaAs复合衬底中，蚀刻掉GaAs衬底和掩膜，得到1.0mm厚度的独立式GaN晶体衬底。
GaN衬底背面是平坦的。GaN衬底的上面是具有粗糙度的表面，其中(0001)面被刻面所断开。
同样，在实施方案2中，样品43-84的GaN的错误取向角β等于GaAs衬底的错误取向角α(β＝α)。此外，GaAs<110>方向与GaN<1120>方向相符，而GaAs<112>方向与GaN<1100>方向一致。
在其中晶体背面的平面面积作为基准面的操作中，将GaN厚膜晶体的正面重叠，以消除表面粗糙度并且使正面光滑。接着，由在GaN厚膜晶体上的抛光操作制备抛光的偏轴GaN衬底，其具有光滑平坦的正面(比较图3)。
通过使用X-射线衍射仪测量这些光滑平坦的GaN衬底在 方向的倾斜度。发现，与实施方案1中的情况一样，GaN正面以与GaAs错误取向角相同的错误取向角(β＝α)向一想要的方向倾斜。并且样品43-84的晶体性质在面内是均匀的。
实施方案3通过向错误取向的GaAs衬底上厚厚地生长GaN晶体且切开GaN晶体而制备多个GaN晶片的方法用下面所述的GaAs衬底作为起始衬底制备多个GaN晶片所述GaAs衬底以两个方向和7个不同的错误取向之一倾斜，在所述的衬底上，通过开始生长薄GaN缓冲层，然后厚(10mm)外延层并且平行于生长平面切开GaN而形成了图案A ELO掩膜，图案B ELO掩膜或无掩膜。检测由此制备的GaN晶片的特征。
GaAs(111)A面倾斜角0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°。
第I组-GaAs[111]方向向<110>方向倾斜。
第II组-GaAs[111]方向向<112>方向倾斜。
类型1其中向GaN薄膜上形成了图案A的ELO掩膜的衬底；类型2其中向GaN薄膜上形成了图案B的ELO掩膜的衬底；和类型3没有ELO掩膜的衬底。
图案A-如图1中的左侧所示，间距为8μm的2-μm宽狭缝和6-μm宽条纹的平行-条状几何形状的掩膜。
图案B-如图1中的右侧所示，在其上遍布边长4μm的正三角形的图案中具有六重对称性的正三角形的顶点上，用边长2μm的正方形开口穿孔的掩膜。
表III实施方案1中42种不同的衬底/样品的表征
如在上表中，将衬底分为42种类型。得到衬底85至126。通过使用这些衬底制备的GaN晶体得到样品85至126。开始在低温形成薄缓冲层，随后在高温形成厚外延层。
缓冲层形成参数-生长方法HPVE-NH3分压0.1atm(10,000Pa)-HCl分压 1×10-3atm(100Pa)-生长温度500℃-生长时间60min-生长薄膜厚度60nm外延层形成参数-生长方法HPVE-NH3分压0.2atm(20,000Pa)-HCl分压 3×10-3atm(300Pa)-生长温度1010℃-生长时间100hr-生长薄膜厚度10mm如此，得到高度为10mm或以上的复合GaN/GaAs衬底。在所有的样品中，GaN错误取向角β与GaAs错误取向角α相等(β＝α)。倾斜角度也相同，其中GaAs<110>方向等于GaN<1120>方向，且GaAs<112>方向等于GaN<1100>方向。
GaAs和掩膜通过将它们蚀刻掉而除去，得到10mm厚度的独立式GaN晶体。GaN晶体的背面是平坦的。GaN晶体的上面是具有表面粗糙度的表面，其中(0001)面被刻面所断开。
在其中晶块背面的平面面积作为基准面的操作中，将这些GaN晶块的正面重叠以消除表面粗糙度并且使正面光滑。这得到柱状GaN晶块。由于背面的平坦面为基准面，用线锯垂直于背面法线切割晶块。由所述的晶块，可以切割400μm厚度的10片GaN晶片。
将这些切片的晶片抛光，可以制备具有错误取向的GaN晶片。用X-射线衍射仪检测这些晶片在 方向的倾斜度。确认在所有情况下的样品都是错误取向的晶片，其是在想要的取向中偏轴想要的角度。此外，晶体性质在平面内是均匀的。
由于其中GaN由此向误切GaAs衬底上厚薄生长且沿着平行的平面切割的这种技术，可以得到更大量的误切GaN晶片。例如，在本发明的实施方案中，由10-mm厚晶块(7mm实际可使用范围)，可以切割5°偏轴和400μm厚度的10片2-英寸直径的GaN晶片。
