制造Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)晶体的方法、Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)结晶衬底、制造GaN晶体的方...的制作方法

专利名称：制造Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)晶体的方法、Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)结晶衬底、制造GaN晶体的方 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来制造GaxIni.xN( (Kx^ 1)晶体的方法、GaxIni.xN ((Kx《1)结晶衬底、和包括GaxIni_xN ((Kx《1)结晶衬底的产品。更 具体地，本发明涉及一种能够制造具有良好结晶度的GaxIni-xN(0^^1) 晶体的GaxIni.xN (0《xSl)晶体制造方法、通过这种制造方法获得的 GaxIni.xN (0《xSl)结晶衬底、和包括GaxIni.xN ((KxSl)结晶衬底的 产品。
本发明还涉及一种用来制造GaN晶体的方法、GaN结晶衬底和包 括GaN结晶衬底的产品。更具体地，本发明涉及一种能够制造具有良 好结晶度的GaN晶体的GaN晶体制造方法、利用这种制造方法获得的 GaN结晶衬底和包括该GaN结晶衬底的产品。
背景技术：
在GaxIni.xN (0SxSl)晶体中，GaN (氮化镓)晶体具有3.4 eV 的能带隙和高的热传导性，并因此作为用于半导体器件例如短波长光 学器件和功率电子器件的材料而引起关注。
作为制造这种GaN晶体的方法，常规使用HVPE (氢化物气相外 延)方法。图2是示出用于利用HVPE制造GaN晶体的常规方法中的
制造设备的一个实例的结构的示意图。该制造设备包括石英反应管1、 用来将气体引入石英反应管1的进气管2和3、和连接到石英反应管1
的排气处理装置S。
在石英反应管1内部，放置其内含有镓(Ga)的镓源舟4和基衬底7。然后，通过进气管2和3将负载气体如氮(N2)气、氩(Ar)气 或氢(H2)气引入石英反应管l，并通过加热器5和6将镓源舟4和基 衬底7加热到大约IOO(TC。然后，通过进气管2向石英反应管1内引 入氨(NH3)气，并通过进气管3向石英反应管1内引入氯化氢(HC1) 气体。结果，首先，镓和氯化氢气体反应形成氯化镓(GaCl)气体。 然后，氯化镓气体与氨气反应，使得在基衬底7的表面上生长GaN晶 体12。在完成了 GaN晶体12的生长之后，停止加热器5和6加热， 以将镓源舟4、 GaN晶体12和基衬底7冷却到室温左右。其后，将具 有在其表面上生长的GaN晶体12的基衬底7取出石英反应管1，然后 通过研磨移除基衬底7而获得GaN晶体12。
专利文献1:日本专利申请特开No.2001-18109
发明内容
本发明要解决的问题
通过利用HVPE制造GaN晶体的这种常规方法，看起来通过在高 于IIO(TC的温度制造GaN晶体好象能够提高GaN晶体的结晶度。然 而，实际上，在通过加热器5和6加热到高于1100'C的温度时，石英 反应管1就会熔化，因此不能通过利用加热器5和6将石英反应管1 加热到高于IIOO'C的温度，来制造GaN晶体。
因此，本发明的目的是提供一种能够制造具有良好结晶度的 GaJru.xN ((KxSl)晶体的GaJnuN 晶体制造方法、通过这
种制造方法获得的Gaxlni-XN ((KxSl)结晶衬底和包括该GaxIni-xN (O^cSl)结晶衬底的产品。
本发明的另一个目的是提供一种能够制造具有良好结晶度的GaN 晶体的GaN晶体制造方法，利用这种制造方法获得的GaN结晶衬底和 包括该GaN结晶衬底的产品。
解决这些问题的方式
本发明涉及一种制造GaxIni.xN (0"21)晶体的方法，该方法通 过在石英反应管中，通过包含氨气和卤化镓气体与卤化铟气体的至少 一种的材料气体的反应，在基衬底的表面上生长GaxIm.xN (O^cSl)晶 体，来制造GaxIiM-xN ((KxSl)晶体，其中在GaxIn"xN ((Kx《1)晶体 生长期间，石英反应管被外部加热并且基衬底被单独加热。
在根据本发明的GaxIni-xN ((KxSl)晶体制造方法中，基衬底可 以通过提供在基衬底背面侧的加热器单独加热。
此外，在根据本发明的GaxIni.xN ((KxSl)晶体制造方法中，基 衬底可以通过利用高频感应加热系统单独加热。
此外，在根据本发明的GaxIni.xN (O^cSl)晶体制造方法中，卤 化镓气体可以通过镓和卤素气体之间的反应形成。
此外，在根据本发明的GaxIni.xN (0&《1)晶体制造方法中，卤 化铟气体可以通过铟和卤素气体之间的反应形成。
此外，在根据本发明的Gaxlni—XN (0"S1)晶体制造方法中，氯 化氢气体可以用作卤素气体。
此外，在根据本发明的GaxIni.xN (0"S1)晶体制造方法中，基 衬底优选由硅、蓝宝石、碳化硅、氮化镓和氮化铝中的任何一种形成。
此外，在根据本发明的GaxIn^N (0&a)晶体制造方法中，生 长的GaJnLxN ((KxSl)晶体可以具有1x1018chT3或更低的杂质浓度。
此外，在根据本发明的GaxIni-xN ((KxSl)晶体制造方法中，生 长的GaxIn^N(0^^1)晶体会包含lxl017cnT3或更高浓度的选自由碳、
镁、铁、铍、锌、钒和锑组成的组中的至少一种作为杂质，并且可以
具有lxlO&cm或更高的电阻率。
此外，在根据本发明的GaxIni.xN (0《K1)晶体制造方法中，可 以使GaJn^N ((KxSl)晶体生长为掺杂有n型杂质。
此外，在根据本发明的GaxIni.xN (O"Sl)晶体制造方法中，生 长的GaxIni.xN ((KxSl)晶体可以包含lxlO"cm^或更高浓度的选自由 氧、硅、硫、锗、硒和碲组成的组中的至少一种作为n-型杂质，并且 可以具有lS2cm或更低的电阻率。
此外，在根据本发明的GaxIni.xN (0《x《l)晶体制造方法中，生 长的GaxIni.xN (O^cSl)晶体可以包含选自由碳、氧和硅组成的组中的 至少一种作为杂质，并且可以具有不低于lxl017cm-3但是不高于 lxl019cm-3的neff， neff由下面的公式来表示neff = n。+nsi -nc (这里iic 是碳含量，n。是氧含量，且risi是硅含量)，并且可以具有O.lficm或 更低的电阻率。
此外，在根据本发明的GaxIriLxN (0《X《1)晶体制造方法中，生长 的GaxIiiLxN ((KxSl)晶体优选具有不低于5xlO"cm—M旦是低于 lxlO卩cn^的碳含量nc、不低于1><1017(^3但是不高于2><1018 11'3的氧含 量n。、不低于lxl(Wm-"旦是不高于2xlO"cn^的硅含量nsi.和不低于 0.01Qcm但是不高于0.1Qcm的电阻率。
