專利名稱：：Iii族氮化物晶體基材和半導(dǎo)體設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體設(shè)備如發(fā)光設(shè)備，電子設(shè)備和半導(dǎo)體傳感器的基材的III族氮化物晶體膜的表面處理方法。此外，本發(fā)明涉及由III族氮化物晶體膜的表面處理方法制備的III族氮化物晶體基材。
背景技術(shù)：
：III族氮化物晶體如GaN晶體和A1N晶體是制造半導(dǎo)體設(shè)備如發(fā)光設(shè)備，電子設(shè)備和半導(dǎo)體傳感器的基材的非常有用的原料。這里"III族氮化物晶體"指由III族元素和氮組成的晶體，例如GaxAlyIni—x—yN晶體(0《x，O《y，和x+y《1)。用作半導(dǎo)體設(shè)備的基材的III族氮化物晶體基材是通過在III族氮化物晶體膜的周邊上形成一定形狀，裁切晶體膜以具有預(yù)定厚度，和機(jī)械打磨(或拋光)或機(jī)械研磨該表面來制備的。然而，通過裁切、機(jī)械打磨或機(jī)械研磨，在III族氮化物晶體膜的表面上形成厚受影響層(術(shù)語"受影響層"是指其中晶格次序不整的層，該層通過對晶體膜的表面進(jìn)行研磨、打磨或拋光而在晶體膜的表面上形成，下同)或者III族氮化物晶體膜的表面粗糙度增大。隨著III族氮化物晶體基材的受影響層的厚度增大，并且隨著其表面粗糙度增大，基材的表面質(zhì)量下降，導(dǎo)致III族氮化物晶體層(它通過外延生長形成在III族氮化物晶體膜的表面上)的表面不規(guī)則度增大，并且結(jié)晶度降低。因此，在這樣的基材上不能形成質(zhì)量令人滿意的半導(dǎo)體元件。因此，作為由III族氮化物晶體膜生產(chǎn)III族氮化物晶體基材的方法，已經(jīng)廣泛采用了如下方法裁切III族氮化物晶體膜以具有預(yù)定厚度，將表面機(jī)械打磨或機(jī)械研磨，然后通過干蝕刻將表面拋光(例如參見日本未審專利申請公開2001-322899號)或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)(例如參見美國專利6596079號和6488767號以及日本未審專利申請公開2004-311575號)，從而去除受影響層并且進(jìn)一步降低表面粗糙度。然而，在III族氮化物晶體基材的表面的干刻蝕方法中，雖然受影響的層可以除去，但是難以進(jìn)一步降低表面粗糙度。在已知的拋光中，III族氮化物晶體膜的表面是通過將III族氮化物晶體膜壓制在拋光墊上，同時(shí)將含有硬度低于或等于所要拋光的III族氮化物晶體膜的硬度的磨料顆粒的淤漿提供到拋光墊上來進(jìn)行拋光。然而，因?yàn)镮II族晶體膜是硬的和具有低的反應(yīng)活性，拋光速率是非常低的并且該已知拋光是不足夠的方法。最近，已經(jīng)建議了通過使用含有由金剛石、氧化鋁(A1203)或類似物組成的硬磨料顆粒和由膠體硅石(SiO》、煅制二氧化鈦(Ti02)或類似物組成的軟磨料顆粒的淤漿，將III族氮化物晶體膜拋光的方法(例如參見日本未審查的專利申請公開No.2004-311575)。這一技術(shù)能夠提高III族氮化物晶體膜的拋光速率和表面光滑度。然而，在日本未審查的專利申請公開No.2004-311575中公開的拋光方法中，難以進(jìn)一步改進(jìn)表面光滑度，因?yàn)橛贊{含有硬磨料顆粒。所以，仍然需要能夠產(chǎn)生出更光滑表面但同時(shí)保持高拋光速率的一種拋光方法。
發(fā)明內(nèi)容為了有效地生產(chǎn)能夠用于半導(dǎo)體設(shè)備中的III族氮化物晶體基材，本發(fā)明的目的是提供III族氮化物晶體膜的表面處理方法，其中能夠有效地在III族氮化物晶體膜上形成具有薄的受影響層的令人滿意高質(zhì)量光滑表面。本發(fā)明提供了III族氮化物晶體膜的表面處理方法，該方法包括將III族氮化物晶體膜的表面拋光，其中拋光用的拋光液的PH值x和氧化-還原電位值y(mV)同時(shí)滿足y>-50x+l，000(Ex.(1))和y《_50x+l，900(Ex.(2))在本發(fā)明的III族氮化物晶體膜的表面處理方法中，拋光液可含有氧化劑。另外，拋光液的PH可以是至多6或至少8。在本發(fā)明的III族氮化物晶體膜的表面處理方法中，拋光液可含有磨料顆粒和磨料顆粒可以是硬度高于III族氮化物晶體膜的硬度的高硬度磨料顆粒，硬度低于或等于III族氮化物晶體膜的硬度的低硬度磨料顆粒，或含有高硬度磨料顆粒和低硬度磨料顆粒的混合磨料顆粒。高硬度磨料顆粒的粒度可以是lPm或更低。高硬度磨料顆?？梢允呛羞x自金剛石、SiC、Si凡、BN、Al203、CrA和Zr02中的至少一種材料的磨料顆粒。