[发明专利]生长GaN晶体基片的方法和GaN晶体基片

说明书

技术领域

本发明涉及生长GaN晶体基片的方法及GaN晶体基片。

背景技术

GaN复合半导体，例如GaN、InGaN和GaAlN，作为可用作蓝光光发射二极管(LEDs)和激光二极管(LDs)的材料已经引起了注意。此外，由于很好的耐热性和环境抵抗能力，GaN复合半导体在光学设备中得到了运用，同样由于这些特性，GaN还用于电子元器件的发展。

然而，很难生长出大的GaN复合半导体晶体，并且由于这个原因，还没有生产出来有实际用途的GaN基片。蓝宝石作为生长GaN的基片在目前已经得到广泛的实际应用，并且在单晶蓝宝石基片上外延生长GaN是一种很普遍的方法，例如，运用金属有机物气相外延法。

蓝宝石基片和GaN的晶格常数不同，因此，当直接在蓝宝石基片上生长GaN时，生长不出单晶GaN薄膜。为了解决这个问题，日本专利(公开号：No.188983/1988)公开了一种方法，先在蓝宝石基片上低温生长AlN或者GaN的缓冲层以减小晶格应变，然后在缓冲层上生长GaN。

然而，即使在用低温生长的缓冲层来长GaN时，基片和GaN晶体的晶格常数也会产生差异，并且因而导致GaN会有许多缺陷，这些缺陷被认为在生产GaN基的激光二极管时是一个障碍。此外，由于蓝宝石和GaN线性膨胀系数的差异，在外延后的基片中会产生扭曲，在最坏的情况下，基片会很不利地破裂。

由于这个原因，人们正热切地期待着发展出大的GaN基片。

虽然生长大的GaN晶体非常困难，但是近来已提出了一种在基片上异质外延生长GaN厚膜的方法，例如，HVPE方法，当基片被除去后就会得到一种自由固定的GaN基片。

顺便说一下，在目前，还没有发展出任何可通过蚀刻来分离GaN和蓝宝石基片的技术。虽然已尝试通过抛光来机械地除去蓝宝石基片，但是在磨光的工艺中会增加基片的扭曲，并且，基片破裂的可能性也会增加。由于这个原因，这种方法还没有被付诸于实际运用。

在此，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.38(1999)Pt.2，No.3A上报道了一种方法：在运用HVPE方法于蓝宝石基片上生成了厚的GaN膜以后，用激光脉冲分离GaN膜。然而，这种方法也可能引起基片的破裂。

此外，日本专利(公开号：No.12900/2000)公开了一种利用很容易除去的基片的方法。在这种方法中，通过HVPE方法先在GaAs基片上生长一层很厚的GaN膜，然后用蚀刻的方法除去GaAs基片。使用这种方法，可以以相对较高的产量制备大的GaN基片。然而，这种方法存在一个问题，那就是GaAs基片在GaN晶体生长的工艺中会很不利地分解，并且As会作为杂质存在于GaN中。

运用掩模技术选择生长可有效地减小外延生长的GaN的缺陷浓度，例如，日本专利(公开号：No.312971/1998)公开了一种这样的技术。然而，因为没有很容易分离基片的方法，以上的技术不能被有效的用于生产自由固定的GaN基片。

发明内容

因此，本发明的目的之一是解决以前工艺的问题，并提供一个通过简单方法而生产出低缺陷浓度和不被杂质严重污染的GaN晶体基片，以及提供由本方法生产的GaN晶体基片。

根据本发明的第一个方面，生产GaN晶体基片的工艺包括这些步骤：

在初始基片上沉积一层金属膜，初始基片可以是单晶蓝宝石基片、带有在蓝宝石衬底上生长的单晶GaN膜的基片或单晶半导体基片中的任何一种。

在金属膜上沉积一层GaN膜用于形成层状基片；并且

把初始基片从沉积了GaN的层状基片上除去，从而形成了自由固定的GaN晶体基片。

根据本发明的第二个方面，生产GaN晶体基片的工艺包括这些步骤：

在初始基片上沉积一层金属膜，初始基片可以是单晶蓝宝石基片、带有在蓝宝石衬底上生长的单晶GaN膜的基片或单晶半导体基片中的任何一种。

在金属膜上由掩模材料形成掩模区和GaN选择生长区；

把选择生长区作为源，在选择生长区和掩模区沉积GaN膜以形成层状基片；并且

把初始基片从沉积了GaN的层状基片上除去，从而形成了自由固定的GaN晶体基片。

根据本发明的第三个方面，生产GaN晶体基片的工艺包括这些步骤：

在初始基片上沉积一层金属膜，初始基片可以是单晶蓝宝石基片、带有在蓝宝石衬底上生长的单晶GaN膜的基片或单晶半导体基片中的任何一种。

在金属膜上沉积GaN膜；