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1、(10)申请公布号 CN 103124811 A (43)申请公布日 2013.05.29 CN 103124811 A *CN103124811A* (21)申请号 201180046545.0 (22)申请日 2011.05.07 2010-215164 2010.09.27 JP C30B 29/38(2006.01) H01L 21/205(2006.01) (71)申请人 住友电气工业株式会社 地址 日本大阪府大阪市 (72)发明人 藤原伸介 上松康二 长田英树 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人 王海川 穆德骏 (54) 发明名称 生长 G。
2、aN 晶体的方法和 GaN 晶体衬底 (57) 摘要 本发明提供在具有从 (0001) 面以 20 90角度倾斜的主表面的 GaN 籽晶衬底上生长具 有较少堆垛层错的GaN晶体的GaN晶体生长方法， 还提供具有较少堆垛层错的 GaN 晶体衬底。生 长 GaN 晶体的方法包括 ： 准备 GaN 籽晶衬底 10 的 步骤， 所述 GaN 籽晶衬底具有从 (0001) 面 10c 以 2090角度倾斜的主表面10m， 和在所述GaN 籽晶衬底10上生长GaN晶体20的步骤。 所述GaN 籽晶衬底 10 的杂质浓度与所述 GaN 晶体 20 的杂 质浓度的差为 31018cm-3以下。 (30)优先权。
3、数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.03.27 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2011/060611 2011.05.07 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/042961 JA 2012.04.05 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 9 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书9页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103124811 A CN 103124811 A *CN103124811A* 1/1 页 2 1. 一种生长 GaN 晶体的方法， 包括 ： 准备 GaN 籽晶。
4、衬底的步骤， 所述 GaN 籽晶衬底具有从 (0001) 面以 20 90角度倾 斜的主表面 ； 和 在所述 GaN 籽晶衬底上生长 GaN 晶体的步骤 ； 其中所述 GaN 籽晶衬底的杂质浓度与所述 GaN 晶体的杂质浓度的差为 31018cm-3以 下。 2. 如权利要求 1 所述的生长 GaN 晶体的方法， 其中所述 GaN 籽晶衬底的主表面从 (0001) 面以 43 90角度倾斜。 3. 如权利要求 1 或权利要求 2 所述的生长 GaN 晶体的方法， 其中所述 GaN 籽晶衬底的 杂质浓度与所述 GaN 晶体的杂质浓度的差为 11018cm-3以下。 4. 如权利要求 1 3 中任。
5、一项所述的生长 GaN 晶体的方法， 其中所述 GaN 籽晶衬底和 所述 GaN 晶体的杂质浓度为氧原子浓度。 5. 如权利要求 1 4 中任一项所述的生长 GaN 晶体的方法， 其中在所述 GaN 籽晶衬底 的主表面中的堆垛层错密度为 100cm-1以下， 且所述 (0001) 面的曲率半径为 5m 以上。 6. 一种 GaN 晶体衬底， 其切割自通过根据权利要求 1 5 中任一项的生长 GaN 晶体的 方法生长的 GaN 晶体， 所述 GaN 晶体衬底具有从 (0001) 面以 20 90角度倾斜的主表 面， 其中所述主表面中的堆垛层错密度为 100cm-1以下。 权 利 要 求 书 CN。
