制备III-N 体晶和自支撑III-N 衬底的方法以及III-N 体晶和自支撑III-N 衬底

摘要

本发明描述一种制备III-N体晶和自支撑III-衬底的方法以及III-N体晶和自支撑III-N衬底，其中，III代表选自元素周期表III族中的至少一种元素，选自Al，Ga和In，其中，III-N体晶通过气相外延在衬底上生长，并且其中生长速率是即时测量的。通过原位，即在外延生长过程中，主动测量和控制生长速率，可以将实际生长速率保持在基本恒定。由此，可以获得在生长方向上以及在与生长方向垂直的生长平面内分别具有优异晶体质量的III-N体晶以及从上面分离的单个的III-N单晶衬底。

说明书

本申请是申请日为2007年5月4日、申请号为200780016871.0、 发明名称为“制备III-N体晶和自支撑III-N衬底的方法以及III-N 体晶和自支撑III-N衬底”的发明专利申请的分案申请。

发明背景

本发明涉及从气体或者气相制备III-N体晶的方法，以及制备从 III-N体晶获得的自支撑III-N衬底的方法。“III-N”一词代表III-N 化合物，其中，III代表选自元素周期表III族中的至少一种元素， 选自Al，Ga和In(下面有时简写成(Al，Ga，In))，N代表氮。III-N 体晶和自支撑III-N衬底包含III-N化合物作主体材料，优选地，它 们分别基本上或者完全由III-N化合物组成，可选地还与杂质一起组 成。本发明进一步涉及可有利地通过这样的方法获得的III-N体晶和 自支撑III-N衬底。自支撑III-N衬底特别适合作为用来制造光电和 电子设备的衬底。

在工业应用中，用于(Al，Ga，In)N基发光二极管或者激光二 极管的组件或者器件传统地生长在异质衬底上，比如Al₂O₃(蓝宝石) 或者SiC。通过生长在III-N衬底，比如(Al，Ga)N衬底上，可以缓和 因采用异质衬底而导致的与晶体质量有关以及与由此决定的组件或器 件的寿命和效率有关的缺陷。然而，直到如今，还没有足够质量的这 样的衬底可供采用。这主要是由在传统体材料生长技术中，因在一般 的生长温度下，相比III-N化合物，氮的稳态蒸气压过高所造成的困 难决定的。Porowski(MRS Internet J.Nitride Semiconduct.Res. 4S1，1999，G1.3)描述了在高压下的体材料生长。这种方法提供了具 有质量价值的GaN体材料，但是，到现在为止，具有的缺点是这样只 能制备表面积最大为100mm²的小GaN衬底。而且，这种制备方法与 其它方法相比需要长的制备时间，并且由于过高的生长压力，在技术 上是费力的，成本很高。

另一种方法包括，在异质衬底上从气体相(gas phase)或者气相 中生长III-N材料，然后将III-N材料从异质衬底上分离。对于制备 厚的III-N自支撑层，比如GaN，已知的是比如：M.Kelly等(Jpn. J.Appl.Phys.38卷，1999，第L217-L219页)，″Large Free-Standing  GaN Substrates by Hydride Vapor Phase Epitaxy and Laser Induced  Lift-Off″，将已采用氢化物气相外延(HVPE)生长在蓝宝石(Al₂O₃) 制的衬底上的厚GaN层从蓝宝石衬底上分离。为此目的，该文献这样 描述：采用激光对淀积了GaN的蓝宝石衬底进行辐照，结果，GaN层 在与蓝宝石衬底的界面上发生局部热分解，由此从蓝宝石衬底上剥离 下来。另外可供选择的分离方法包括对衬底进行湿化学刻蚀(比如 GaAs的例子参看K.Motoki等，Jap.J.Appl.Phys.40卷，2001，第 L140-L143页)、干化学刻蚀(比如SiC的例子，参看Yu.Melnik等， Mat.Res.Soc.Symp.Proc.482卷，1998，第269-274页)或者机械研磨 (例如蓝宝石的例子，参见H.-M.Kim等，Ma .Res.Soc.Symp.Proc.639 卷，2001，第G6.51.1-G6.51.6页)。上述方法的缺点是，一方面，由于 衬底分离技术复杂所带来的相对高成本，另一方面，主要困难是难以 制备具有均匀的低缺陷密度的III-N材料。