低硬度磨料顆粒可以是含有選自Si02、Ce02、Ti02、MgO、Mn02、Fe203、Fe304、NiO、ZnO、CoO、Co304、Sn02、CuO、Cu20、Ge02、CaO、Ga203和ln203中的至少一種材料的磨料顆粒。在本發(fā)明的III族氮化物晶體膜的表面處理方法中，III族氮化物晶體膜的表面可以進(jìn)行機(jī)械研磨或機(jī)械打磨，然后III族氮化物晶體膜的機(jī)械研磨或機(jī)械打磨表面進(jìn)行拋光。在lll族氮化物晶體膜的拋光之后受影響的層的厚度可以是50nm或更低。在III族氮化物晶體膜的拋光之后表面粗糙度Ry可以是5nm或更低。在III族氮化物晶體膜的拋光之后表面粗糙度Ra可以是0.5nm或更低。此外，在拋光之后III族氮化物晶體膜進(jìn)行熱退火。本發(fā)明提供了由以上表面處理方法制得的III族氮化物晶體基材。本發(fā)明還提供III族氮化物晶體基材，其中表面粗糙度Ry是lnm或更低。本發(fā)明還提供III族氮化物晶體基材，其中表面粗糙度Ra是0.lnm或更低。在本發(fā)明的III族氮化物晶體基材中，III族氮化物晶體基材的主平面可以平行于在纖鋅礦結(jié)構(gòu)中的C-平面，A-平面，R-平面，M-平面和S-平面中的任何平面。由III族氮化物晶體基材的主平面與在纖鋅礦結(jié)構(gòu)中的C-平面，A-平面，R-平面，M-平面和S-平面中的任何平面之間所形成的斜角可以是0.05。至15°。本發(fā)明提供具有外延層的III族氮化物晶體基材，該基材包括以上III族氮化物晶體基材，和由外延生長法在III族氮化物晶體基材上形成的至少一個(gè)III族氮化物層。本發(fā)明提供包括上述III族氮化物晶體基材的半導(dǎo)體設(shè)備。此外，本發(fā)明提供進(jìn)一步包括發(fā)光元件和裝配(mounting)發(fā)光元件用的電導(dǎo)體的半導(dǎo)體設(shè)備，所述發(fā)光元件包括由外延生長法在III族氮化物晶體基材的主平面上形成的三個(gè)或更多子層組成的半導(dǎo)體層，在III族氮化物晶體基材的另一個(gè)主平面上形成的第一電極，和在半導(dǎo)體層的最外半導(dǎo)體子層上形成的第二電極；其中在所述發(fā)光元件中，靠近III族氮化物晶體基材的面用作發(fā)光面和靠近最外半導(dǎo)體子層的面用作裝配層，以及半導(dǎo)體層包括P-型半導(dǎo)體子層，n型半導(dǎo)體子層，和在p-型半導(dǎo)體子層和n型半導(dǎo)體子層之間形成的發(fā)光子層。根據(jù)本發(fā)明，具有受影響層的令人滿意質(zhì)量光滑表面能夠有效地在III族氮化物晶體膜上形成，和因此能夠有效制造出能夠用于半導(dǎo)體設(shè)備的III族氮化物晶體基材。圖1是顯示了在本發(fā)明使用的III族氮化物晶體膜表面的拋光方法的示意性橫截面視圖；圖2是顯示了在本發(fā)明使用的III族氮化物晶體膜的機(jī)械研磨方法的示意性橫截面視圖；圖3是在本發(fā)明使用的III族氮化物晶體膜表面的機(jī)械打磨方法的示意性橫截面視圖；和圖4是顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的半導(dǎo)體設(shè)備的示意性橫截面視圖。具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物晶體膜的表面處理方法，參見圖l，在用于將III族氮化物晶體膜1的表面進(jìn)行拋光的III族氮化物晶體膜1的表面處理方法中，拋光用的拋光液17的pH值x和氧化-還原電位值y(mV)同時(shí)滿足由Ex.(1)和Ex.(2)表示的關(guān)系y>-50x+l，000(1)y《-50x+l，900(2)。在這里使用的術(shù)語"拋光"指使用拋光液將需要拋光的物體表面以化學(xué)和/或機(jī)械方式變光滑。例如，參見圖l，拋光液17從拋光液進(jìn)料口19供應(yīng)到拋光墊18上，而固定在面板15上的拋光墊18沿著旋轉(zhuǎn)軸15c旋轉(zhuǎn)。將砝碼14放置在固定III族氮化物晶體膜1的晶體夾持器上11。III族氮化物晶體膜1壓在拋光墊18上，同時(shí)III族氮化物晶體膜1與晶體夾持器11和砝碼14一起沿著旋轉(zhuǎn)軸11c旋轉(zhuǎn)。因此，III族氮化物晶體膜1的表面能夠被拋光。術(shù)語"氧化-還原電位"指通過在溶液中共存的氧化劑與還原劑之間的平衡狀態(tài)所決定的能量級(電位)。通過測量所測定的氧化-還原電位是相對于參比電極的值。溶液的表觀測量值取決于參比電極的類型。在通常的科技論文等中，標(biāo)準(zhǔn)氫電極(N.H.E)常常用作參比電極。在本發(fā)明中的氧化-還原電位表示為當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)氫電極(N.H.E)常常用作參比電極時(shí)的值。