6、 103124811 A 2 1/9 页 3 生长 GaN 晶体的方法和 GaN 晶体衬底 技术领域 0001 本发明涉及生长 GaN 晶体的方法， 所述 GaN 晶体具有位于非极性面 ( 垂直于 (0001) 面的面 ) 或半极性面 ( 从 (0001) 面以大于 0且小于 90的角度倾斜的面 ) 中的 主表面 ； 本发明还涉及 GaN 晶体衬底。 背景技术 0002 通常， 通过气相法如氢化物气相外延 (HVPE) 法或有机金属化学气相沉积 (MOCVD) 法、 或者通过液相法如助熔剂法在衬底如具有位于 (0001) 面中的主表面的蓝宝石衬底或 具有位于 (111)A 面中的主表面的 Ga。
7、As 衬底的主表面上生长晶体， 制造适用于诸如发光装 置、 电子装置和半导体传感器的装置的 GaN 晶体和 GaN 晶体衬底。因此， 由此制造的典型 GaN 晶体或 GaN 晶体衬底具有位于 (0001) 面中的主表面。 0003 包含在位于 (0001) 面中的 GaN 晶体衬底的主表面上形成的多量子阱 (MQW) 结 构的发光层的发光装置具有诸如发光波长偏移且发光效率下降的问题， 因为 GaN 晶体在 方向上具有的极性导致在发光层内发生自发极化。 0004 为了解决这种问题， 已经提出了 GaN 晶体和 GaN 晶体衬底以及制造这种晶体的方 法， 所述 GaN 晶体和 GaN 晶体衬底具有。
8、位于诸如其中未发生极化的非极性面或其中发生较 少极化的半极性面中的面的主表面。 0005 例如， 日本特开 2002-373864 号公报 ( 专利文献 1) 公开了， 在保持具有 c 面以外 的特定取向的表面 ( 诸如 11-20 面 (a 面 ) 或 1-100 面 (m 面 ) 的同时， 生长 GaN 晶体 以利用氧对 GaN 晶体进行掺杂。 0006 另外， 日本特开 2006-315947 号公报 ( 专利文献 2) 公开了， 通过排列具有位于 m 面中的主表面的氮化物半导体棒并在排列的氮化物半导体棒的主表面 (m 面 ) 上生长氮化 物半导体层， 形成具有低位错密度的大的氮化物半导。
9、体晶片 ( 诸如 GaN 晶片 )。 0007 另外， 日本特开 2008-143772 号公报 ( 专利文献 3) 公开了， 通过以在横向上相互 相邻的方式排列主表面具有上述特定面取向的多个 III 族氮化物晶体衬底并在排列的 III 族氮化物晶体衬底的主表面上生长III族氮化物晶体， 形成主表面具有0001面以外的任 意特定面取向的大的、 高度结晶的 III 族氮化物晶体。 0008 现有技术文献 0009 专利文献 1 ： 日本特开 2002-373864 号公报 0010 专利文献 2 ： 日本特开 2006-315947 号公报 0011 专利文献 3 ： 日本特开 2008-143。
10、772 号公报 发明内容 0012 技术问题 0013 上述所有日本特开 2002-373864 号公报 ( 专利文献 1)、 2006-315947 号公报 ( 专 利文献 2) 和 2008-143772 号公报 ( 专利文献 3) 都公开了一种同质外延法， 其中在主表面 说 明 书 CN 103124811 A 3 2/9 页 4 具有 c 面 (0001) 面 ) 以外的面取向的 GaN 籽晶衬底上生长 GaN 晶体。在本领域中认为， 在同质外延期间不发生堆垛层错。 0014 然而， 本发明人已经发现， 如果在具有 c 面以外的面取向的表面上生长晶体， 即使 同质外延也造成堆垛层错， 。
11、尽管其密度低， 即小于 1103cm-1。通过通常用于位错检验的方 法如阴极发光 (CL) 法或蚀刻法不能检验这些堆垛层错， 且如果密度低， 则即使通过透射电 子显微镜 (TEM) 仍难以对它们进行检验。因此， 本发明人将低温 CL 用于检验。 0015 因此， 本发明的目的是提供一种在具有从 (0001) 面以 20 90角度倾斜的主 表面的 GaN 籽晶衬底上生长具有较少堆垛层错的 GaN 晶体的方法， 还提供具有较少堆垛层 错的 GaN 晶体衬底。 0016 解决问题的手段 0017 根据本发明一方面的生长 GaN 晶体的方法包括准备 GaN 籽晶衬底的步骤， 所述 GaN 籽晶衬底具有。