在III-N衬底上通过气相外延生长厚的III-N体晶(梨晶)，然 后通过切割方法将体晶分离得到单个的III-N衬底为上述方法提供了 另外一种选择。Vaudo等(US 6,596,079)描述了这种方法。HVPE被选 为优选的生长方法，作为优选的梨晶长度，提到的数值是＞1mm，4mm 或者10mm。Vaudo等进一步特别描述了是如何通过线切割或者进一步 的处理步骤，比如化学/机械抛光，反应性离子刻蚀或者光电化学刻蚀， 从体晶上获得III-N衬底。进一步的，在Vaudo等的国际专利申请(WO 01/68955A1)中也提到了采用上述技术制备的III-N体晶和衬底。

Melnik等描述了一种生长晶体长度大于1cm的GaN-(US 6,616,757)或者AlGaN-(US 2005 0212001A1)体晶的方法。这种方法 的基本步骤包括：在衬底上生长(Al)GaN单晶层，去除衬底，清洗在 (Al)GaN单晶层上的(Al)GaN体晶。作为优选方法，提到了一种具有 特殊反应室结构的HVPE方法。进一步，Melnik等在美国专利申请(US 2005-0164044A1)和在美国专利6,936,357中描述了具有各种特性， 比如尺寸，位错密度或者X射线摇摆曲线峰值半高宽的GaN-和AlGaN- 体晶。

发明简述

本发明的目的是提供一种制备III-N体晶的方法，以及提供在生 长方向上和/或在与生长方向垂直的平面内分别具有优异的晶体质量 及其均匀分布的III-N衬底。

依据第一个方面，本发明提供一种制备III-N体晶的方法，其中， III代表选自元素周期表III族中的至少一种元素，选自Al，Ga和In， 其中，III-N体晶通过气相外延的方法在衬底或者模版上生长，并且， 其中，生长速率是即时测量的。

在本发明的第一个方面的优选实施方案中，生长速率是主动控制 的。

依据第二个方面，本发明提供一种制备III-N体晶的方法，其中， III代表选自元素周期表III族中的至少一种元素，选自Al，Ga和In， 其中，III-N体晶通过气相外延的方法在衬底或者模版上生长，并且， 其中，生长速率在外延生长过程中基本上保持在至少一个恒定值。依 据本发明的方法操作，能够在大部分过程中，优选基本上在整个过程 中，如果希望，在将体晶生长到所希望的长度的整个过程中，基本上 将生长速率保持住。依据本发明采用的“基本上恒定”一词意味着可 以获得在下面将进一步详细描述的本发明的晶体质量。在一个优选的 实施方案中，当用来测量生长速率的方法通过将实际生长速率与名义 (所希望的)生长速率比较确定出最大10％，特别地，最大5％，尤其 地，最大2％的偏差时，要进行修正或调节到实际恒定的生长速率。在 进一步优选的方法中，生长速率是精确恒定的，即，处于控制精度内 (标准偏差±0.5％)。在所希望厚度的III-N体晶的整个生长过程中， 可以将生长速率保持在一个预先确定的值；或者，可以将生长速率在 不同的阶段保持在多个不同的预先确定的但是分别恒定的值。

在本发明的第一个和第二个方面的优选实施方案中，III-N体晶 的外延生长可以直接在异质衬底(foreign substrate)上，或者在同 质衬底(native substrate)上进行。在III-N体晶生长之前，可以 淀积一层或者多层中间层来形成包含异质或者同质衬底的模版，中间 层的组分的选择可以与III-N体晶的组分无关。淀积中间层的工艺， 技术和/或设备可以自由选择。例如，中间层的生长速率可以测量，或 者测量并保持恒定，或者，可以既不测量也不保持恒定。

在本发明的第一和第二个方面的优选实施方案中，采用氢化物气 相外延作为生长方法。

为了测量和确定生长速率，特别合适的一种方法选自如下方法：

·称量晶体或者晶体以及晶体夹具包括感应器的重量；

·确定从生长表面上反射回来的超声波的持续或者传播时间 (running time)；

·确定通过照射得到的晶体阴影，例如，从侧面照射生长的晶体， 并采用CCD在生长的晶体后面对移动的阴影进行检测(投影原理)； 以及

·光学三角测量，即，确定角度，在该角度下测定从生长表面上 反射回来的激光束。

在本发明的第一和第二个方面的优选实施方案中，通过即时控制 将生长的前平面/表面的位置保持恒定。

在本发明的第一和第二个方面的优选实施方案中，采用具有 c-，a-，m-或者r-晶面作为生长表面/平面的III-N衬底或者模版作为 衬底，III-N体晶淀积在这样选定的生长平面/表面上。