此外，在根据本发明的GaxIn^N (0"《1)晶体制造方法中，生长 的GaJn^N 晶体可以具有200pm或更高的厚度。
此外，在根据本发明的GaJm.xN (0"S1)晶体制造方法中，在生 长GaJn^N ((KxSl)晶体期间，基衬底的温度优选高于110(TC但不高 于1400。C。
此外，在根据本发明的GaJm.xN (0《W1)晶体制造方法中，在生 长GaJn"N (0&《1)晶体期间，基衬底的温度优选高于l 15(TC但是不 高于140(TC。
此外，在根据本发明的GaxIm.xN (0"S1)晶体制造方法中，在生 长GaJn^N ((Kx《1)晶体期间，外加热的石英反应管的温度优选不低 于800'C但是不高于1100'C,并且基衬底的温度优选高于110(TC但是不 高于1400。C。
此外，在根据本发明的GaxIn^N ((KxSl)晶体制造方法中，在生 长GaJn^N ((Kx《1)晶体期间，外加热的石英反应管的温度优选不低 于800'C但是不高于95(TC，并且基衬底的温度优选高于950'C但是不高 于1400。C。
本发明还涉及一种制造GaJm.xN ((KxSl)晶体的方法，该方法通 过在石英反应管中，通过包含氨气和卤化镓气体与卤化铟气体的至少 —种的材料气体的反应，在基衬底的表面上生长GaxIm—XN (C^x^l)晶 体，来制造GaxIiM.xN (0《xSl)晶体，其中在GaJn^N (0&《1)晶体 生长期间，基衬底的温度高于1100'C但是不高于140(TC。
本发明还涉及一种制造GaJn^N (0《xSl)晶体的方法，该方法通 过在石英反应管中，通过包含氨气以及卤化镓气体和卤化铟气体中的 至少一种的材料气体的反应，在基衬底的表面上生长GaxIm-xN((Kx^1) 晶体，来制造GaxIn^N ((KxSl)晶体，其中在GaJnLxN (O^cSl)晶 体生长期间，基衬底的温度高于115(TC但是不高于140(rC。
本发明还涉及由通过上述制造GaJm.xN ((KxSl)晶体方法的任何 —种获得的GaxIn"N (OSxSl)晶体组成的GaxIn^N ((KxSl)结晶衬 底。
本发明还涉及包括这种GaJiM—XN ((KX《1)结晶衬底的产品。本发 明还涉及一种制造GaN晶体的方法，该方法通过在石英反应管中，通过 材料气体的反应在基衬底的表面上生长GaN晶体来制造GaN晶体，其中 材料气体包含卣化镓气体和氨气；其中在GaN晶体生长期间，石英反应 管被外部加热并且基衬底被单独加热。
在根据本发明的GaN晶体制造方法中，基衬底可以通过设置在基 衬底背面侧的加热器单独加热。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，基衬底可以通过利 用高频感应加热系统单独加热。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，卤化镓气体可以通 过镓和卤素气体之间的反应形成。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，氯化氢气体可以用 作卤素气体。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，生长的GaN晶体可 以具有lxlO"cn^或更低的杂质浓度。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，生长的GaN晶体会 包含lxlO n^或更高浓度的选自由碳、镁、铁、铍、锌、钒和锑组成 的组中的至少一种作为杂质，并且具有lxl0^cm或更高的电阻率。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，可以使GaN晶体生 长为掺杂有n型杂质。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，生长的GaN晶体可
以包含lxlO入m—s或更高浓度的选自由氧、硅、硫、锗、硒和碲组成的 组中的至少一种作为n型杂质，并且可以具有1Qcm或更低的电阻率。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，生长的GaN晶体可 以包含选自由碳、氧和硅组成的组中的至少一种作为杂质，并且可以 具有不低于lxlO"cm-M旦是不高于lxl()Wcn^的neff，该n必由下面的 公式来表示neff= n。+nsi -ne (这里ne是碳含量，n。是氧含量，且nsi 是硅含量)，并且可以具有不高于O.mcm的电阻率。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，生长的GaN晶体优选 具有不低于5xl015cm'3但是低于lxl017cm'3的碳含量ne 、不低于 lxl0"cm,旦是不高于2xl0"cm-s的氧含量n。、不低于lxlO"cm、旦是不 高于2xl0"cm^的硅含量nsi,和不低于0.01Qcm但是不高于0.1Qcm的电 阻率。
此夕卜，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，生长的GaN晶体可以 具有200/mi或更高的厚度。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，基衬底优选由氮化 镓形成。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，基衬底的表面优选 具有10/mi或更小的算术平均粗糙程度Ra。
此夕卜，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，在生长GaN晶体期间， 基衬底的温度优选高于110(TC但是不高于130CrC。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，在生长GaN晶体期间， 基衬底的温度优选高于1150。C但是不高于125(TC。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，在生长GaN晶体期间， 外加热的石英反应管的温度优选不低于800'C但是不高于110(TC，并且 基衬底的温度优选高于110(TC但是不高于130(rC。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，在生长GaN晶体期间， 外加热的石英反应管的温度优选不低于8(KTC但是不高于95(TC，并且 基衬底的温度优选高于950'C但是不高于130(TC。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，在生长GaN晶体期间， 外加热的石英反应管的温度优选不低于80(rC但是不高于110(TC，并且 基衬底的温度优选高于1150'C但是不高于125(rC。
此外，在根据本发明的GaN晶体制造方法中，在生长GaN晶体期间， 外加热的石英反应管的温度优选不低于800'C但是不高于95(TC，并且 基衬底的温度优选高于115(rC但是不高于125(TC。