12、从 (0001) 面以 20 90角度倾斜的主表面 ； 和在所述 GaN 籽晶衬底 上生长 GaN 晶体的步骤。所述 GaN 籽晶衬底的杂质浓度和所述 GaN 晶体的杂质浓度的差为 31018cm-3以下。 0018 在根据本发明上述方面的生长 GaN 晶体的方法中， GaN 籽晶衬底的主表面可以从 (0001) 面以 43 90角度倾斜。另外， GaN 籽晶衬底的杂质浓度和 GaN 晶体的杂质浓 度的差为 11018cm-3以下。另外， GaN 籽晶衬底和 GaN 晶体的杂质浓度可以为氧原子浓度。 另外， 在GaN籽晶衬底的主表面中的堆垛层错密度可以为100cm-1以下， 且(0001)面的。
13、曲率 半径可以为 5m 以上。根据本发明另一方面的 GaN 晶体衬底切割自通过上述生长 GaN 晶体 的方法生长的 GaN 晶体。所述 GaN 晶体衬底可具有从 (0001) 面以 20 90角度倾斜的 主表面， 且所述主表面中的堆垛层错密度可以为 100cm-1以下。 0019 发明效果 0020 根据本发明的上述方面， 可以提供一种在具有从 (0001) 面以 20 90角度倾 斜的主表面的GaN籽晶衬底上生长具有较少堆垛层错的GaN晶体的方法和具有较少堆垛层 错的 GaN 晶体衬底。 附图说明 0021 图1A是显示根据本发明实施方式的生长GaN晶体的方法的示意性断面图， 显示了 准备 。
14、GaN 籽晶衬底的步骤。 0022 图1B是显示根据本发明实施方式的生长GaN晶体的方法的示意性断面图， 显示了 生长 GaN 晶体的步骤。 0023 图1C是显示根据本发明实施方式的生长GaN晶体的方法的示意性断面图， 显示了 从 GaN 晶体切出 GaN 晶体衬底的步骤。 0024 图2是显示用于根据本发明实施方式的生长GaN晶体的方法中的晶体生长装置的 实例的示意性断面图。 具体实施方式 0025 实施方式 1 0026 参考图 1A 1C， 根据本发明实施方式的生长 GaN 晶体的方法包括准备 GaN 籽晶 说 明 书 CN 103124811 A 4 3/9 页 5 衬底 10 的步。
15、骤， 所述 GaN 籽晶衬底 10 具有从 (0001) 面 10c 以 20 90角度倾斜的主 表面 10m( 图 1A) 和在所述 GaN 籽晶衬底 10 上生长 GaN 晶体 20 的步骤 ( 图 1B)。所述 GaN 籽晶衬底 10 的杂质浓度和所述 GaN 晶体 20 的杂质浓度的差为 31018cm-3以下。 0027 根据本实施方式的生长 GaN 晶体的方法通过使得 GaN 籽晶衬底 10 的杂质浓度与 GaN 晶体 20 之间的杂质浓度的差为 31018cm-3以下而抑制 GaN 晶体 20 中的堆垛层错， 在 所述方法中在 GaN 籽晶衬底 10 的从 (0001) 面 10。
16、c 以 20 90角度倾斜的主表面 10m 上生长 GaN 晶体 20。现在对各步骤进行详细说明。 0028 准备 GaN 籽晶衬底的步骤 0029 参考图1A， 根据本实施方式的生长GaN晶体的方法包括准备GaN籽晶衬底10的步 骤， 所述 GaN 籽晶衬底 10 具有从 (0001) 面以 20 90角度倾斜的主表面 10m。可以以 使得晶体生长表面为与主表面 10m 具有相同面取向的主表面的方式， 在 GaN 籽晶衬底 10 的 主表面 10m 上生长 GaN 晶体 20。 0030 将GaN籽晶衬底10的主表面10m从(0001)面倾斜的倾斜角设定为2090 以得到 GaN 晶体和 G。
17、aN 晶体衬底， 所述 GaN 晶体和 GaN 晶体衬底具有极性低至足以降低例 如半导体装置的发光波长的偏移和发光效率的下降的主表面。从这种观点来看， GaN 籽晶 衬底 10 的主表面 10m 优选从 (0001) 面 10c 以 43 90倾斜角 倾斜。 0031 为了生长堆垛层错密度低或为零的 GaN 晶体 20， GaN 籽晶衬底 10 的主表面 10m 中 的堆垛层错密度优选为 100cm-1以下， 更优选 10cm-1以下， 进一步优选 1cm-1以下且最优选 0cm-1。通过低温 CL 法在主表面 10m 上测定 GaN 籽晶衬底 10 的主表面 10m 中的堆垛层错密 度。 0。