在本发明的第一和第二个方面的优选实施方案中，采用具有的生 长平面相对于c-，a-，m-或者r-晶面具有0.1-30°的斜切角度 (off-angle)的III-N衬底作为衬底，在其上淀积III-N体晶。

在本发明的第一和第二个方面的优选实施方案中，在衬底或者模 版上淀积掺杂的III-N体晶，衬底或者模版本身就是掺杂的III-N衬 底或者模版，其中，分别采用选自硅，碲，镁和铁中的一种元素作为 掺杂剂。

在本发明的第一和第二个方面的优选实施方案中，生长的III-N 体晶具有圆形的或者接近圆形的平面内(in-plane)横截面，圆形横 截面具有的直径≥5cm。生长的III-N体晶的长度优选≥1mm，更优 选≥1cm，特别优选≥3cm。

与其它相比，本发明的特别优点是，可以用具有上述所希望尺寸 的生长的III-N体晶，以及从其上制备的单个的自支撑III-N衬底， 在晶体质量，特别是在垂直于生长方向的生长平面内的晶体质量和晶 体质量的均匀分布方面获得独特的性能。

在本发明的第一和第二个方面的优选实施方案中，分别采用单晶 形式的蓝宝石，碳化硅，砷化镓，铝酸锂或者硅作衬底，在上面依据 本发明生长III-N体晶。在特别优选的实施方案中，采用GaN衬底作 为自支撑形式的或者模版形式的衬底，依据本发明生长GaN体晶。

在进行完依据本发明的工艺后，通过从III-N体晶上分离一个或 者多个III-N衬底可以方便的制备出自支撑的III-N晶体衬底。各种 合适的分离方法是熟知的，线切割是尤其合适的一种。然后，可以进 行进一步的处理步骤，其中具体的例子包括：研磨，抛光(化学的和/ 或机械的)，刻蚀(湿式的和/或干式的)，后续热处理，在气氛中进 行调节(合适地至少含有氨)，以及/或者任何所希望的修整或者清洗 步骤。

依据本发明的另一个的方面，提供具有独特晶体质量的III-N体 晶。本发明的III-N体晶可通过上述依据本发明的方法获得。优选地， III-N体晶采用依据上面确定的本发明的第一和第二个方面的本发明 的方法制备，可选地，依据上面所述的优选实施方案制备。

具体地，依据本发明的III-N体晶以及相应地由其分离的单个的 和自支撑的III-N衬底的独特的、让人惊异的良好晶体质量可以采用 摇摆曲线图形扫描和/或显微Raman图形扫描(mapping)来确定。

这样，当在(i)平行于生长平面的和/或(ii)生长方向上的平面上 进行本发明的III-N体晶的摇摆曲线图形扫描时，所分别测得的峰值 半高宽的标准偏差为，在情形(i)中是5％或者更低，优选3％或者更 低，在情形(ii)中是10％或者更低，优选7.5％或者更低。标准偏差一 般这样确定，在要测量的平面(i)或者(ii)上分别在大量测量点， 比如100个(或者其它位置数量)，进行摇摆曲线图形扫描测量，得 到所有测量的峰值半高宽的平均值，通过常用的统计评估来确定相对 于这个平均值的标准偏差。如果在情形(ii)中，在体晶生长方向上 进行晶片的晶面分离是所不希望的，可以合适地按这样的方式进行： 首先，从体晶上分离下大量的晶面与生长方向垂直的晶片(例如，像 在通常制备晶片的过程中那样，通过相对于体晶纵向进行横向线切 割)，然后，在这样分离的晶片上在大量比如100个测量点(或者另 外的测量位置数量)分别进行摇摆曲线图形扫描测量，之后，确定出 用这些分离晶片分别确定的峰值半高宽平均值的标准偏差。如果，与 前面所述的直接测量的在生长方向上的标准偏差相比，在对比测量中， 在材料的一个样品上存在偏差，那么，由于精度更高，在生长方向上 的直接测量是有效的。