本发明还涉及一种制造GaN晶体的方法，该方法通过在石英反应 管中，通过材料气体的反应在基衬底的表面上生长GaN晶体来制造GaN 晶体，其中材料气体包含卤化镓气体和氨气；其中在GaN晶体生长期间， 基衬底的温度高于110(TC但是不高于130(TC。
本发明还涉及一种制造GaN晶体的方法，该方法通过在石英反应 管中，通过材料气体的反应在基衬底的表面上生长GaN晶体来制造GaN 晶体，其中材料气体包含卤化镓气体和氨气；其中在GaN晶体生长期间， 基衬底的温度高于115(TC但是不高于125(TC。
本发明还涉及一种由通过任何一种上述制造GaN晶体的方法获得 的G aN晶体组成的G aN结晶衬底。
本发明还涉及一种包括这种GaN结晶衬底的产品。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够制造具有良好结晶度的GaxIni.xN ((KxSl)晶体的GaJn^N ((Kx《1)晶体制造方法、通过这种制造方 法获得的GaxIni.xN (O^cSl)结晶衬底和包括该GaxInLxN ((KxSl)结 晶衬底的产品。
根据本发明，还能够提供一种能够制造具有良好结晶度的GaN晶 体的GaN晶体制造方法，利用这种制造方法获得的GaN结晶衬底和包 括该GaN结晶衬底的产品。


图1是示出用于根据本发明的制造GaN晶体的方法的制造设备的 一个优选实例的结构的示意图。
图2是示出用于制造GaN晶体的常规方法的制造设备的一个实例 的结构的示意图。
图3是示出用于根据本发明的制造GaN晶体的方法的制造设备的 另一个优选实例的结构的示意图。
参考标记说明
1:石英反应管；2、 3:进气管；4:镓源舟；5、 6、 11:加热器； 7:基衬底；8:排气处理装置；9:电源；10:导线；12: GaN晶体； 13:高频线圈；14:碳支撑板
具体实施例方式
在下文中，将参考通过在由GaN晶体构成的基衬底的表面上生长 GaN晶体制造GaN晶体的情况，描述本发明的一个实例。应该注意， 在本发明的图中，相同的参考数字表示相同的部分或对应的部分。
图1是示出用于制造根据本发明的GaN晶体的方法的制造设备的一个优选实例的结构的示意图。图1中示出的制造设备包括作为反应 器的石英反应管1、用来将气体引入到石英反应管1内的进气管2和3、 设置在石英反应管1外部的加热器5和6、以及连接到石英反应管1的
排气处理装置8。
在具有上述结构的制造设备的石英反应管1内部，提供了基衬底7 和其内包含镓的镓源舟4;并在基衬底7的背面侧上提供加热器11。
在这一点上，需要注意，加热器11通过由例如钼(Mo)制成的导线 10连接到电源9。
首先，通过进气管2和3将选自由例如氮气、氩气和氢气组成的组 中的至少一种负载气体引入石英反应管l，同时，加热设置在石英反应 管1外部的加热器5和6以及设置在基衬底7背面侧上的加热器11。通过 加热加热器5和6，加热了镓源舟4和基衬底7。通过加热加热器ll，进 一步提高了基衬底7的温度。
在这一点上，由设置在石英反应管1外部的加热器5和6加热的石英
反应管的温度优选不低于80(rc但是不高于iio(rc，更优选不低于8O(rc
但是不高于95(TC。如果由加热器5和6加热的石英反应管的温度低于 800°C，那么就会担心镓源舟4未被充分加热，并因此在GaN晶体生长期 间(这将在后面描述)抑制了卤素气体和镓之间的反应，由此导致降 低了制造生长GaN晶体需要的卤化镓，并产生了除GaN或镓滴之外的大 量副产品的滴。如果由加热器5和6加热的石英反应管的温度高于 1100'C，石英反应管就会熔化。在由加热器5和6加热的石英反应管的 温度高于95(TC的情况下，大规模生产率往往比较差，因为由加热器5 禾口6加热可能会加速石英反应管1的退化，并縮短了石英反应管l的寿 命，因此石英反应管l不能重复使用。另一方面，通过将由加热器5和6 加热的石英反应管的温度设定为不低于80(TC但是不高于95(TC，能够
在GaN晶体生长期间有效地防止非有意的杂质飞散，由此抑制这种非有 意的杂质混入GaN晶体中。另外，通过将由加热器5和6加热的石英反应
管的温度设定为不低于80(TC但是不高于95(TC，能够抑制材料气体的 消耗，并因此提高了GaN晶体生产的效率(也就是，生长的GaN晶体的 量与提供的材料的量的比)，因为，例如在材料气体达到基衬底7之前 防止产生材料气体的反应，以避免所得的产品粘附到石英反应管l。
由设置在基衬底7背面侧上的加热器11加热的基衬底7的温度优选 高于95(TC但是不高于1400。C，更优选高于110(TC但是不高于1400。C， 甚至更优选高于115(TC但是不高于140(TC。如果基衬底7的温度高于 1400°C，就会担心在GaN晶体生长期间(这将在后面描述)，GaN晶体 的分解率显著高于GaN晶体的生产率，由此导致降低了GaN晶体的生长 率。当基衬底7的温度更高(也就是，例如，温度按次序升高到95(TC、 110(TC和115(TC)时，生长的GaN晶体的结晶度趋于更高。
具体地，在使GaN晶体在由氮化镓制成的基衬底7的表面上生长的 情况下，在GaN晶体生长期间，基衬底7的温度优选高于950'C但是不高 于130(TC，更优选高于110(TC但是不高于130(TC，甚至更优选高于 115(TC但是不高于1250'C。这是因为本发明人已经发现，当由氮化镓 制成的基衬底7的温度更高(也就是，例如，温度按次序升高到95CTC、 110(TC和115CTC)时，生长的GaN晶体的结晶度更高，并且除此之外， 在抛光期间，很少在生长在加热到更高温度的基衬底7的表面上的GaN 晶体片中产生破裂，由此提高了制造GaN结晶衬底的成品率。虽然不能 确切的知道为什么破裂很少产生，但是可以认为在较高温度生长的GaN 晶体具有较少数目的应力集中点。此外，在使GaN晶体在由氮化镓制成 的基衬底7的表面上生长的情况下，因为上述的原因，基衬底7的温度 优选高于115(TC，但是当基衬底7的温度越高时，由GaN晶体组成的基 衬底7的热分解越容易发生。如果基衬底7的温度超过130CTC，基衬底7 的分解就趋于显著，以致损害基衬底7。在基衬底7的温度高于125(TC 但是不高于130(TC的情况下，基衬底7的分解不显著，但是在一定程度 进行。因此，在这种情况下，当使GaN晶体生长长时间时，因为基衬底 趋向被损害，所以不能生长长的GaN晶体。在本发明中，通过将由加热器5和6加热的石英反应管的温度设定
为例如不低于8(KTC但是不高于95(TC的温度，并且通过将基衬底7的温
度设定为例如高于iio(rc但是不高于i40(rc或高于ii5(rc但是不高于
140(TC的温度，能够加热镓源舟4，同时防止石英反应管1由于加热器5 和6的加热而熔化，并且能够将基衬底7的温度设定为比石英反应管1的 熔化温度高的温度。
具体地，在使GaN晶体在由氮化镓制成的基衬底7的表面上生长的 情况下，在GaN晶体生长期间，通过将由加热器5和6加热的石英反应管
的温度设定为优选不低于8(xrc但是不高于iio(rc、更优选不低于80(rc