在根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物晶體膜的表面處理的方法中，如果拋光液17的pH值x和氧化-還原電位值y(mV)滿足y<_50x+l，000，則拋光液17的氧化能力是弱的，導(dǎo)致III族氮化物晶體膜1的表面的拋光速率下降。另一方面，如果y>_50x+l，900，則氧化能力變得太強(qiáng)和對于拋光設(shè)備如拋光墊和面板的腐蝕作用變得強(qiáng)烈，導(dǎo)致難以進(jìn)行穩(wěn)定拋光。此外，從維持高拋光速率考慮，優(yōu)選滿足關(guān)系y>_50x+l，300。換句話說，拋光用的拋光液17的pH值x和氧化-還原電位值y(mV)優(yōu)選滿足由Ex.(2)和Ex.(3)表示的關(guān)系y《-50x+l，900(2)。y>-50x+l，300(3)。在標(biāo)準(zhǔn)拋光液中含有的酸如鹽酸和硫酸和堿如K0H和NaOH對于將化學(xué)穩(wěn)定的III族氮化物晶體膜的表面進(jìn)行氧化和除去受影響層具有較弱的能力。因此，優(yōu)選地，氧化劑被添加到拋光液中以提高氧化-還原電位，即提高氧化能力。氧化劑的添加量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得拋光液17的pH值x和氧化-還原電位值y(mV)同時(shí)滿足由y>_50x+l，000(Ex.(l))和y《-50x+l，900(Ex.(2))表示的關(guān)系。從提高拋光速率考慮，添加到拋光液中的氧化劑的優(yōu)選例子包括，但不限于，次氯酸，氯化異氰脲酸類如三氯異氰脲酸，氯化異氰脲酸鹽類如二氯異氰脲酸鈉，高錳酸鹽如高錳酸鉀，重鉻酸鹽如重鉻酸鉀，溴酸鹽如溴酸鉀，硫代硫酸鹽如硫代硫酸鈉，硝酸，過氧化氫水溶液，和臭氧。這些氧化劑可以單獨(dú)使用或以兩種或多種氧化劑的結(jié)合物使用。用于本發(fā)明中的拋光液17的pH優(yōu)選是至多6或至少8。具有至多6的pH值的酸性拋光液或具有至少8的pH值的堿性拋光液與III族氮化物晶體膜接觸，利用刻蝕作用除去III族氮化物晶體膜的受影響層，由此提高拋光速率。從這一點(diǎn)考慮，拋光液17的pH更優(yōu)選是至多4或至少10和進(jìn)一步優(yōu)選至多2。用于調(diào)節(jié)pH的酸和堿沒有特別限制。它的例子包括無機(jī)酸如鹽酸，硝酸，硫酸和磷酸；有機(jī)酸如甲酸，乙酸，檸檬酸，蘋果酸，酒石酸，琥珀酸，鄰苯二甲酸，富馬酸；堿如K0H，NaOH，NH40H，和胺類；鹽如硫酸鹽，碳酸鹽和磷酸鹽。另外，通過添加氧化劑來調(diào)節(jié)pH。優(yōu)選地，用于本發(fā)明中的拋光液含有磨料顆粒。這些磨料顆粒能夠提高拋光速率。在拋光液中所含的磨料顆粒沒有特別限制，但是，它的例子包括硬度高于III族氮化物晶體膜的硬度的高硬度磨料顆粒，硬度低于或等于III族氮化物晶體膜的硬度的低硬度磨料顆粒，以及含有高硬度磨料顆粒和低硬度磨料顆粒的混合磨料顆粒。在根據(jù)本發(fā)明的拋光中，高硬度磨料顆粒的使用能夠進(jìn)一步提高拋光速率并且低硬度磨料顆粒的使用能夠改進(jìn)晶體表面的形態(tài)。含有高硬度磨料顆粒和低硬度磨料顆粒的混合磨料顆粒的使用能夠形成具有薄的受影響層的令人滿意質(zhì)量光滑晶體膜表面，同時(shí)保持了高拋光速率。從以上觀點(diǎn)考慮，至于在拋光液中的磨料顆粒，高硬度磨料顆粒和低硬度磨料顆粒的混合體積比優(yōu)選是高硬度磨料顆粒低硬度磨料顆粒=5:95-50:so和更優(yōu)選io:90-30:70。在根據(jù)本發(fā)明的拋光中，高硬度磨料顆粒的粒度優(yōu)選是1Pm或更低。III族氮化物晶體膜的表面是利用高硬度磨料顆粒以機(jī)械方式除去以拋光該表面。因此，通過降低高硬度磨料顆粒的粒度，在III族氮化物晶體膜的表面上形成的劃痕的深度和不規(guī)則度能夠降低。因此，表面能夠進(jìn)一步光滑化。從這一點(diǎn)考慮，高硬度磨料顆粒的粒度更優(yōu)選是0.5um或更低。對于高硬度磨料顆粒沒有特別限制，只要磨料顆粒的硬度高于所要拋光的III族氮化物晶體膜的硬度就行。高硬度磨料顆粒優(yōu)選是含有選自金剛石、SiC、Si3N4、BN、A1203、0203和Zr02中的至少一種材料的磨料顆粒。含有這些材料的高硬度磨料顆粒的使用能夠提高在III族氮化物晶體膜的表面的拋光過程中的拋光速率。對于低硬度磨料顆粒沒有特別限制，只要磨料顆粒的硬度低于或等于所要拋光的III族氮化物晶體膜的硬度就行。低硬度磨料顆粒優(yōu)選含有選自Si02、Ce02、Ti02、MgO、Mn02、Fe203、Fe304、Ni0、Zn0、CoO、Co304、Sn02、CuO、Cu20、Ge02、CaO、Ga203和ln203中的至少一種材料的磨料顆粒。