作为另一个可供选择的或者补充的质量参数，在对本发明的 III-N体晶在(i)平行于生长平面的和/或(ii)生长方向上的平面上 进行显微Raman图形扫描时，所测量的E₂声子的峰值半高宽的标准偏 差在情形(i)中为5％或者更低，优选3％或者更低，进一步优选2％或 者更低，在情形(ii)中为10％或者更低，优选7.5％或者更低，进一步 优选5％或者更低。

同样的，标准偏差一般这样确定，在要测量的平面(i)或者(ii) 上分别在大量测量点，比如100个(或者其它位置数量)，进行显微 Raman图形扫描测量，得到所有测量的E₂声子的峰值半高宽的平均值， 通过常用的统计评估来确定相对于这个平均值的标准偏差。在情形 (ii)中，同样可以合适地这样进行：首先，从体晶上分离下大量晶 面与生长方向垂直的晶片(例如，像在通常制备晶片的过程中那样， 通过相对于体晶的纵向进行横向线切割)，然后，分别在大量比如100 个测量点(或者另外的测量位置数量)上进行所述的显微Raman图形 扫描测量，之后，确定出用这些分离晶片分别确定的E₂声子的峰值半 高宽平均值的标准偏差。如果，与前面所述的直接测量的在生长方向 上的标准偏差相比，在用材料样品进行的对比测量中存在偏差，由于 精度更高，在生长方向上的直接测量是有效的。

通过从这样提供的III-N体晶上分离，可以得到具有相应的晶体 质量的单个的自支撑III-N衬底。因此，在对依据本发明的自支撑 III-N衬底在平行于生长平面的平面上进行摇摆曲线图形扫描时，测 得的峰值半高宽的标准偏差为5％或者更低，优选3％或者更低，更优选 2％或者更低。

同样地，在对本发明的自支撑III-N衬底在(i)平行于生长平面的 和/或(ii)生长方向上的平面上进行显微Raman图形扫描时，所测量 的E₂声子的峰值半高宽的标准偏差在情形(i)中为3％或者更低，优 选2％或者更低，在情形(ii)中为5％或者更低，优选3％或者更低。至 于摇摆曲线图形扫描测量和显微Raman图形扫描测量，参考上面的描 述。

附图说明

在附图中，

图1示意说明了可以应用于本发明的一种HVPE设备的截面基本 结构；

图2示意说明了一种HVPE设备的截面基本结构，采用该设备可 以依据本发明的一个具体实施方案通过称重模块来进行生长速率的原 位测量；

图3示意说明了一种HVPE设备的截面基本结构，采用该设备可以 依据本发明的另一个具体实施方案通过超声发射器和探测器单元来进 行生长速率的原位测量；

图4示意说明了一种HVPE设备的截面基本结构，采用该设备可 以依据本发明的另一个具体实施方案通过投影原理来进行生长速率的 原位测量。

具体实施方案描述

下面，描述本发明的优选实施方案，然而，它们不能被理解成限 制方式。相反，这些描述仅仅用来解释本发明，对本领域技术人员来 讲，明显地，允许处于所附权利要求范围内的变动和改良。

在上述引言部分中描述的现有技术方法中，例如，Vaudo等的或 者Melnik等的技术方法中，没有一个提供这样的暗示，即在晶体生长 过程中，对生长速率进行原位测量或控制。即使希望或者倾向于得到 一个名义的生长速率，在外延生长厚的III-N层或者相应的体晶(例 如，提供至少1mm的层厚或者体晶长度)所需要的过程中没有合适的 控制，实际上也不能获得恒定的生长速率(至少在测量精度内)。一 般的，影响大致恒定的生长速率的各种因素包括，例如小平面的形成 (具有不是所希望的平面或者表面的生长平面或表面)，寄生淀积， 变化的温度场(特别是在生长平面上)，起始组分的质量流速不精确 (例如HCl的通入流速和/或NH₃的通入流速)，起始组分的反应转变 的不精确(例如，与Ga源的逐渐下降的填充水平相关)，以及不能一 直恒定的III-N比率。依据本发明，注意到，在气相外延工艺，特别 是在HVPE中，生长速率是一个如此强烈地决定晶体质量的参数，以致 于对生长速率进行原位，即在外延生长过程中，进行测量和主动控制， 可以对晶体质量及其在生长方向上和/或在与生长方向垂直的平面内 的均匀分布产生想象不到的显著好处。