但是不高于950。C的温度，以及通过将基衬底7的温度设定为优选高于 950。C但是不高于130(TC、更优选高于1100'C但是不高于1300。C、甚至 更优选高于1150。C但是不高于125(TC的温度，也就是说，通过将基衬 底7的温度设定为比由加热器5和6加热的石英反应管的温度高的温度， 能够加热镓源舟4同时防止石英反应管1由于加热器5和6的加热而熔 化，能够将基衬底7的温度设定为比石英反应管1的熔化温度高的温度， 能够提高生长的GaN晶体的结晶度，并且能够提高GaN结晶衬底产品的 成品率。应该注意，由加热器5和6加热的石英反应管的温度和基衬底7 的温度基本保持不变，直到GaN晶体生长完成。
然后，通过进气管2将氨气与负载气体一起引入石英反应管1内， 同时，通过进气管3将卤素气体例如氯化氢气体与负载气体一起引入石 英反应管1内。
这里，优选，在GaN晶体生长期间，石英反应管l中卤素气体的分 压和氨气的分压分别是不低于lx10—2 atm但是不高于0.2 atm和不低于 5xl(T、tm但是不高于0.9atm。这趋向于允许GaN晶体以lO/im/h或更高 的速率生长。更优选，在GaN晶体生长期间，石英反应管l中卤素气体的分压和 氨气的分压分别是不低于2xl(^atm但是不高于0.1 atm和不低于0.2 atm 但是不高于0.7 atm。这趋向于允许GaN晶体以30 jnm/h或更高的速率生 长，而不生长多晶GaN晶体。
在通过进气管3向石英反应管1引入的卤素气体是氯化氢气体的情 况下，到达镓源舟4的氯化氢气体与容纳在镓源舟4中的镓反应，形成 卤化镓气体，也就是氯化镓(GaCl)气体。
然后，包含卤化镓气体和氨气的材料气体到达加热的基衬底7的表 面，通过包含卣化镓气体和氨气的材料气体的反应，在基衬底7的表面 上生长GaN晶体12。
在完成了GaN晶体12的生长之后，GaN晶体12的温度被降低到室温 左右，并将具有生长在其表面上的GaN晶体12的基衬底7取出石英反应 管l。
其后，通过例如研磨，移除基衬底7以获得GaN晶体12。
在本发明中，如上所述，由于基衬底7除了通过设置在石英反应管 l外部的加热器5和6加热外，还通过设置在石英反应管l内部的加热器 ll单独加热，所以可以使基衬底7的温度高于由加热器5和6外部加热的 石英反应管l的温度，由此加速了石英反应管l内包含卤化镓气体和氨 气的材料气体的反应，而没有熔化石英反应管l，并由此提高了GaN晶 体12的结晶度。
除了通过单独加热基衬底7外，可以使外部加热的石英反应管l的 温度低于石英反应管l发生退化的温度，并因此可以使石英反应管l重 复使用，由此提高了批量生产率。
对这样获得的GaN晶体12进行镜面抛光，然后移除由抛光导致的 损坏层，来制造GaN结晶衬底。可选地，在镜面抛光之前，可以将GaN 晶体12切成具有预定厚度的片。在这种情况下，也移除由抛光导致的 损坏层，来制造GaN结晶衬底。在这一点上，对GaN晶体12的切割方向 没有具体限制，并且可以平行于或以任何角度倾斜于还没有移除的基 衬底7的表面。
要注意，上面己经参考GaN晶体的制造进行了描述，但是根据本
发明，通过利用包含通过卣素气体(如氯化氢气体)和在设置的代替 在其内容纳镓的镓源舟的铟源舟中容纳的铟之间的反应形成的卤化铟
气体(例如氯化铟气体)的材料气体，也能够制造InN晶体。当然，根 据本发明，除了GaN晶体和InN晶体之外，通过利用包含卤化镓气体和 卤化铟气体两者的材料气体，也能够制造GaJn^N ((Kx《1)晶体。
在本发明中，基衬底可以利用高频感应加热系统加热。在这种情 况下，例如，如图3所示，将基衬底7放置在碳支撑板14上，高频线 圈13至少缠绕在石英反应管1外围的对应基衬底7位置的一部分上， 并且通过向高频线圈13施加高频电流感应加热碳支撑板14，以通过产 生的热量加热基衬底7。
在本发明中要使用的基衬底优选由硅、蓝宝石、碳化硅(SiC)、 氮化镓(GaN)和氮化铝(A1N)中的任何一种制成。具体地，在由氮 化镓制成基衬底的情况下，其表现出与GaxIni.xN (0《X21)特别优异的 晶格匹配，因此能够制造具有更高结晶度的GaxIn^N (0"S1)晶体。
在使GaN晶体在基衬底的表面上生长的情况下，基衬底特别优选 由氮化镓制成。在这种情况下，由于基衬底和要在基衬底的表面上生 长的GaN晶体具有相同的晶格常数，所以生长的GaN晶体具有优良的 结晶度，由此有效地防止了在生长的GaN晶体中产生翘曲或破裂。
此外，在使GaN晶体在由氮化镓制成的基衬底的表面上生长的情 况下，基衬底表面的算术平均粗糙程度Ra优选不大于10/mi，更优选 不大于1/rni。通过将基衬底表面的算术平均粗糙程度Ra设定为不大于 10pm，在GaN晶体生长期间，能够有效地防止由基衬底导致的破裂产 生。通过将基衬底表面的算术平均粗糙程度Ra设定为不大于lpm，能 够进一步增强这种效果。在这一点上，要注意，在本发明中，术语"算 术平均粗糙程度Ra"指的是在JIS B0601 2001中定义的算术粗糙程度 Ra。
在本发明中，从提高GaxIni_xN ((Kx《1)晶体纯度的角度考虑， 生长的GaJn^N ((KxSl)晶体的杂质浓度优选不大于lxl018cm'3。通 过利用上述的HVPE方法，能够减少来自背景的杂质的混入，由此允 许生长高纯度的Gaxlni—XN ((KxSl)晶体。
虽然在上文中已经参考由GaN晶体制造GaN结晶衬底进行了描 述，但是不用说，根据本发明，也能够用与GaN晶体的情况相同的方 式，由GaxIni.xN (0《x《1)晶体制造GaxIriLxN (0"《1)结晶衬底。
此外，在上面已经参考使GaN晶体在基衬底的表面上生长的情况 进行了描述，但是根据本发明，也能够在形成于基衬底表面上的某些 类型的中间层上生长GaxIm.xN (0"《1)晶体。
另外，根据本发明，也能够生长包含不低于lxl(^cm—s浓度的选 自由碳、镁、铁、铍、锌、钒和锑组成的组的至少一种作为杂质，并 且具有不低于lxlo"Qcm的电阻率的Gaxlni-XN ((^x《1)晶体。如上 所述，由于通过利用HVPE方法能够减少来自背景(background)的杂 质的混入，所以容易有意地控制掺杂进GaxIm-xN ((KW1)晶体中的杂 质的量，使得容易获得具有不低于lxlO"Qcm的电阻率的绝缘 GaxIni.xN (C^x^l)晶体。在这一点上，在两种或多种杂质包含在 GaxIni.xN (0&《1)晶体中的情况下，这些杂质的总浓度应该不低于lxlOncn^。需要注意，在本发明中，术语"电阻率"意指在25"C时 GaxIni.xN (0Sx《1)晶体的电阻率。
另外，根据本发明，也能够生长包含不低于lxlOncm—3浓度的选 自由氧、硅、硫、锗、硒和碲组成的组中的至少一种作为n型杂质并 且具有不高于lQcm的电阻率的GaxInLxN (0Sx《1)晶体。如上所述， 由于通过利用HVPE方法能够减少来自背景的杂质的混入，所以容易 有意地控制掺杂进GaJn^N (0《W1)晶体中的杂质的量，使得容易获 得电阻率不高于1Qcm的导电GaxIm.xN ((Kx《1)晶体。在这一点上， 在两种或多种杂质包含在GaxIn^N ((KxSl)晶体中的情况下，这些杂 质的总浓度应该不低于lxl017Cm'3。