含有這些材料的低硬度磨料顆粒的使用能夠改進(jìn)由III族氮化物晶體膜的拋光所形成的表面的質(zhì)量。短語"表面質(zhì)量改進(jìn)"指表面粗糙度下降和/或受影響層的厚度下降。另一方面，短語"表面質(zhì)量下降"指表面粗糙度提高和/或受影響層的厚度增大。磨料顆粒不限于含有單種金屬元素的氧化物并且可以是含有兩種或多種金屬元素的氧化物(例如，具有鐵氧體、鈣鈦礦、尖晶石或鈦鐵礦的結(jié)構(gòu)的氧化物)。氮化物如A1N，GaN和InN;碳氧化物如CaC03和BaC03，金屬如Fe，Cu，Ti和Ni;和碳(具體地說，炭黑，碳納米管，C60等)也可使用。在根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物晶體膜的表面處理的方法中，III族氮化物晶體膜的表面能夠機(jī)械研磨或機(jī)械打磨，然后III族氮化物晶體膜的機(jī)械研磨或機(jī)械打磨表面可進(jìn)行拋光。通過在拋光前結(jié)合機(jī)械研磨或機(jī)械打磨，III族氮化物晶體膜的表面的拋光速率能夠提高并能夠形成具有薄的受影響層的一種III族氮化物晶體膜的令人滿意質(zhì)量的光滑表面?，F(xiàn)在描述機(jī)械研磨。例如參見圖2，用粘結(jié)劑粘結(jié)磨料顆粒所生產(chǎn)的研磨輪22移動(dòng)至III族氮化物晶體膜1的表面上，該膜固定到晶體夾持器21上并沿著旋轉(zhuǎn)軸21c旋轉(zhuǎn)，同時(shí)固定于研磨輪底座23上的研磨輪22沿著旋轉(zhuǎn)軸23c旋轉(zhuǎn)。因此，在研磨的同時(shí)，III族氮化物晶體膜1的表面變光滑?，F(xiàn)在描述機(jī)械打磨。例如，參見圖3，通過分散磨料顆粒36所制備的淤漿37從淤漿進(jìn)料口39供應(yīng)到面板35上，同時(shí)面板35沿著旋轉(zhuǎn)軸35c旋轉(zhuǎn)。另外，將砝碼34放置在固定III族氮化物晶體膜1的晶體夾持器31上。III族氮化物晶體膜1壓在面板35上，同時(shí)III族氮化物晶體膜1與晶體夾持器31和砝碼34—起沿著旋轉(zhuǎn)軸31c旋轉(zhuǎn)。因此，III族氮化物晶體膜1的表面變光滑。在機(jī)械打磨中，不使用通過分散磨料顆粒所制備的淤漿，雖然在圖中沒有顯示，但是通過用粘結(jié)劑粘結(jié)磨料顆粒所制造的上述研磨輪可以在研磨輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)被壓在III族氮化物晶體膜上，由此將III族氮化物晶體膜的表面拋光。在根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物晶體膜的表面處理的方法中，參見圖l，在III族氮化物晶體膜1的拋光之后受影響層la的厚度優(yōu)選是50nm或更低。當(dāng)在III族氮化物晶體膜的拋光之后受影響層的厚度是50nm或更低時(shí)，能夠在III族氮化物晶體膜上形成具有滿意形態(tài)和結(jié)晶度的外延層(它指由晶膜外延法形成的層，下文也如此)。從這一點(diǎn)考慮，受影響層的厚度更優(yōu)選是lOnm或更低。這里，術(shù)語"滿意結(jié)晶度"指與其中粒度的分布和/或平面方向的位移的分布相對于在晶體中各晶格而言是小的理想晶體結(jié)構(gòu)接近的狀態(tài)。例如，在X-射線衍射中搖擺曲線的半寬越小，結(jié)晶度越好。在根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物晶體膜的表面處理方法中，在III族氮化物晶體膜的拋光之后表面粗糙度Ry優(yōu)選是5nm或更低。在本發(fā)明中，術(shù)語"表面粗糙度Ry"指下面給出的意義。作為參考面積從在平均表面的方向上的粗糙度曲面中抽取了lOym平方的面積(10mX10m=100m2，下文也相同)。從所抽取部分的平均表面到最高點(diǎn)的高度與7從平均表面到最低點(diǎn)的深度的總和被稱作表面粗糙度Ry。當(dāng)在III族氮化物晶體膜的拋光之后表面粗糙度Ry是5nm或更低時(shí)，能夠在III族氮化物晶體膜上形成具有滿意形態(tài)和結(jié)晶度的外延層。從這一點(diǎn)考慮，表面粗糙度Ry更優(yōu)選是lnm或更低。在根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物晶體膜的表面處理的方法中，在III族氮化物晶體膜的拋光之后表面粗糙度Ra優(yōu)選是0.5nm或更低。在本發(fā)明中，術(shù)語"表面粗糙度Ra"指下面給出的意義。作為參考面積從在平均表面的方向上的粗糙度曲面中抽取了lOym平方的面積。