另一方面，如果它是由不是错误取向的2-英寸直径、10-mm厚独立式GaN晶体，切割400μm厚、5°偏轴的晶片，切片平面将不与晶片背面平行，而是倾斜5°。因而，仅能得到5片5°偏轴晶片。相反，本发明，其中从开始制备的错误取向的晶块，在削减偏轴GaN晶片的成本方面是特别有用和有效的。
实施方案4通过向偏轴GaN衬底上生长GaN而制备偏轴GaN衬底的方法上面论述的是向误切GaAs起始衬底上生长GaN。在实施方案4中，将错误取向的GaN用作起始衬底。由于可以获得在实施方案中所制备的错误取向的衬底，因此将它们用作晶种。即，到此点为止，起始衬底是误切GaAs，但此处使偏轴GaN为起始衬底。因而，在此情况下，生长不是杂外延的，而是均相外延的。
GaN衬底的特征如下；因而有14种类型。将具有7种第I组错误取向的那些指定为衬底127至133；将具有7种第II组错误取向的那些指定为衬底134至140。
第I组-其中GaN (c-轴)方向向<1120>方向倾斜的错误取向第II组-其中GaN (c-轴)方向向<1100>方向倾斜的错误取向倾斜角0.1°，0.3°，1°，5°，10°，20°和25°。
表IV实施方案4中14种不同的衬底/样品的表征
由于GaN是晶种，所以不采用ELO。GaN衬底经过一个清洁过程。
清洁参数-清洁温度1000℃-NH3分压 0.4atm(40,000Pa)-清洁时间10min在这些条件下，对衬底的上面进行清洁操作。直接在高温下进行GaN的厚膜生长，而不夹入低温缓冲层。
外延层生长参数-生长方法HPVE-NH3分压0.2atm(20,000Pa)-HCl分压 3×10-3atm(300Pa)-生长温度1010℃-生长时间100hr-生长薄膜厚度10mm在这些条件下的外延生长可以制备10mm厚度的独立式GaN晶块。
通过采用未改变晶体取向的GaN基础作为起始衬底，GaN晶块均相外延生长。因此，GaN生长部分的错误取向角β和基础GaN的错误取向角α相等。而且，由第I组错误取向的GaN起始衬底(衬底127-133)，其中c-轴向<1120>方向倾斜，制备了其中c-轴同样向<1120>方向倾斜的偏轴GaN。同样适用于第II组错误取向的衬底(衬底134-140)。
GaN晶块的背面是平坦的，但在上面出现粗糙度，其成为(0001)面和刻面的混合表面。在操作中重叠正面，以消除粗糙度。由背面的平坦表面作为基准面，用线锯平行于背面将晶块切片。由所述的晶块，可以切割厚度为400μm的10片GaN晶片。这些晶片经过抛光操作，可以得到具有错误取向的GaN抛光衬底。
通过X-射线衍射仪检测由此得到的晶片在 方向的倾斜度。发现GaN晶片具有与晶种GaN相同的晶体取向和偏轴角。
实施方案5向偏轴GaN衬底上的GaN外延生长、LED的制造向根据实施方案1制备的错误取向为1°的GaN衬底上，通过MOVCD生长GaN外延层。在向没有错误取向的c-面精密衬底上的外延生长中，得到表面上的粗糙度，而在向本发明的偏轴GaN衬底上生长的GaN外延层中，改善了形态，其中所述层成为平坦的，并且这产生错误取向的衬底的优点。
向1°错误取向的GaN上生长的GaN外延层上，制造其中InGaN是发光层的蓝色LED。在偏轴衬底上面制备的LED的亮度高于在同轴衬底上面制备的LED的亮度。这是因为外延层的形态更好，且该优势来自于错误取向。错误取向的GaN衬底可以制备其亮度高于在c-面精密衬底上的装置的亮度。
仅仅选择所选择的实施方案来举例说明本发明。但是，对于本领域的技术人员显而易见的是，由上面所公开的内容，可以在没有偏离本发明如后附权利要求所限定的范围的条件下，在其中做出各种变化和修改。此外，提供本发明实施方案的上述描述只是用于举例说明，而不是用于限制由后附权利要求及它们的等同替换所限定的本发明。
权利要求
1.一种利用错误取向的(111)GaAs基板作为起始衬底来制备GaN单晶衬底的方法，该方法包含向错误取向的(111)GaAs起始衬底上沉积GaN单晶层的生长步骤；和在所述生长步骤之后除去起始衬底以制备错误取向的独立式GaN衬底的除去步骤。
2.一种利用错误取向的(111)GaAs基板作为起始衬底来制备GaN单晶衬底的方法，该方法包含向错误取向的(111)GaAs起始衬底上形成具有多个开口的掩模的掩模形成步骤；通过掩模沉积GaN单晶层的生长步骤；和在所述生长步骤之后除去起始衬底以制备错误取向的独立式GaN衬底的除去步骤。