另外，根据本发明，也能够生长包含选自由碳、氧和硅组成的组 中的至少一种作为杂质的GaxIni.xN ((KxSl)晶体；该晶体具有不低于 lxlO"cm-s但是不高于lxlO"cn^的neff，该neff由下面的公式表示 nef产n。+^-ne(这里ne是碳的含量，n。是氧的含量，且nsi是硅的含量)； 并且该晶体具有不大于O.lQcm的电阻率。在这一点上，在iieff低于 lxl017cnT3的情况下，电阻率趋向于增加。另一方面，在tieff高于 lxl0Wcn^的情况下，GaxIni.xN ((KxSl)晶体的结晶度趋向于减小。
另外，根据本发明，也能够生长包含碳、氧和硅作为杂质的 GaxIni_xN ((Kx《1)晶体；该晶体具有不低于5xl015cnr3但是低于 lxl0"cm-3的碳含量n。、不低于lxl(^cm-3但是不高于2xl0"cm-3的氧 含量n。和不低于lxlO"cm-"旦是不高于2xl0 m-s的硅含量nsi;该晶 体具有不低于lxlO卩cn^但是不高于lxlO"cm^的neff，该11^由下面 的公式表示neff=n。+nsi-ne;并且该晶体具有不低于0.01Qcm但不高于 0.1Qcm的电阻率。在这一点上，在氧含量n。或硅含量nsi高于2xl0tScirf3 的情况下，在GaJn!《N (0"")晶体中容易产生破裂。
在本发明中，在制造GaxIni.xN (0《x")结晶衬底的情况下，优
选使Gaxlni-XN ((Kx《1)晶体具有200pm或更大的厚度，并且在制造 GaN结晶衬底的情况下，优选生长GaN晶体以具有200/mi或更大的厚 度。
根据本发明由GaxIni-xN ((KxSl)晶体构成的GaxIni.xN ((KxSl) 晶体结晶衬底，可以用作用于如半导体器件、SAW (声表面波)器件、 换能器(transducer)、振荡器、MEMS部件和压电致动器的产品的衬 底，其中半导体器件例如光学器件(例如，发光二极管、激光器二极
管)、电子器件(例如，整流器、双极晶体管、场效应晶体管、HEMT) 和半导体传感器(例如，温度传感器、压力传感器、辐射传感器、可 见-紫外光电探测器)。这些产品可以通过在根据本发明的GaxIni.xN ((Kxd)结晶衬底的表面上叠压半导体层和/或金属层来制造。
实例 (实例1)
由经受了镜面抛光并移除了由抛光导致的损坏层的氮化镓(GaN) 晶体构成的基衬底7，和其内容纳有镓的镓源舟4，放置在图l示出的 石英反应管1中。基衬底7的直径和厚度分别为2英寸和400 jwn。基 衬底7的表面具有(001)的表面方向。
然后，通过进气管2和3将高纯度氢气作为负载气体引入石英反 应管l，同时，由加热器5和6加热的石英反应管的温度增加到95(TC， 并且通过设置在基衬底7背面侧上的加热器11单独加热基衬底7，使 基衬底7的温度为1200°C。
随后，在由加热器5和6加热的石英反应管的温度保持在950'C且基 衬底7的温度保持在120(TC的同时，通过进气管2将氨气同氢气一起引 入石英反应管l，并且通过进气管3将氯化氢气体同氢气一起引入石英 反应管l。氯化氢气体与在镓源舟4中包含的镓反应形成氯化镓气体， 并且然后通过包含氯化镓气体与氨气的材料气体的反应，在基衬底7的
表面上生长GaN晶体12。应该注意，在GaN晶体12生长期间，控制石英 反应管l中氯化氢气体的分压和氨气的分压，使得以30/xm/h或更高的速 率生长GaN晶体12，而不生长多晶。更具体地，在生长GaN晶体12期间， 将石英反应管l中的氯化氢气体的分压控制在2xl0、tm至0.1atm的范围 内，并且将石英反应管l中氨气的分压控制在0.2atm至0.7atra的范围内。
在以该生长速率在基衬底7的表面上生长了400/im厚的GaN晶体12 之后，将GaN晶体12的温度降低到室温。然后，将表面上生长有GaN晶 体12的基衬底7取出石英反应管1。通过研磨移除基衬底7，对由此获得 的GaN晶体12进行镜面抛光，并移除由抛光导致的损坏层，来制造GaN 结晶衬底。
通过XRD (X-射线衍射)分析GaN结晶衬底的结晶度，结果，在 对于该GaN结晶衬底的(004)面的摇摆曲线的半最大处的全宽度是40 秒。由该结果，发现GaN结晶衬底具有良好的结晶度。
另外，通过AFM (原子力显微镜)观察GaN结晶衬底的10平方/xm 范围内的区域，结果，发现该GaN结晶衬底具有不大于50nm的良好的 RMS (均方根)表面粗糙程度。
此外，用SIMS (二次离子质谱法)分析了GaN结晶衬底，结果， 发现GaN结晶衬底包含大约2xl(^cm二浓度的氧作为主要杂质，并且 包含在GaN结晶衬底中的所有杂质的总浓度不大于lxl018cm—3。
(实例2)
用同实例1相同的方式且在相同的条件下，使图1中示出的GaN 晶体12生长具有5mm的厚度，然后，通过研磨完全移除由氮化镓制 成的基衬底7。然后，在平行于上面已经生长了 GaN晶体12的基衬底 7表面的方向上切割GaN晶体12，以制造四个厚度为500 pm的GaN 晶体片。这四个GaN晶体片每个都进行镜面抛光，并且之后移除了由抛光导致的损坏层。通过这种方式，制造了四个GaN结晶衬底。
通过XRD分析了这四个GaN结晶衬底的结晶度，结果，每个GaN 结晶衬底的(004)面摇摆曲线的半最大处的全宽度不大于40秒。由 该结果，可以看出所有的GaN结晶衬底具有良好的结晶度。
此外，通过AFM观察了这四个GaN结晶衬底每一个的10平方/mi 范围内的区域，结果，发现每个GaN结晶衬底都具有不大于50nm的 良好RMS表面粗糙程度。
而且，用SIMS分析这四个GaN结晶衬底的每一个，结果，发现 每个GaN结晶衬底包含大约2><1017 11-3浓度的氧作为主要杂质，并且 所有包含在每个GaN结晶衬底中的杂质的总浓度不大于lxl018cm—3。
(实例3)
除了在氯化氢气体和氨气之外还将二氯硅烷(SiH2Cl2)引入石英 反应管l，除了这一点外，用与实例l相同的方式且在相同的条件下， 使包含硅作为n型杂质的GaN晶体12在图1示出的基衬底7的表面上 生长。然后，移除基衬底7以制造400Mm厚度的含硅GaN晶体12。
然后，对通过由研磨移除基衬底7而获得的GaN晶体12进行镜 面抛光，并移除由抛光导致的损坏层，制造GaN结晶衬底。
通过XRD分析该GaN结晶衬底的结晶度，结果，GaN结晶衬底 的(004)面摇摆曲线的半最大处的全宽度是40秒。由该结果，可以 发现该GaN结晶衬底具有良好的结晶度。
此外，用SIMS分析该GaN结晶衬底，结果，发现GaN结晶衬底 包含大约lxl0^cn^浓度的硅作为主要杂质。
如上所述，在实例3中使用二氯硅烷作为硅源，但是可以认为即 使使用四氯化硅(SiCU)代替二氯硅烷也能够获得与实例3相同的结 果。另外，可以认为即使二氯硅垸和四氯化硅一起使用，也可以获得
与实例3相同的结果。另外，可以认为即使使用除二氯硅烷和四氯化 硅之外的硅源也可以获得与实例3相同的结果。