18、032 另外， 为了生长堆垛层错密度低或为零的 GaN 晶体 20， GaN 籽晶衬底 10 的 (0001) 面 10c 的曲率半径优选为 5m 以上， 更优选 10m 以上， 进一步优选 20m 以上。通过 X 射线衍 射法测定 (0001) 面 10c 的曲率半径。 0033 可以通过任意方法准备具有从 (0001) 面 10c 以 20 90倾斜角 倾斜的主 表面 10m 的 GaN 籽晶衬底 10。为了准备堆垛层错密度低或为零的 GaN 籽晶衬底 10， 以使得 晶体生长表面为 (0001) 面的方式生长 GaN 母晶， 并优选沿从 (0001) 面以 20 90倾斜 角 倾斜的面从。
19、 GaN 母晶切出 GaN 籽晶衬底 10。 0034 从相同观点来看， 如后所述， 还优选使用通过本发明得到的 GaN 晶体衬底作为 GaN 籽晶衬底 10。 0035 生长 GaN 晶体的步骤 0036 参考图 1B， 根据本实施方式的生长 GaN 晶体的方法包括在 GaN 籽晶衬底 10、 特别 地在 GaN 籽晶衬底 10 的主表面 10m 上生长 GaN 晶体 20 的步骤。以使得晶体生长表面为与 主表面 10m 具有相同面取向的主表面 20m 的方式， 在 GaN 籽晶衬底 10 的主表面 10m 上生长 GaN 晶体 20。 0037 可以通过其中在 GaN 籽晶衬底 10 的主。
20、表面 10m 上生长 GaN 晶体的任意同质外延 法， 例如通过气相法如氢化物气相外延(HVPE)法、 有机金属化学气相沉积(MOCVD)法、 分子 束外延 (MBE) 法或升华法， 或者通过液相法如助溶剂法， 生长 GaN 晶体 20。优选 HVPE， 因为 可以在高速度下有效地生长厚晶体。 0038 在生长 GaN 晶体 20 的步骤中， GaN 籽晶衬底 10 的杂质浓度与 GaN 晶体 20 的杂质 说 明 书 CN 103124811 A 5 4/9 页 6 浓度的差为 31018cm-3以下。如果 GaN 籽晶衬底 10 的杂质浓度与在 GaN 籽晶衬底 10 的主 表面 10m 。
21、上生长的 GaN 晶体 20 的杂质浓度的差为 31018cm-3以下， 则 GaN 晶体具有较小的 堆垛层错。从这种观点来看， GaN 籽晶衬底 10 的杂质浓度与 GaN 晶体 20 的杂质浓度的差优 选为 11018cm-3以下。通过二次离子质谱 (SIMS) 法测定 GaN 籽晶衬底 10 和 GaN 晶体 20 的杂质浓度。 0039 GaN 籽晶衬底 10 的杂质浓度与 GaN 晶体 20 的杂质浓度的差影响堆垛层错的形成 的机理未完全理解。据推断， GaN 籽晶衬底的杂质浓度与 GaN 晶体的杂质浓度的差相当大 会改变所生长的 GaN 晶体 20 的晶格常数， 从而以缓和由 c 。
22、轴方向 ( 方向 ) 上的晶格 常数差造成的应力的方式产生堆垛层错。 0040 GaN 籽晶衬底 10 和 GaN 晶体 20 的上述杂质浓度优选为氧原子浓度。即， GaN 籽 晶衬底 10 的氧原子浓度与 GaN 晶体 20 的氧原子浓度的差优选为 31018cm-3以下， 更优选 11018cm-3以下。 0041 如果在 GaN 籽晶衬底 10 的从 (0001) 面以 20 90角度 倾斜的主表面 10m 上生长 GaN 晶体 20， 则以使得晶体生长表面为与主表面 10m 具有相同面取向的主表面 20m 的方式生长 GaN 晶体。如果以使得晶体生长表面为主表面 20m 的方式生长 G。
23、aN 晶体 20， 则 其极易被作为杂质的氧原子污染。如果在无任何特别注意的情况下以这种方式生长 GaN 晶体， 则其具有约 51018cm-3以上的氧原子浓度。另一方面， 如果以使得晶体生长表面为 (0001) 面的方式生长 GaN 晶体 20， 则其不易被作为杂质的氧原子污染。如果在无任何特别 注意的情况下以这种方式生长 GaN 晶体， 则其具有约 11017cm-3以下的氧原子浓度。 0042 为了抑制在 GaN 籽晶衬底 10 的从 (0001) 面以 20 90角度 倾斜的主表面 10m 上生长的 GaN 晶体 20 中的堆垛层错， 重要的是如何在 GaN 晶体 20 的生长期间防止。