依据本发明，通过对生长速率原位进行测量和主动控制，有利地， 可以确保在生长过程中将生长速率恒定在控制精度内。至少一种，甚 至很多种前面所述的可能发生的会影响和削弱实际恒定的生长速率的 因素，可以避免和/或减少，和/或抵消掉。结果，依据本发明，可以 提供将好的晶体质量及其在生长方向上和/或在与生长方向垂直的平 面内均匀分布独特结合在一起的III-N体晶以及分别从其上分离的单 个的III-N衬底。

依据本发明，对HVPE设备进行适当的改变，从而可以采用合适的 方法实现对生长速率的原位测量。作为特别合适的方法，可以采用如 下方法：

(i)采用称重模块，或者测压元件，或者力传感器对晶体或者对 晶体加上晶体夹具和感应器一起进行称重；

(ii)测量从生长表面反射回来的超声波的持续时间或者传播时 间；

(iii)确定通过照射所得到的晶体阴影，例如通过CCD(投影原 理)；

(iv)光学三角测量，即，确定角度，在该角度下测定从生长表面 上反射回来的激光束，或者

(v)与晶片垂直的反射(对较厚的层适用性较低)。

在这样改良的HVPE设备中，采用异质衬底或者III-N衬底作为起 始的或者晶种衬底。作为可能的衬底形式所谓的模版也可以包括在内， 其中，依据材料类型和淀积方法，将与III-N晶体材料无关的一层或 者多层中间层材料淀积到(异质或者同质)衬底上。优选地，所采用 的是制备在异质衬底上的III-N衬底或者III-N模版，例如，直径＞5 cm并且晶向为(0001)取向的GaN模版。更优选衬底表面相对于精确 的(0001)晶面具有轻微的取向偏离(斜切)，例如，在从大约0.3到 大约0.6°的范围内。

在达到生长温度之前(即在较低的温度下)，优选地，可以将气 体气氛提前通入到反应室中，气体气氛包含一种或者多种气体，优选 选自由氢气，氮气和氨气组成的气体，最优选包括至少一种含N气体。 具体地，氨气用来稳定表面。在达到生长温度后，通过供应III族起 始原料，开始生长III-N体晶。在生长GaN体晶的情形中，这意味着， 例如，将氯化氢气体流过Ga源或者从其中吹过，由此产生氯化镓气体 并将其通入到反应室中。除了通入III族起始原料外，可选地，可以 通入所希望的用作掺杂剂的相应的起始原料。

图1示意说明了可以应用于本发明的一种HVPE设备的截面基本结 构。依据一种可能的实施方案的HVPE设备20包括石英反应室21，包 围在反应室21周围的多区炉22，箭头所示的供气口23，23’，以及 箭头所示的泵和排气系统24。通过装卸法兰25将固定在衬底夹具26 上的模版16装入到反应室中。然后，通过泵和排气系统24，使反应 室达到所希望的工艺压力，合适地处于≤1000mbar的范围内，例如 大约950mbar。多区炉具有一区22A，用来设定衬底表面的生长温度， 以及二区22B，用来设定Ga阱区28的温度。将作为载气的H₂和/或 N₂通过供气口23，23’通入到反应室中。为了原位产生氯化镓，通过 在多区炉22的22B区设定一个合适的温度，比如大约850℃，而使Ga 阱中的Ga气化，并与采用H₂/N₂载气并按合适的混气比率和合适的流 速从供气口23流入的HCl反应。原位生成的氯化镓从进气管23底部 的开口流出，进入到反应室21中，在里面与NH₃混和，NH₃采用H₂/N₂作为混和载气并按合适的混气比率和合适的流速从进气管23’流入， 以建立比如大约为6-7×10³Pa的NH₃分压。从图1底部的温度分布可 以清楚地看到，为了将衬底温度设定在合适的大约950-1100℃，比如 约1050℃，在多区炉22的22A区中建立的温度高于22B区中的温度。 GaN在衬底夹具上淀积。如果，不是淀积GaN层，而是淀积例如(Ga，Al， In)N层，(Ga，Al)N层或者(Ga，In)N层，在HVPE设备20中需要 提供另外的Al和/或In阱。然后，作为采用合适的载气比如H₂/N₂通入HCl的结果，就会产生相应的氯化铝和/或氯化铟气流进入到反应 室中，这与图1中针对Ga的进气管23所示的结果相似。