(实例4)
将由经过镜面抛光并移除了由抛光导致的损坏层的氮化镓(GaN) 晶体构成的基衬底7放置在设置在图3示出的石英反应管1中的碳支 撑板14上。基衬底7的直径和厚度分别为2英寸和400pm。基衬底7 的表面具有(001)的表面方向。此外，将其内容纳镓的镓源舟4放置 在石英反应管1中。
然后，通过进气管2和3将高纯度氢气作为负载气体引入石英反 应管1，同时，将由加热器5和6加热的石英反应管的温度增加到95(TC， 并且通过向缠绕在对应基衬底7位置的石英反应管的外围部分的高频 线圈提供高频电流，来高频感应加热碳支撑板14，以使基衬底7的温 度为1200°C。
随后，在由加热器5和6加热的石英反应管的温度保持在950'C且 基衬底7的温度保持在1200'C的同时，通过进气管2与氢气一起引入 氨气，且通过进气管3与氢气一起引入氯化氢气体。氯化氢气体与容 纳在镓源舟4中的镓反应形成氯化镓气体，之后通过包含氯化镓气体 和氨气的材料气体的反应，在基衬底7的表面上生长GaN晶体12。应 该注意，在GaN晶体12生长期间，控制石英反应管1中氯化氢气体的 分压和氨气的分压，使GaN晶体12以不低于30jam/h的速率生长，而 不生长多晶体。更具体地，在生长GaN晶体12期间，将石英反应管l 中氯化氢气体的分压控制在2xl0-、tm至0.1 atm的范围内，并且将石 英反应管1中氨气体的分压控制在0.2 atm至0.7atm的范围内。
在基衬底7的表面上以该生长速率生长了 400 Atm厚的GaN晶体 12之后，将GaN晶体12的温度降低到室温。然后，将具有生长在其 表面上的GaN晶体12的基衬底7取出石英反应管1。通过研磨移除基 衬底7，对由此获得的GaN晶体12进行镜面抛光，并且移除由抛光导 致的损坏层，以制造GaN结晶衬底。
在该GaN结晶衬底上没有观察到破裂。通过XRD分析该GaN结 晶衬底的结晶度，结果，该GaN结晶衬底的(004)面摇摆曲线的半最 大处的全宽度是40秒。由该结果，可以发现该GaN结晶衬底具有良好 的结晶度。
此外，用SIMS分析GaN结晶衬底，结果，发现GaN结晶衬底包 含大约2xl(^cm—s浓度的氧作为主要杂质，并且所有包含在GaN结晶 衬底中的杂质的总浓度不大于lxl018cm—3。
(比较实例1)
使用图2中示出的制造设备，并且由图2中示出的加热器5和6 加热的石英反应管1的温度为105(TC，而且基衬底7没有单独加热， 除此之外，用与实例l相同的方式生长GaN晶体。
然后，通过研磨移除基衬底7，对由此获得的GaN晶体12进行镜 面抛光，并且移除由抛光导致的损坏层，以制造GaN结晶衬底。
通过XRD分析该GaN结晶衬底的结晶度，结果，GaN结晶衬底 的(004)面摇摆曲线的半最大处的全宽度是100秒，这和实例1至4 相比非常大。由该结果，发现比较实例l的GaN晶体相对于实例l至 4的GaN晶体来说结晶度很差。
由该结果，发现，除了外部加热石英反应管外，通过将基衬底加 热到更高的温度，可以提高GaN晶体的结晶度。
(实例5)
用与实例1相同的方式，使GaN晶体12生长具有400/mi的厚度， 同时由图1示出的加热器5和6加热的石英反应管的温度保持在850°C ， 并且由GaN晶体构成的基衬底7的温度保持在1200°C。在GaN晶体 12生长期间，控制组成材料气体的气体的分压，使GaN晶体12的生 长速率为200 jtmi/h。
在相同的气体分压下，使GaN晶体12以与如上所述相同的方式 生长，同时由加热器5和6加热的石英反应管的温度保持在1050°C， 且基衬底7的温度保持在1200'C。结果，GaN晶体12的生长速率变为 50拜/h。
由实例5的结果，发现，在由加热器5和6加热的石英反应管的 温度为850'C时GaN晶体12的制造效率是在由加热器5和6加热的石 英反应管的温度为105(TC时的四倍高。
(实例6)
用与实例l相同的方式且在相同的条件下，使GaN晶体12生长具有 10 mm的厚度，同时由GaN晶体构成的基衬底7的温度保持在1200'C。 然后，切割生长的GaN晶体12并进行镜面抛光，以制造十个每个都具有 400fim厚度的GaN结晶衬底。在这十个GaN结晶衬底中，没有发现破裂。
在这一点上，应该注意，在除了基衬底7的温度保持在105(TC外， 以与实例l相同的方式并在相同的条件下，使GaN晶体12生长的情况下， 在十个GaN结晶衬底中的三个GaN结晶衬底中观察到了破裂。
(实例7)
作为图1中示出的基衬底7，制备了十个由具有不小于0.1pm但是不 大于0.5/mi的算术平均表面粗糙程度Ra的GaN晶体构成的基衬底和十
个由具有不小于15/im但是不大于20/mi的算术平均表面粗糙程度Ra的 GaN晶体构成的基衬底。然后，用与实例l相同的方式且在相同的条件 下，使10mm厚度的GaN晶体12生长在每个基衬底7的表面上。
在使GaN晶体12生长在十个由具有不小于0.1pm但是不大于0.5pm 的算术平均表面粗糙程度Ra的GaN晶体构成的基衬底7中每个的表面 上的情况下，在生长在这十个基衬底7的每个上的GaN晶体12中没有观 察到破裂。
另一方面，在使GaN晶体12生长在十个由具有不小于15^n但是不 大于20/mi的算术平均表面粗糙程度Ra的GaN晶体构成的基衬底7中的 每个的表面上的情况下，在生长在这十个基衬底7中的三个基衬底7的 的每个上的GaN晶体12中观察到了破裂。
(实例8)
除了氯化氢气体和氨气之外，还使用了由铁和氯化氢气体之间的 反应形成氯化铁气体，除此之外，用与实例l相同的方式且在相同的条 件下，使包含铁作为杂质的GaN晶体12生长在图l示出的基衬底7的表面 上。然后，移除基衬底7，以制造400 pm厚度的含铁GaN晶体12。
然后，通过研磨移除基衬底7，对由此获得的GaN晶体12进行镜面 抛光，并且移除由抛光导致的损坏层，以制造GaN结晶衬底。
用SIMS分析该GaN结晶衬底，结果，发现作为杂质包含的铁的浓 度大约为lxl(y8cm—3。在25。C时，该GaN结晶衬底的电阻率大约为 lxlO"Qcm。
(实例9)
除了在氯化氢气体和氨气之外还使用四氯化硅气体，用与实例l相 同的方式且在相同的条件下，使包含硅作为杂质的GaN晶体12生长在图
l示出的基衬底7的表面上。然后，移除基衬底7，以制造400/mi厚度的 含硅GaN晶体12。
然后，对通过研磨移除基衬底7而获得的GaN晶体12进行镜面抛 光，并且移除由抛光导致的损坏层，以制造GaN结晶衬底。
用SIMS分析该GaN结晶衬底，结果，发现GaN结晶衬底包含大约 lxlO"cn^浓度的硅作为主要杂质，并且包含分别为大约5xl(^cm-s和 大约2xl(^cn^浓度的碳和氧作为非有意的杂质。在25'C时，该GaN结 晶衬底的电阻率大约为0.01Qcm。
这里公开的实施例和实例要认为是在所有方面都是说明性的，而 不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由上文的 描述限定，因此在权利要求的边界和限制或这种边界和限制的等效的 范围内的所有改变，应该被权利要求包含。