通過將從平均表面到所抽取部分的測量曲面之間的偏差的各絕對值相加并利用參考面積將該總和值平均值化所計(jì)算的值被稱作表面粗糙度Ra。當(dāng)在III族氮化物晶體膜的拋光之后表面粗糙度Ra是0.5nm或更低時(shí)，能夠在III族氮化物晶體膜上形成具有滿意形態(tài)和結(jié)晶度的外延層。從這一點(diǎn)考慮，表面粗糙度Ra更優(yōu)選是O.lnm或更低。在根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物晶體膜的表面處理的方法中，在III族氮化物晶體膜的拋光之后表面氧化層的厚度優(yōu)選是3nm或更低。表面氧化層的厚度能夠通過橢圓光度法，X-射線光電子譜法(XPS)，Auger電子譜法(AES)，Rutherford背散射譜法(RBS)等來分析。當(dāng)在III族氮化物晶體膜的拋光之后表面氧化層的厚度是3nm或更低時(shí)，能夠在ni族氮化物晶體膜上形成具有滿意形態(tài)和結(jié)晶度的外延層。從這一點(diǎn)考慮，表面氧化層的厚度優(yōu)選是2nm或更低?？紤]在拋光之后在III族氮化物晶體膜的表面上的雜質(zhì)含量，優(yōu)選地，各具有19或19以上的原子數(shù)的元素原子的含量是lX10"原子/cn^或更低，以及除氧(0)和碳(C)以外的各具有1-18的原子數(shù)的元素原子的含量是1X1014原子/cm2或更低。0原子和C原子的含量中的每一個(gè)優(yōu)選是相對于在III族氮化物晶體膜的表面上存在的全部元素的原子而言的40原子％或更低。在III族氮化物晶體膜的表面上III族元素原子和氮(N)原子的含量中的每一個(gè)優(yōu)選是相對于在III族氮化物晶體膜的表面上存在的III族元素原子和N原子的總和而言的40-60原子％。各具有19或19以上的原子數(shù)的元素原子的含量和除0和C以外的各具有1-18以上的原子數(shù)的元素原子的含量能夠通過反射X-射線熒光譜(TXRF)來分析。0原子，C原子、N原子和III族元素原子的含量能夠通過XPS、AES等來分析。當(dāng)III族氮化物晶體膜的表面具有以上化學(xué)組成時(shí)，能夠在III族氮化物晶體膜上形成具有滿意形態(tài)和結(jié)晶度的外延層。在根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物晶體膜的表面處理的方法中，在拋光之后III族氮化物晶體膜優(yōu)選進(jìn)行熱退火。這一熱退火能夠進(jìn)一步降低在拋光之后III族氮化物晶體膜的表面粗糙度Ry和表面粗糙度Ra。熱退火優(yōu)選是在約900°C-1，IO(TC下在非氧化性氣氛中，更優(yōu)選在還原性氣氛(具體地說，在N2氣體氛圍，朋3氣體氛圍，H2氣體氛圍等)中進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物晶體基材是通過III族氮化物晶體膜的上述表面處理方法所生產(chǎn)的III族氮化物晶體基材。由該表面處理方法生產(chǎn)的III族氮化物晶體基材不具有受影響層或如果基材具有受影響層，受影響層的厚度是小的。因此，因?yàn)榛牡谋砻孀児饣?，能夠在其上面形成具有滿意形態(tài)和結(jié)晶度的外延層。具體地說，根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物晶體基材是通過如下制造的加工由各種方法中的任何一種所生長的III族氮化物晶體膜以形成根據(jù)需要來定的周邊形狀，在預(yù)定平面平行的方向上裁切該膜，由上述方法機(jī)械研磨或機(jī)械打磨該膜，和由上述方法拋光該膜的表面。用于生長III族氮化物晶體膜的方法沒有特別限制。為了有效地生長出大塊的III族氮化物晶體膜，優(yōu)選使用蒸氣相生長方法如鹵化物或氫化物蒸氣相外延生長(HVPE)方法或升華方法，或液相生長方法如助熔劑法。例如，對于GaN晶體膜的生長，優(yōu)選使用HVPE方法，助熔劑法等，而對于A1N晶體膜的生長，優(yōu)選使用HVPE方法，升華方法等。根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物晶體基材具有l(wèi)nm或更低的表面粗糙度Ry。通過使用III族氮化物晶體膜的以上表面處理方法，能夠生產(chǎn)出具有極其平整表面(表面粗糙度Ry為lnm或更低，迄今還未實(shí)現(xiàn))的III族氮化物晶體基材。能夠在這一III族氮化物晶體基材上形成具有極其令人滿意的形態(tài)的外延層。根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物晶體基材具有O.lnm或更低的表面粗糙度Ra。