24、 GaN 晶体 20 被氧原子污染， 从而使得 GaN 籽晶衬底 10 的杂质浓度 ( 特别是氧原子浓度 ) 与 GaN 晶体 20 的杂质浓度 ( 特别是氧原子浓度 ) 的差为 31018cm-3以下、 优选 11018cm-3以下， 所述 GaN 籽晶衬底 10 切割自以使得晶体生长表面为 (0001) 面的方式生长的、 并具有低杂 质浓度如低氧原子浓度和低堆垛层错密度的 GaN 母晶。 0043 如上所述， 已知的是， 如果在 GaN 籽晶衬底 10 的从 (0001) 面以 20 90角度 倾斜的主表面 10m 上生长 GaN 晶体 20， 则其极易被作为杂质的氧原子污染。 0044 。
25、参考图 2， 用于通过 HVPE 生长 GaN 晶体的 HVPE 装置 100 具有由反应管 102 形成的 反应室 101， 所述反应管 102 通常由石英玻璃形成。从反应管 102 排出的杂质气体为作为 杂质污染 GaN 晶体的氧原子的源。因此， 为了降低 GaN 晶体的杂质浓度 ( 特别是氧原子浓 度)， 在根据本实施方式的生长GaN晶体的方法中所使用的HVPE装置100和使用HVPE装置 100 生长 GaN 晶体的方法具有如下特征。 0045 (1) 将由高纯度 ( 例如 99.999 质量 % 以上 ) 热解氮化硼 (pBN) 形成的第一衬管 110 布置在反应管 102 内。如果。
26、将 GaN 籽晶衬底 10 放入第一衬管 110 中， 则可以防止从反 应管 102 排出的杂质气体接触在 GaN 籽晶衬底 10 上生长的 GaN 晶体 20。 0046 (2)作为第一吹扫气体， 使得高纯度(例如99.9999质量%以上)氮气通过布置在 反应管102上的第一吹扫气体引入管103， 在由石英玻璃形成的反应管102与由pBN形成的 第一衬管 110 之间流动。利用第一吹扫气体， 可以将从反应管 102 排出的杂质气体通过气 体排出管 109 排出到反应室 101 外部。 说 明 书 CN 103124811 A 6 5/9 页 7 0047 (3) 支持布置在由 pBN 形成的。
27、第一衬管 110 内的 GaN 籽晶衬底 10 的基座 140 具 有局部加热机构。这种局部加热机构使得可以在将反应室 101 中的 GaN 籽晶衬底 10 及其 附近局部保持在期望温度下的同时， 降低用于对由石英玻璃形成并形成反应室 101 的反应 管 102 进行加热的加热器 151、 152 和 153 的加热温度， 由此减少从反应管 102 排出的杂质 气体。另外， 局部加热机构可以为可以将 GaN 籽晶衬底 10 及其附近加热至期望温度的任意 类型的局部加热机构， 诸如电阻加热机构如加热器、 高频加热机构或灯加热机构。 0048 (4) 利用 pBN 对具有局部加热机构的基座 140。
28、 的表面进行包覆。这防止了杂质气 体从基座 140 的排出并防止了杂质气体对 GaN 晶体的污染。 0049 (5) 对由石英玻璃形成的镓原料舟 130 进行加热的温度下降。这抑制了杂质气体 从镓原料舟 130 的排出。 0050 (6) 使用氮 (N2) 气代替氢 (H2) 气以作为用于通过含氯气体引入管 106 引入到镓 原料舟 130 中的含氯气体的载气。这抑制了杂质气体从镓原料舟 130 的排出。 0051 (7)将镓原料舟130布置在布置在第一衬管110中的第二衬管120中， 并将氮(N2) 气用作通过第二吹扫气体引入管 105 引入到第二衬管 120 中的第二吹扫气体。这抑制了石 。
29、英玻璃在其表面处的分解。 根据添加到氮气中的H2O气体的浓度， 可以调节所生长的GaN晶 体的杂质浓度 ( 特别是氧原子浓度 )。 0052 (8)通过第一衬管110与第二衬管120之间的空间， 通过氮原料气体引入管104将 充当氮原料气体的氨 (NH3) 气以及充当载气的氢 (H2) 气和氮 (N2) 气引入到第一衬管 110 中。第一衬管 110 和第二衬管 120 防止与石英玻璃的反应性高的氨 (NH3) 气和氢 (H2) 气接 触由石英玻璃形成的反应管 102 和镓原料舟 130。 0053 通过具有上述特征的 HVPE 法， 可以调节 GaN 晶体 20 的杂质浓度 ( 特别是氧原子。