工业实用性
本发明可以应用到GaxIn^N ( 0《xSl )晶体的制造、GaxIni.xN ((KxSl)结晶衬底的制造和包括GaxIiM.xN ((KxSl)结晶衬底的产品 的制造。具体地，本发明可以优选应用到GaN晶体的制造、GaN结晶衬 底的制造和包括GaN结晶衬底的产品的制造。
权利要求
1.一种制造GaxIn1-xN(0≤x≤1)晶体(12)的方法，该方法通过在石英反应管(1)中，通过包含卤化镓气体与卤化铟气体中至少一种以及氨气的材料气体的反应，在基衬底(7)的表面上生长GaxIn1-xN(0≤x≤1)晶体(12)来制造GaxIn1-xN(0≤x≤1)晶体，其中在所述GaxIn1-xN(0≤x≤1)晶体(12)的生长期间，外部地加热所述石英反应管(1)并且单独地加热所述基衬底(7)。
2. 根据权利要求1的制造GaJm.xN ((Kx《1)晶体(12)的方法， 其中所述基衬底(7)通过设置在所述基衬底(7)背面侧上的加热器(11)单独加热。
3. 根据权利要求1的制造GaxIn^N (0"21)晶体(12)的方法， 其中所述基衬底(7)通过利用高频感应加热系统单独加热。
4. 根据权利要求1的制造GaxIn,.xN ((KxSl)晶体(12)的方法， 其中所述卤化镓气体通过镓和卤素气体之间的反应而形成。
5. 根据权利要求4的制造GaxIiiLxN (0^cSl)晶体(12)的方法， 其中所述卣素气体是氯化氢气体。
6. 根据权利要求1的制造GaxIm.xN ((KxSl)晶体(12)的方法， 其中所述卤化铟气体通过铟和卤素气体之间的反应而形成。
7. 根据权利要求6的制造GaxIni-xN ((KxSl)晶体(12)的方法， 其中所述卣素气体是氯化氢气体。
8. 根据权利要求1的制造GaxIm—xN ((KxSl)晶体(12)的方法， 其中所述基衬底(7)由硅、蓝宝石、碳化硅、氮化镓和氮化铝中的任 何一种制成。
9. 根据权利要求1的制造GaJiu.xN ((Kx《1)晶体(12)的方法， 其中生长的GaxInUxN ((KxSl)晶体(12)具有1 xl018cm—3或更低的杂 质浓度。
10. 根据权利要求1的制造GaxIni.xN ((Kx21)晶体(12)的方法， 其中生长的GaxIni.xN ((Kx《1)晶体(12)包含lxl017cm—3或更高浓度 的选自由碳、镁、铁、铍、锌、钒和锑组成的组中的至少一种作为杂 质，并且具有lxl0^cm或更高的电阻率。
11. 根据权利要求1的制造GaxIn^N((Kx^1)晶体(12)的方法， 其中使GaxIriLxN (0"《1)晶体(12)生长为掺杂有n型杂质。
12. 根据权利要求11的制造GaxIni-xN ((Kx《1)晶体(12)的方 法，其中生长的GaxIni.xN ((KxSl)晶体包含lxl(^cnrs或更高浓度的 选自由氧、硅、硫、锗、硒和碲组成的组中的至少一种作为所述n型 杂质，并且具有1Qcm或更低的电阻率。
13. 根据权利要求1的制造GaxIiM-xN((Kx^1)晶体(12)的方法， 其中生长的GaJm.xN ((Kx《1)晶体包含选自由碳、氧和硅组成的组中 的至少一种作为杂质，并且具有不低于lxl017cm'3但是不高于 1 x 1019cm-3的neff，该neff由下面的公式表示neff = n。+nsi -nc (这里nc 是碳含量，n。是氧含量，而nsi是硅含量)，并且具有0.112cm或更低 的电阻率。
14. 根据权利要求13的制造GaxInuxN((KxSl)晶体(12)的方法， 其中生长的GaxIn^N ((KxSl)晶体(12)具有不低于5x 10"cm-3但是 低于lxlOnCnT3的所述碳含量ne 、不低于lxl0 n^3但是不高于 2xl0"cm,勺所述氧含量n。、不低于lxlO"cirT"旦是不高于2xlO"cm-s的 所述硅含量nsi和不低于0.01ficm但是不高于0.1Qcm的电阻率。
15. 根据权利要求l的制造GaxInt.xN (0《xSl)晶体(12)的方法， 其中生长的GaxIn,.xN ((Kx《1)晶体(12)具有200/mi或更高的厚度。
16. 根据权利要求l的制造GaxIm.xN ((^x《1)晶体(12)的方法， 其中在生长所述GaxIn,.xN (0"《1)晶体(12)期间，所述基衬底(7) 的温度高于110(TC但是不高于140(TC。
17. 根据权利要求l的制造GaxIiM.xN ((KxSl)晶体(12)的方法， 其中在生长所述GaxIm.xN ((KW1)晶体(12)期间，所述基衬底(7) 的温度高于115(TC但是不高于140(TC。
18. 根据权利要求l的制造GaxInLxN ((KxSl)晶体(12)的方法， 其中在生长所述GaxIm.xN ((KW1)晶体(12)期间，外部地加热的所 述石英反应管(1)的温度不低于800'C但是不高于110(TC，并且所述 基衬底(7)的温度高于1100'C但是不高于140(TC。
19. 根据权利要求l的制造GaxIriLxN (0《x《O晶体(12)的方法， 其中在生长所述GaJm.xN ((KxSl)晶体(12)期间，外部地加热的所 述石英反应管(1)的温度不低于800'C但是不高于950t:，并且所述基 衬底(7)的温度高于950'C但是不高于140(TC。
20. —种制造GaJnLxN (0《xSl)晶体(12)的方法，该方法通过 在石英反应管(1)中，通过包含卤化镓气体与卤化铟气体中至少一种 以及氨气的材料气体的反应，在基衬底(7)的表面上生长GaJm.xN((Kx^l)晶体(12)来制造GaxInLxN((Kx《l)晶体，其中在所述GaxIm-xN ((KW1)晶体(12)的生长期间，所述基衬底(7)的温度高于110(TC 但是不高于1400。C。
21. —种制造GaxIn!-xN (0Sx《1)晶体(12)的方法，该方法通过 在石英反应管(1)中，通过包含卤化镓气体与卤化铟气体中至少一种 以及氨气的材料气体的反应，在基衬底(7)的表面上生长GaxIriLxN((Kx^l)晶体(12)来制造GaJm-xN(0^^1)晶体，其中在所述GaxIn"xN (O^^l)晶体(12)的生长期间，所述基衬底(7)的温度高于115(TC 但是不高于140(TC。
22. —种GaJn^N ((KxSl)结晶衬底，包括通过根据权利要求l 的制造GaxIn^N (0&《1)晶体(12)的方法获得的GaJm-xN ((Kx《1) 晶体(12)。
23. —种产品，其包括根据权利要求22的GaJnLxN ((Kx《1)结晶 衬底。
24. —种制造GaN晶体(12)的方法，该方法通过在石英反应管(1) 中，通过包含卤化镓气体和氨气的材料气体的反应，在基衬底(7)的 表面上生长GaN晶体(12)来制造GaN晶体，其中在所述GaN晶体(12) 的生长期间，外部地加热所述石英反应管(1)并且单独地加热所述基 衬底(7)。
25. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中所述基衬 底(7)通过设置在所述基衬底(7)背面侧上的加热器单独加热。
26. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中所述基 衬底(7)通过利用高频感应加热系统单独加热。
27. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中所述卤化 镓气体通过镓和卤素气体之间的反应而形成。
28. 根据权利要求27的制造GaN晶体(12)的方法，其中所述卤素气体是氯化氢气体。
29. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中生长的 GaN晶体(12)具有lxlO"cn^或更低的杂质浓度。
30. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中生长的 GaN晶体(12)包含lxlO mJ或更高浓度的选自由碳、镁、铁、铍、 锌、钒和锑组成的组中的至少一种作为杂质，并且具有lxl0^cm或更 高的电阻率。
31. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中使GaN 晶体(12)生长为掺杂有n型杂质。
32. 根据权利要求31的制造GaN晶体(12)的方法，其中生长的 GaN晶体(12)包含lxlO卩cm-s或更高浓度的选自由氧、硅、硫、锗、 硒和碲组成的组中的至少一种作为所述n型杂质，并且具有lQcm或更 低的电阻率。
33. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中生长的 GaN晶体(12)包含选自由碳、氧和硅组成的组中的至少一种作为杂 质，并且具有不低于1><10170^3但是不高于lxlO"cm^的neff,该neff 由下面的公式表示neff=n。+nsi-nc (这里iic是碳含量，n。是氧含量， 而i^是硅含量)，并且具有不高于0.1Qcm的电阻率。
34. 根据权利要求33的制造GaN晶体(12)的方法，其中生长的 GaN晶体(12)具有不低于5xlO"cn^但是低于lxl(^cm's的所述碳含量 nc、不低于lxl0人nrs但是不高于2xl0"cn^的所述氧含量n。、不低于 lxl0卩cn^但是不高于2xl0"cm-s的所述硅含量nsi，和不低于0.01flcm但 是不高于0.1Qcm的电阻率。
35. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中生长的 GaN晶体(12)具有不小于200/mi的厚度。
36. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中所述基衬 底(7)由氮化镓制成。
37. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中所述基衬 底(7)的表面具有10/mi或更小的算术平均粗糙程度Ra。
38. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中在生长所 述GaN晶体(12)期间，所述基衬底(7)的温度高于110(TC但是不高 于1300。C。
39. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中在生长所 述GaN晶体(12)期间，所述基衬底(7)的温度高于115(TC但是不高 于1250。C。
40. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中在生长所 述GaN晶体(12)期间，外部地加热的所述石英反应管(1)的温度不 低于80(rC但是不高于110(TC，并且所述基衬底(7)的温度高于1100。C 但是不高于1300'C。
41. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中在生长所 述GaN晶体(12)期间，外部地加热的所述石英反应管(1)的温度不 低于80(TC但是不高于95(TC，并且所述基衬底(7)的温度高于950。C但 是不高于130(TC。
42. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中在生长所 述GaN晶体(12)期间，外部地加热的所述石英反应管(1)的温度不 低于800。C但是不高于110(TC，并且所述基衬底(7)的温度高于1150'C但是不高于1250'C。
43. 根据权利要求24的制造GaN晶体(12)的方法，其中在生长所 述GaN晶体(12)期间，外部地加热的所述石英反应管(1)的温度不 低于800'C但是不高于95(TC，并且所述基衬底(7)的温度高于115(TC 但是不高于1250'C。
44. 一种制造GaN晶体(12)的方法，该方法通过在石英反应管(1) 中，通过包含g化镓气体和氨气的材料气体的反应，在基衬底(7)的 表面上生长GaN晶体(12)来制造GaN晶体，其中在所述GaN晶体(12)的生长期间，所述基衬底(7)的温度高于iio(rc但是不高于i30(rc。
45. —种制造GaN晶体(12)的方法，该方法通过在石英反应管(1) 中，通过包含卤化镓气体和氨气的材料气体的反应，在基衬底(7)的 表面上生长GaN晶体(12)来制造GaN晶体，其中在所述GaN晶体(12) 的生长期间，所述基衬底(7)的温度高于115(TC但是不高于125(TC。
46. —种GaN结晶衬底，其包括通过根据权利要求24的制造GaN晶 体(12)的方法获得的GaN晶体(12)。
47. —种产品，其包括根据权利要求46的GaN结晶衬底。
全文摘要
利用HVPE制造GaN晶体的常规方法看起来具有通过在高于1100℃的温度下制造GaN晶体提高GaN晶体结晶度的可能性。然而，这种常规方法具有石英反应管(1)在由加热器(5)和(6)加热到高于1100℃的温度时熔融的问题。这里公开了一种制造Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)晶体(12)的方法，该方法通过在石英反应管(1)中，由包含氨气和卤化镓气体与卤化铟气体的至少一种的材料气体的反应，在基衬底(7)的表面上生长Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)晶体(12)来制造Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)晶体，其中在Ga_xIn_1-xN(0≤x≤1)晶体(12)生长期间，外部地加热石英反应管(1)并且单独地加热基衬底(7)。
文档编号C30B29/38GK101194053SQ20068002084
公开日2008年6月4日 申请日期2006年8月17日 优先权日2005年8月25日
发明者上村智喜, 中幡英章, 冈久拓司, 弘田龙, 藤原伸介 申请人:住友电气工业株式会社