通過使用III族氮化物晶體膜的以上表面處理方法，能夠生產(chǎn)出具有極其平整表面(表面粗糙度Ra為0.lnm或更低，迄今還未實(shí)現(xiàn))的III族氮化物晶體基材。能夠在這一III族氮化物晶體基材上形成具有極其令人滿意的形態(tài)的外延層。III族氮化物晶體基材的主平面優(yōu)選平行于在纖鋅礦結(jié)構(gòu)中的C-平面，A-平面，R-平面，M-平面和S-平面中的任何平面。這里C-平面指{0001}平面和{000-1}平面，A-平面指{11-20}平面和其等同平面，R-平面指{01-12}平面和其等同平面，M-平面指{10-10}平面和其等同平面，和S-平面指{10-11)平面和其等同平面。當(dāng)III族氮化物晶體基材的主平面平行于或基本上平行于在纖鋅礦結(jié)構(gòu)中的上述平面中的任何一個(gè)平面(例如，由III族氮化物晶體基材的主平面與在纖鋅礦結(jié)構(gòu)中的C-平面，A-平面，R-平面，M-平面和S-平面中的任何平面所形成的斜角是低于0.05。)時(shí)，能夠容易地在III族氮化物晶體基材上形成具有滿意的形態(tài)和結(jié)晶度的外延層。由III族氮化物晶體基材的主平面與在纖鋅礦結(jié)構(gòu)中的C-平面，A-平面，R-平面，M-平面和S-平面中的任何平面所形成的斜角優(yōu)選是0.05。-15°。當(dāng)提供0.05°或更大的斜角時(shí)，在III族氮化物晶體基材上形成的外延層的缺陷會(huì)減少。然而，當(dāng)斜角超過15°時(shí)，將容易地在外延層上形成階梯狀層次。為此，斜角更優(yōu)選是O.1°-10°。根據(jù)本發(fā)明的具有外延層的III族氮化物晶體基材包括由外延生長法在以上III族氮化物晶體基材上形成的至少一層III族氮化物層。上述III族氮化物晶體基材不具有受影響層或如果基材具有受影響層，則受影響層的厚度是小的。因此，因?yàn)榛牡谋砻媸瞧矫婊模赏庋由L法所形成的III族氮化物層具有滿意的形態(tài)。對III族氮化物層沒有特別限制，它的例子是GAlylrvx—yN層(0《x，O《y，和x+y《1)。對于由外延生長法形成III族氮化物層的方法也沒有特別限制。它的優(yōu)選例子包括HVPE方法，分子束外延(MBE)方法，和金屬有機(jī)化學(xué)蒸氣沉積(MOCVD)方法。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)備包括III族氮化物晶體基材。上述III族氮化物晶體基材不具有受影響層或如果基材具有受影響層，則受影響層的厚度是小的。因此，因?yàn)榛牡谋砻嬉哑矫婊?，在這一III族氮化物晶體基材上形成了具有滿意形態(tài)和結(jié)晶度的外延層，因此形成了具有滿意質(zhì)量的半導(dǎo)體設(shè)備。本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)備的例子包括發(fā)光設(shè)備如發(fā)光二極管和激光二極管；電子設(shè)備，如矯正器，雙極晶體管，場效應(yīng)晶體管，和高電子遷移性晶體管(HEMT);半導(dǎo)體傳感器，如溫度傳感器，壓力傳感器，輻射傳感器，和可見-紫外光檢測器；和表面聲波(SAW)設(shè)備。參見圖4，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)備是包括上述III族氮化物晶體基材410的半導(dǎo)9體設(shè)備400。半導(dǎo)體設(shè)備400包括發(fā)光元件和導(dǎo)電體482。發(fā)光元件包括III族氮化物晶體基材410;具有至少三個(gè)子層的半導(dǎo)體層450，該半導(dǎo)體層450是由外延生長法在III族氮化物晶體基材410的主平面上形成的；在III族氮化物晶體基材410的另一個(gè)主平面上形成的第一電極461;和在半導(dǎo)體層450的最外半導(dǎo)體子層上形成的第二電極462。在發(fā)光元件中，與ni族氮化物晶體基材4io靠近的面用作發(fā)光面和與最外半導(dǎo)體子層靠近的面用作裝配面。半導(dǎo)體層450包括p-型半導(dǎo)體子層430，n-型半導(dǎo)體子層420，和位于p-型半導(dǎo)體子層430和n-型半導(dǎo)體子層420之間的發(fā)光子層440。這一結(jié)構(gòu)提供了半導(dǎo)體設(shè)備，其中與所述III族氮化物晶體基材靠近的面用作發(fā)光面。與其中靠近半導(dǎo)體層的面用作發(fā)光面的半導(dǎo)體設(shè)備相比，這一半導(dǎo)體設(shè)備對于在發(fā)光子層中產(chǎn)生的熱量的熱耗散效果是優(yōu)異的。