通过HVPE方法连续进行淀积层的生长，直到得到了所希望的层 厚，通过主动生长测量和生长控制，将生长速率保持恒定在预先确定 的范围内的值，例如在50到700μm/h的范围内，优选在200到500 μm/h的范围内。为了主动生长测量和控制，衬底夹具26包含合适的 测量器件27，例如称重模块，或者超声发射器和检测器单元，其将在 下面的其它具体实施方案中分别作进一步详细的解释。由此确定的在 测量精度内的生长速率值通过线29送到计算机单元或者CPU(控制器) 30中。如果计算机单元或者CPU 30检测到测量的实际生长速率与预 先设定的名义生长速率之间存在可检测到的偏差，其中这个可检测到 的偏差超出了预先设定的不能容许的阈值，例如2％，计算机单元或者 CPU(控制器)30送出信号31来控制生长速率参数，直到测量的实际 生长速率和预先设定的名义生长速率之间的偏差落在预先设定的不能 容许的阈值以下。信号31对影响生长速率的一个或者多个合适的工艺 参数进行合适的控制，最有效地，其控制流速参数，特别是HCl的流 速和/或HCl/NH₃的流速比。以这种方式，可以有效获得具有优异晶体 均匀性的厚度范围在例如200μg或以上，优选在300到30000μm范 围之内的厚层。

可供选择地，生长速率的控制调节可以手动进行，优选通过调节 HCl的流速进行。

图2-4示意说明了一种HVPE设备的截面改良结构，其中，在具体 实施方案中进行的生长速率原位测量采用不同的方法进行。这些不同 的测量方法如图2中所示采用称重模块，如图3中所示采用超声发射 器和检测器单元，如图4中所示采用投影原理。

图2所示是一种具有集成的称重模块110的垂直HVPE反应室100 的示意结构。这里，称重模块110位于固定的感应器夹具121和感应 器120之间；衬底150固定在感应器120上，外延层在衬底150上生 长。因此，称重模块110称量感应器120加上生长的衬底150的重量。 对于HVPE反应室100，进一步分别显示有反应室壁130，HCl和载气 的进气口(参见底部的中间箭头140A)，以及NH₃和载气的进气口(参 见底部的两个外边的箭头140B)，Ga源141，和用于排气的排气口(参 见顶部的外边的箭头142)。采用称重模块同样适用于衬底平放的水平 反应室，其中，在此情形中称量的也是感应器包括其上生长外延层的 衬底的重量。在下面所示的实施方案中，与图2中的HVPE反应室100 中的组件相同的或者相对应的组件采用相同的标注序号，因此不再对 其进行描述。

图3所示是一种具有集成的超声发射器和检测器(这里采用共同 的标注序号210)的垂直HVPE反应室200的示意结构。超声发射器和 检测器210位于衬底250的上面。这里，通过从衬底250的生长表面 250A上反射回来的超声波215的持续或者传播时间来确定层厚。这个 确定的持续或者传播时间表明了外延生长的速率。同样，采用超声测 量也同样适用于衬底平放的水平反应室。

图4所示是一种具有集成的基于投影原理的层厚测量的垂直HVPE 反应室300的示意结构。这里，采用光源350，例如可以集成在反应 室壁130内或者可以独立提供的发光二极管或者激光二极管，对III-N 晶体310进行侧面照射，通过合适的检测器360，比如CCD相机，从 另一面对光进行局域检测，检测器360也可以集成在反应室壁310内 或者可以独立提供。这里，随着晶体长度的增加，晶体阴影移过检测 器360。阴影的移动速度用来确定生长速率。

为了主动控制工艺过程中的生长速率，需要利用通过选定的方法 确定的生长速率。为此，对用来控制III族源气的电子质量流控制器 (MFC)设定端口。在生长GaN体晶的晶体生长情形中，用MFC来控制 流过Ga源的HCl气流。另外，如果希望，其它气流，比如，含N气体 (例如NH₃)的气流也可以采用这种方式进行调节。例如，以这种方式， 可以将V-III比率保持恒定。

然后，可以进一步进行在生长温度下或者在另一个温度下的退火 步骤。

在一个或者多个工艺步骤之后，比如像磨圆，准直等，对生长的 III-N体晶进行分割，优选的是线切割。在进一步的工艺步骤，包括 比如研磨，抛光，边缘倒角，磨平或者切边(notch)，退火以及/或 者各种修整步骤后，可以获得单个化的III-N衬底。一般来讲，研磨 和抛光步骤是多步工艺。