30、 浓度 )， 使得 GaN 籽晶衬底 10 的杂质浓度 ( 特别是氧原子浓度 ) 与 GaN 晶体 20 的杂质浓度 ( 特别是氧原子浓度 ) 的差为 31018cm-3以下， 优选 11018cm-3以下。 0054 如上所述， 当在 GaN 籽晶衬底 10 的从 (0001) 面 10c 以 20 90倾斜角 倾 斜的主表面 10m 上生长 GaN 晶体 20， 所述主表面 10m 中的堆垛层错密度为 100cm-1以下且 (0001) 面 10c 的曲率半径为 5m 以上时， 通过使得 GaN 籽晶衬底 10 的杂质浓度与 GaN 晶 体 20 的杂质浓度的差为 31018cm-3以下，。
31、 可以以使得晶体生长表面为从 (0001) 面 20c 以 20 90倾斜角 倾斜的主表面 20m 且主表面 20m 中的堆垛层错密度为 100cm-1以下 的方式生长 GaN 晶体 20。 0055 尽管在根据本实施方式的生长 GaN 晶体的方法中在单个 GaN 籽晶衬底 10 的主表 面 10m 上生长 GaN 晶体， 但是可以在以瓷砖图案排列的多个 GaN 籽晶衬底 10 的主表面 10m 上生长 GaN 晶体以生长大的 GaN 晶体。 0056 从 GaN 晶体切出 GaN 晶体衬底的步骤 0057 接下来， 参考图 1C 对从通过根据本实施方式的生长 GaN 晶体的方法生长的 GaN。
32、 晶 体 20 切出 GaN 晶体衬底的步骤进行说明。 0058 沿从(0001)面20c以2090倾斜角倾斜的面切出GaN晶体20以得到GaN 晶体衬底 20p， 各个 GaN 晶体衬底 20p 具有从 (0001) 面 20c 以 20 90倾斜角 倾斜 的主表面 20pm。如上所述， 从在晶体生长表面， 即主表面 20m 中具有 100cm-1以下的堆垛层 错密度的 GaN 晶体 20 切出的 GaN 晶体衬底 20p 在主表面 20pm 中具有 100cm-1以下的堆垛 说 明 书 CN 103124811 A 7 6/9 页 8 层错密度。 0059 实施方式 2 0060 参考图1。
33、C， 从通过根据实施方式1的生长GaN晶体的方法生长的GaN晶体20， 切出 根据本发明实施方式 2 的 GaN 晶体衬底 20p。主表面 20pm 从 (0001) 面 20c 以 20 90 倾斜角 倾斜， 且主表面 20pm 中的堆垛层错密度为 100cm-1以下。 0061 根据本实施方式的形成 GaN 晶体衬底 20p 的方法如上面实施方式 1 中所述， 且不 再重复其说明。 0062 根据本实施方式的 GaN 晶体衬底 20p 适用于制造半导体装置。另外， 根据本实施 方式的 GaN 晶体衬底 20p 可以用作底部衬底以与实施方式 1 中一样在其上进一步生长 GaN 晶体， 且可以。
34、将制得的 GaN 晶体用于进一步制造根据本实施方式的 GaN 晶体衬底。 0063 GaN 晶体衬底 20p 的主表面 10m 具有低极性或不具有极性， 且主表面 20pm 中的堆 垛层错密度为 100cm-1以下。因此， 可以将 GaN 晶体衬底 20p 用于有效地制造具有较少或不 具有发光波长的偏移和发光效率的下降的半导体装置。 0064 为了进一步减少或消除 GaN 晶体衬底 20p 的主表面 20pm 的极性， 主表面 20pm 优 选从 (0001) 面 20c 以 43 90倾斜角 倾斜。 0065 为了更有效地制造高品质半导体装置， GaN 晶体衬底 20p 的主表面 20pm 。