所以，甚至當(dāng)半導(dǎo)體設(shè)備在較高電功率下操作時(shí)，半導(dǎo)體設(shè)備中的溫度升高能夠得到抑制，得到高發(fā)光度的光發(fā)射。此外，絕緣基材如藍(lán)寶石基材必須具有單側(cè)電極結(jié)構(gòu)，其中在半導(dǎo)體層上形成兩種類型的電極(即n_側(cè)電極和p-側(cè)電極)。相反，本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)備能夠具有雙側(cè)電極結(jié)構(gòu)，其中電極是在半導(dǎo)體層和III族氮化物晶體基材兩者形成的，因此半導(dǎo)體設(shè)備的主平面的大部分可用作發(fā)光面。此外，這一結(jié)構(gòu)還理想的在于生產(chǎn)工藝得到簡化。例如，當(dāng)半導(dǎo)體設(shè)備已裝配時(shí)，線結(jié)合(wirebonding)僅僅進(jìn)行一次就足夠了。實(shí)施例實(shí)施例1本實(shí)施例描述了由HVPE方法生長的GaN晶體膜的表面進(jìn)行機(jī)械打磨和然后進(jìn)一步拋光的情況。(l-l)GaN晶體膜的生長通過使用50mm直徑的GaAs晶體基材作為基礎(chǔ)基材由HVPE方法生產(chǎn)出GaN晶體膜。將容納了金屬Ga的舟皿裝入到在常壓下的反應(yīng)爐中并加熱至80(TC。將HCl氣體和載氣(H2氣體)的混合氣體引入到舟皿中產(chǎn)生GaCl氣體，然后將HN3氣體和載氣(H2氣)的混合氣體引入到反應(yīng)爐中，從而讓GaCl氣和NH3氣體進(jìn)行反應(yīng)。因此，具有3mm厚度的GaN晶體膜在放置于反應(yīng)爐中的基礎(chǔ)基材(GaAs晶體基材)上生長。在這一步驟中，GaN晶體膜的生長溫度是105(TC，在反應(yīng)爐中HC1氣體的分壓是2kPa，和NH3氣體的分壓是30kPa。(1-2)GaN晶體基材的表面的機(jī)械打磨由以上HVPE方法制備的GaN晶體膜在與(0001)平面(它是晶體生長平面)平行的平面方向上進(jìn)行裁切，以制備具有50mm直徑和0.5mm厚度的GaN晶體基材。參見圖3，GaN晶體基材(III族氮化物晶體膜l)的N-平面?zhèn)鹊腃-平面((000-1)平面)用蠟粘結(jié)于陶瓷晶體夾持器31上。將直徑300mm的面板35放置于打磨機(jī)(未顯示)上。面板35沿著旋轉(zhuǎn)軸35c旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過分散金剛石磨料顆粒36所制備的淤漿37從淤漿進(jìn)料口39提供到面板35上。另外，GaN晶體基材(III族氮化物晶體膜1)沿著晶體夾持器31的旋轉(zhuǎn)軸31c旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)通過將砝碼34放置于晶體夾持器31上而被壓在面板35上。因此，GaN晶體基材的表面(Ga平面?zhèn)鹊腃-平面，(0001)平面)進(jìn)行機(jī)械打磨。銅面板或錫面板用作面板35。制備具有6ym、3i!m和lym的粒度的三種類型的金剛石磨料顆粒。隨著機(jī)械打磨的進(jìn)行，磨料粒度逐步減少。打磨壓力是100-500g/cm2。GaN晶體基材(III族氮化物晶體膜l)和面板35的旋轉(zhuǎn)速度是30-100rpm。這一機(jī)械打磨提供了具有鏡面修飾表面的GaN晶體基材。在基材機(jī)械打磨之后，GaN晶體基材的受影響層的厚度是380nm，表面粗糙度Ry是10nm，和表面粗糙度Ra是lnm。(l-3)GaN晶體基材的表面的拋光參見圖l，在機(jī)械打磨之后GaN晶體基材(III族氮化物晶體膜1)的N平面?zhèn)鹊腃-平面((OOO-l)平面)用蠟粘結(jié)于陶瓷晶體夾持器ll上。將拋光墊18放置于位于拋光機(jī)(未顯示)上的直徑300mm的面板15上。拋光墊18沿著旋轉(zhuǎn)軸15c旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過分散磨料顆粒16所制備的拋光液17從拋光液進(jìn)料口19供應(yīng)到拋光墊18上。另夕卜，GaN晶體基材(III族氮化物晶體膜1)沿著晶體夾持器11的旋轉(zhuǎn)軸llc旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)通過將砝碼14放置于晶體夾持器11上而被壓在拋光墊18上。因此，GaN晶體的表面(Ga平面?zhèn)鹊腃-平面，(0001)平面)被拋光。在這一步驟中，含有具有O.lym的粒度和用作磨料顆粒16的膠體硅石(Si02)以及用作氧化劑的二氯異氰脲酸鈉(下面稱作Na-DCIA)的碳酸鈉水溶液用作拋光液17。拋光液17的pH被調(diào)節(jié)至9.5和氧化-還原電位被調(diào)節(jié)至980mV。