由于所描述的对生长速率的即时测量和控制，生长的III-N体晶 以及通过后续工艺步骤得到的III-N衬底呈现出优异的晶体质量，特 别是在生长方向上以及在与生长方向垂直的平面内呈现出均匀的分 布。

从方法上讲，这种晶体的质量特征可以通过比如X射线衍射，例 如X射线衍射曲线中对应于特定晶格平面的衍射的绝对值和/或峰值 半高宽的空间分布来确定。在生长平面或表面内的晶体质量均匀性可 以通过例如在平行于生长平面或表面的平面上进行的称为X射线摇摆 曲线图形扫描的方法来进行评价(在样品不同位置处记录的ω扫描)。 例如，在生长沿[0001]方向的情形中，可以采用[0002]晶格平面的反 射来进行ω扫描。

通过对从相应体晶上获得的单个衬底进行[0002]扫描得到的峰值 半高宽的标准偏差来确定在生长方向上的晶体质量的均匀性。

可供选择地，在生长方向上的晶体质量均匀性也可以通过在其表 面沿着生长方向取向的平面内进行的摇摆曲线图形扫描的方法来进行 评价。在生长沿[0001]方向的情形中，在扫描中可以利用，例如，从 m-晶面(即选自{1100}或者{(1010)，(0110)，(1100)，(1010)， (0110)，(1100)})上的反射，图形扫描可以在相应的m-晶面上进行， 或者在与相应的m-晶面有轻微的取向偏移的平面上进行，斜切角度在 0到10°之间。

确定晶体质量均匀性的第二种方法是显微Raman图形扫描。这样， 例如，在平行于生长平面或者在生长方向上的平面上进行扫描得到的 E₂-声子的频率和峰值半高宽的标准偏差分别表明了平行于生长平面 的或者在生长方向上的晶体质量的均匀性。同样，在生长方向上的体 晶的晶体质量均匀性也可以优选利用从相应的体晶上获得的单个衬底 的E₂-声子的峰值半高宽平均值的标准偏差来进行确定。

实施例

将直径在50-60mm的GaN衬底装入到Aixtron LP-HVPE反应室中。 该反应室经过改良，使得可以通过利用称重模块或者测压元件测量晶 体包括衬底夹具和感应器的重量来即时确定生长的GaN体晶的重量。 基于具有射束弯曲和压力反馈的平台式称重模块的几何形状，测压元 件是Hottinger Baldwin Meβtechnik GmbH(Darmstadt，德国)公司 的S2型测压元件。输出信号经过测量放大器处理。在衬底上生长几个 mm厚的GaN体晶。例如，HVPE工艺在1040℃至1075℃的温度下，在 900到1000mbar的压力下，V/III比率大约为50，载气组分大约为 50％氢气和50％氮气的情况下进行。生长速率是220μm/h，并且是即时 测量的，通过调节流过Ga源的氯化氢气流来进行原位控制。

摇摆曲线图形扫描采用具有高分辨率的商用X射线衍射仪进行， 采用Cu Kα₁射线束来进行操作，并具有向内准直的光学系统。对衍 射仪进行优化，使由于设备造成的摇摆曲线展宽低于50％。对ω的增 幅进行选择，使在峰值半高宽内至少有20个测量点。在对样品表面进 行的测量中，采用[0002]反射，在x-和y-方向上的增量为大约3mm。 X射线束在表面上的聚集点的横向尺寸≤3mm。测量时将离晶片边2 mm的边缘部分排除在外。

进行显微Raman测量采用的激光的激发波长为532nm(倍频Nd: YAG激光器)，激发功率为3mW，并且是Jobin Yvon的Llabram800HR 光谱仪，其中，通过显微光学系统将激光聚焦到样品上，光束直径大 约为1μm。进一步采用Ne等离子体线对光谱仪进行校准。测量采用 背扫描几何模式，其中，对起偏振器设置进行选择，以检测E₂-声子[表 面扫描：z(y x/y)-z，-切面(slit face)扫描：y(x x)-y]。当进行表 面扫描时，在x-和y-方向上的增量是大约2.5mm。离晶片边2mm 的边缘部分在测量时排除在外。当在垂直于表面的晶片切面上进行扫 描时，在z-方向上的增量是大约10μm。通过Lorentz线型分析确定 E₂-声子的峰值半高宽和频率。

需要注意的，上面所描述的各个方面，优点，实施方案和实施例 的特征可以按所希望的方式进行结合。