35、中的堆垛 层错密度优选为 10cm-1以下， 更优选 1cm-1以下， 最优选 0cm-1。 0066 实施例 0067 ( 实施例 ) 0068 1. 准备 GaN 籽晶衬底 0069 通过 HVPE 法在具有位于 (0001) 面中的主表面的 GaN 底部晶体衬底上生长 2 英寸 (50.8mm) 直径的 GaN 籽晶以达到 30mm 厚。然后， 从 GaN 籽晶的底部衬底侧和晶体生长表面 侧切出具有 300m 厚度并具有位于 (0001) 面中的主表面的 C 面 GaN 籽晶衬底。另外， 从 底部衬底侧和晶体生长表面侧之间的部分切出多个 GaN 籽晶衬底 10， 所述多个 GaN 籽晶衬。
36、 底 10 具有 25mm25mm300m 的厚度尺寸并具有从 (0001) 面 10c 以预定倾斜角 倾斜 的主表面 10m， 从而具有表 I 和 II 中所示的面取向。将这些 GaN 籽晶衬底 10 在两个主表面 上都进行镜面抛光并在两个主表面和四个侧表面上进行蚀刻以除去损伤部分。 0070 通过 CL 法测定从底部衬底侧切出的 c 面 GaN 籽晶衬底的主表面中的位错密度为 1106cm-2。通过 CL 测定从晶体生长表面侧切出的 c 面 GaN 籽晶衬底的主表面中的位错密 度为 7105cm-2。因此， 估计具有从 (0001) 面 10c 以各倾斜角 倾斜的主表面 10m 的 GaN。
37、 籽晶衬底的位错密度为 7105cm-2 10105cm-2。 0071 通过 X 射线衍射法测定从底部衬底侧和晶体生长表面侧切出的 c 面 GaN 籽晶衬底 的 (0001) 面的曲率半径为 30 50m。因此， 估计具有从 (0001) 面 10c 以各倾斜角 倾斜 的主表面 10m 的 GaN 籽晶衬底 10 的 (0001) 面的曲率半径为 30 50m。 0072 在基于在 20K 气氛温度下在 3.42eV 下的发光的低温 CL 法中， 在具有从 (0001) 面 10c 以各倾斜角 倾斜的主表面 10m 的任意 GaN 籽晶衬底 10 的主表面中未观察到堆垛层 错 ( 即， 堆垛。
38、层错密度为 0cm-1)。 0073 通过SIMS法对具有从(0001)面10c以各倾斜角倾斜的主表面10m的GaN籽晶 衬底的杂质浓度进行测定。结果， 氧原子浓度为 31016cm-3以下， 硅原子浓度为 31016cm-3 说 明 书 CN 103124811 A 8 7/9 页 9 以下， 且碳原子浓度低至小于检测限 (11016cm-3)。 0074 2. 生长 GaN 晶体 0075 通过HVPE法在上述多个GaN籽晶衬底10的主表面10m上生长GaN晶体20至10mm 厚， 所述主表面 10m 从 (0001) 面 10c 以预定倾斜角 倾斜以具有表 I 和 II 中所示的面取 向。
39、。将晶体生长温度 (GaN 籽晶衬底 10 的温度 ) 调节至 1050， 并将晶体生长速度调节至 100m/ 小时。在通过 HVPE 法生长 GaN 晶体 20 之前， 利用 HCl 气体将 GaN 籽晶衬底 10 的 主表面 10m 蚀刻约 0.5m 的厚度以从主表面 10m 除去残余的损伤部分和污物。 0076 为了减少或调节通过 HVPE 法在 GaN 籽晶衬底 10 的从 (0001) 面 10c 以预定倾斜 角 倾斜的主表面 10m 上生长的 GaN 晶体 20 中的杂质浓度 ( 特别是氧原子浓度 )， 实施如 下特别装置和方法。 0077 将由高纯度 ( 例如 99.999 质量。
40、 %)pBN 形成的第一衬管 110 布置在由石英玻璃形 成的反应管 102 中。作为第一吹扫气体， 使得高纯度 ( 例如 99.9999 质量 %) 氮气通过第一 吹扫气体引入管 103， 在反应管 102 与第一衬管 110 之间流动。另外， 支持布置在第一衬管 110 内的 GaN 籽晶衬底 10 的基座 140 具有 pBN 包覆的碳加热器以作为对 GaN 籽晶衬底的 背面进行局部加热的局部加热机构， 且基座 140 的表面包覆有 pBN。在用于加热反应管 102 的加热器 151、 152 和 153 的加热温度为约 700的同时， 通过局部加热机构将 GaN 籽晶衬 底 10 的温。