3.一种利用错误取向的(111)GaAs基板作为起始衬底来制备GaN单晶衬底的方法，该方法包含向错误取向的(111)GaAs起始衬底上形成厚度为0.5μm至10μm的GaN外延层的外延层形成步骤；向外延层上形成具有多个开口的掩模层的掩模形成步骤；通过掩模沉积GaN单晶层的生长步骤；和在所述生长步骤之后除去起始衬底以制备错误取向的独立式GaN衬底的除去步骤。
4.一种利用错误取向的(111)GaAs基板作为起始衬底来制备GaN单晶衬底的方法，该方法包含向错误取向的(111)GaAs起始衬底上形成具有多个开口的掩模层的掩模形成步骤；通过掩模沉积具有足以得到多个晶片的厚度的GaN单晶层的生长步骤；和在所述生长步骤之后，沿着GaN单晶层的厚度方向将其切片以制备多个错误取向的独立式GaN衬底的切片步骤。
5.一种利用错误取向的独立式GaN基板作为起始衬底来制备GaN单晶衬底的方法，该方法包含向错误取向的GaN起始衬底上沉积具有足以得到多个晶片的厚度的GaN单晶层的生长步骤；和在所述生长步骤之后，沿着GaN单晶层的厚度方向将其切片以制备多个错误取向的独立式GaN衬底的切片步骤。
6.根据权利要求1-4任何一项所述的制备GaN单晶衬底的方法，其中错误取向的GaAs起始衬底的偏轴角为0.3°至20°。
7.根据权利要求1-4任何一项所述的制备GaN单晶衬底的方法，其中错误取向的GaAs起始衬底的偏轴角为0.1°至25°。
8.根据权利要求1-4任何一项所述的制备GaN单晶衬底的方法，其中错误取向的GaAs起始衬底是具有错误取向的(111)面基板，在错误取向中，依据垂直于基板顶边的矢量，[111]-指向的面向<110>方向倾斜。
9.根据权利要求1-4任何一项所述的制备GaN单晶衬底的方法，其中错误取向的GaAs起始衬底是具有错误取向的(111)面基板，在错误取向中，[111]-指向的面向<112>方向倾斜。
10.一种GaN单晶衬底，其是采用如下方法制备的利用错误取向的(111)GaAs基板作为起始衬底，向所述错误取向的(111)GaAs起始衬底上沉积GaN单晶层，然后除去所述起始衬底，以制备错误取向的独立式GaN衬底。
11.一种GaN单晶衬底，其是采用如下方法制备的利用错误取向的(111)GaAs基板作为起始衬底，向所述错误取向的(111)GaAs起始衬底上形成具有多个开口的掩模，通过所述掩模沉积GaN单晶层，然后除去所述起始衬底，以制备错误取向的独立式GaN衬底。
12.一种GaN单晶衬底，其是采用如下方法制备的利用错误取向的(111)GaAs基板作为起始衬底，向所述错误取向的(111)GaAs起始衬底上形成厚度为0.5μm至10μm的GaN外延层，向所述外延层上形成具有多个开口的掩模层，通过所述掩模沉积GaN单晶层，然后除去所述起始衬底，以制备错误取向的独立式GaN衬底。
13.一种GaN单晶衬底，其是采用如下方法制备的利用错误取向的(111)GaAs基板作为起始衬底，向所述错误取向的(111)GaAs起始衬底上形成具有多个开口的掩模层，通过所述掩模沉积具有足以得到多个晶片的厚度的GaN单晶层，然后沿着所述GaN单晶层的厚度方向将其切片，以制备多个错误取向的独立式GaN衬底。
14.一种GaN单晶衬底，其是采用如下方法制备的利用错误取向的独立式GaN基板作为起始衬底，向所述错误取向的GaN起始衬底上沉积具有足以得到多个晶片的厚度的GaN单晶层，然后沿着所述GaN单晶层的厚度方向将其切片，以制备多个错误取向的独立式GaN衬底。
15.一种错误取向的GaN单晶独立式衬底，其偏轴角为0.3°至20°。
16.一种错误取向的GaN单晶独立式衬底，其偏轴角为0.1°至25°。
全文摘要
更低成本地制备具有晶体取向的偏轴GaN单晶独立式衬底，所述的晶体取向是从(0001)偏移的，而不正好是(0001)。由偏轴(111)GaAs晶片作为起始衬底，在起始衬底上气相沉积GaN，其生长倾斜相同偏轴角且与起始衬底相同方向的GaN晶体。可以通过如下方法利用错误取向的(111)GaAs基板作为起始衬底来制备错误取向的独立式GaN衬底向起始衬底上形成具有多个开口的掩模，通过掩模沉积GaN单晶层，然后除去起始衬底。可以制备错误取向为0.1°至25°的GaN晶体。
文档编号C30B25/18GK1670918SQ20051005631
公开日2005年9月21日 申请日期2005年3月16日 优先权日2004年3月17日
发明者笠井仁, 元木健作 申请人:住友电气工业株式会社