41、度升至 1050。另外， 将高纯度 (99.9999 质量 %) 镓 (Ga 原料 30) 放入由石英 玻璃形成的镓原料舟 130 中， 并通过含氯气体引入管 106 将 HCl 气体 ( 含氯气体 ) 引入到 镓原料舟 130 中的镓 (Ga 原料 30) 中以产生 GaCl 气体 (Ga 原料气体 )。此时， 将镓原料舟 130 的温度设定为比平时低的温度， 即设定为 700 750。另外， 使用氮 (N2) 气代替氢 (H2) 气作为用于引入到镓原料舟 130 中的 HCl 气体 ( 含氯气体 ) 的载气。另外， 将镓原料 舟 130 布置在布置在第一衬管 110 中并由高纯度 (99.。
42、999 质量 %)pBN 形成的第二衬管 120 中， 并通过第二吹扫气体引入管105将氮(N2)气作为第二吹扫气体引入到第二衬管120中。 根据氮 (N2) 气中 H2O 气体的浓度， 调节所生长的 GaN 晶体 20 的杂质浓度 ( 特别是氧原子浓 度 )。另外， 使用氮 (N2) 气代替氢 (H2) 气作为用于引入到镓原料舟 130 中的 HCl 气体 ( 含 氯气体 ) 的载气。另外， 通过第一衬管 110 与第二衬管 120 之间的空间， 通过氮原料气体引 入管 104 将充当氮原料气体的氨 (NH3) 气以及充当载气的氢 (H2) 气和氮 (N2) 气引入到第 一衬管 110 中。。
43、 0078 由此， 在多个 GaN 籽晶衬底 10 的主表面 10m 上生长具有表 I 和 II 中的行中所示 的氧原子浓度 (cm-3) 的 GaN 晶体 20， 所述主表面 10m 从 (0001) 面 10c 以预定倾斜角 倾 斜而具有表 I 和 II 中的列中所示的面取向。在表 I 和 II 中的矩阵表的各要素中显示了在 制得的 GaN 晶体 20 的主表面中的堆垛层错密度 (cm-1)， 所述主表面形成晶体生长表面。所 有 GaN 晶体 20 都具有 31016cm-3以下的硅原子浓度和低于检测限 (11016cm-3) 的碳原子 浓度。 0079 表 I 说 明 书 CN 1031。
44、24811 A 9 8/9 页 10 0080 0081 表 II 0082 0083 如表 I 和 II 中所示， 在 GaN 籽晶衬底的从 (0001) 面以 20 90角度倾斜的主 表面上生长的 GaN 晶体具有明显更低的堆垛层错密度， 其中所述 GaN 籽晶衬底的杂质浓度 与所述 GaN 晶体的杂质浓度的差为 31018cm-3以下， 且以速度 GaN 籽晶衬底的杂质浓度与 GaN 晶体的杂质浓度的差为 11018cm-3以下的方式生长的 GaN 晶体具有进一步明显更低的 堆垛层错密度。 0084 尽管在单个 GaN 籽晶衬底的主表面上各自生长上述实施例中的 GaN 晶体， 但是当 在。
45、由以瓷砖图案排列的多个 GaN 籽晶衬底构成的主表面上生长 GaN 晶体以生长大的 GaN 晶 体时， 获得了类似结果。 0085 本文中公开的实施方式和实例在所有方面都应是示例性的而不是限制性的。 本发 明的范围由权利要求书限定而不是由上述说明限定， 并旨在包含在权利要求书及其等价物 的含义和范围内的所有变体。 0086 附图标记 0087 10 ： GaN 籽晶衬底 0088 10c、 20c ： (0001) 面 0089 10m、 20m、 20pm ： 主表面 说 明 书 CN 103124811 A 10 9/9 页 11 0090 20 ： GaN 晶体 0091 20p ： G。
46、aN 晶体衬底 0092 30 ： Ga 原料 0093 100 ： HVPE 装置 0094 101 ： 反应室 0095 102 ： 反应管 0096 103 ： 第一吹扫气体引入管 0097 104 ： 氮原料气体引入管 0098 105 ： 第二吹扫气体引入管 0099 106 ： 含氯气体引入管 0100 107 ： 镓原料气体引入管 0101 109 ： 气体排出管 0102 110 ： 第一衬管 0103 120 ： 第二衬管 0104 130 ： 镓原料舟 0105 140 ： 基座 0106 151、 152、 153 ： 加热器 说 明 书 CN 103124811 A 11 1/1 页 12 图 1A 图 1B 图 1C 图 2 说 明 书 附 图 CN 103124811 A 12 。