聚氨酯絨面墊(SupremeRN-R，由NittaHaasIncorporated制造)用作拋光墊18。不銹鋼面板用作面板15。拋光壓力是200-1000g/cm2。GaN晶體基材(III族氮化物晶體膜1)和拋光墊18的旋轉(zhuǎn)速度是20-90rpm。拋光時(shí)間是60分鐘。在這一拋光中的拋光速率是0.4m/hr。在拋光之后，GaN晶體膜的受影響層的厚度是8nm，GaN晶體膜的表面粗糙度Ry是1.8nm，和表面粗糙度Ra是0.15nm。通過用透射電子顯微鏡(TEM)觀察在劈裂平面中截取的晶體膜的截面來評價(jià)GaN晶體膜的受影響層的厚度。通過用原子力顯微鏡(AFM)觀察GaN晶體基材的10ym平方面積來評價(jià)GaN晶體膜的表面粗糙度Ry和表面粗糙度Ra。受影響層指晶格變得無序的層，該層是通過晶體膜的表面的研磨、打磨或拋光在晶體膜的表面上形成的。受影響層的存在和厚度能夠由TEM觀察來確定。在拋光之后GaN晶體膜的表面氧化層的厚度是lnm。在這一GaN晶體膜的表面上Ga原子和N原子的含量分別是50原子％和50原子％。表面氧化層的厚度和Ga原子和N原子的含量是由XPS評價(jià)的。(l-4)GaN晶體基材的熱退火將拋光后的GaN晶體基材放置于MOCVD裝置中并加熱至l，OO(TC，同時(shí)供應(yīng)lslm(術(shù)語"slm"指流速單位，其中每分鐘流過了1L的處于常態(tài)下的氣體，下同)的NH3氣體。溫度然后在l，OO(TC下保持IO分鐘，與此同時(shí)，供應(yīng)O.5-5slm的NH3氣體，從而進(jìn)行GaN晶體基材的熱退火。(1-5)在GaN晶體基材上外延層的形成。在以上MOCVD裝置中，以100ymol/min的流速經(jīng)60分鐘將三甲基鎵(TMG，下同)供應(yīng)到在l，OO(TC下熱退火之后的GaN晶體基材上。因此，在GaN晶體基材上形成了作為外延層的具有2m的厚度的GaN層。外延層的表面是具有1.4nm的表面粗糙度Ry和0.12nm的表面粗糙度Ra的鏡面修飾表面。表I總結(jié)了結(jié)果。對比實(shí)施例1進(jìn)行GaN晶體基材的表面處理并與實(shí)施例1中同樣地形成外延層，只是含有粒度為0.1m和用作磨料顆粒16的膠體硅石(Si02)的水溶液用作拋光液17，其中pH調(diào)節(jié)至7.3和氧化還原電位調(diào)節(jié)到450mV。拋光速率是0ym/hr，因此不進(jìn)行拋光。在拋光之后，GaN晶體膜的受影響層的厚度是380nm。在拋光之后GaN晶體膜的表面粗糙度Ry是12nm，和表面粗糙度Ra是0.91nm。在GaN晶體基材上形成的外延層起霧。外延層的表面粗糙度Ry超過100nm和表面粗糙度Ra超過10nm，表I總結(jié)了結(jié)果。對比實(shí)施例2進(jìn)行GaN晶體基材的表面處理并與實(shí)施例1中同樣地形成外延層，只是含有粒度為O.lym且用作磨料顆粒16的膠體硅石(Si02)的碳酸鈉水溶液用作拋光液17，其中pH調(diào)節(jié)至8.9和氧化還原電位調(diào)節(jié)到460mV。拋光速率是0ym/hr，因此不進(jìn)行拋光。在拋光之后，GaN晶體膜的受影響層的厚度是380nm。在拋光之后GaN晶體膜的表面粗糙度Ry是8.4nm，和表面粗糙度Ra是0.71nm。在GaN晶體基材上形成的外延層起霧。外延層的表面粗糙度Ry超過lOOnm和表面粗糙度Ra超過lOnm。表I總結(jié)了結(jié)果。實(shí)施例2進(jìn)行GaN晶體基材的表面處理并與實(shí)施例1中同樣地形成外延層，只是含有粒度為0.lym和用作磨料顆粒16的膠體硅石(Si02)以及含有用作氧化劑的三氯異氰脲酸(下面稱作TCIA)的硝酸水溶液用作拋光液17，其中pH調(diào)節(jié)至2.4和氧化還原電位調(diào)節(jié)到1420mV。表I總結(jié)了結(jié)果。實(shí)施例3-5進(jìn)行GaN晶體基材的表面處理并與實(shí)施例1中同樣地形成外延層，只是含有用作磨料顆粒16的八1203顆粒以及含有用作氧化劑的TCIA的硝酸水溶液用作拋光液17，其中pH調(diào)節(jié)至3.5和氧化還原電位調(diào)節(jié)到1，200mV。使用具有0.5ym(實(shí)施例3)，1.0ym(實(shí)施例4)或2.0ym(實(shí)施例5)的粒度的磨料顆粒16。表I總結(jié)了結(jié)果。實(shí)施例6進(jìn)行GaN晶體基材的表面處理并與實(shí)施例1中同樣地形成外延層，只是含有A1203顆粒(高硬度磨料顆粒)和膠體硅石(Si02)(低硬度磨料顆粒)(兩者都用作磨料顆粒16，按照ai^3:sio2=io:90比率)以及含有用作氧化劑的tcia的酒石酸水溶液用作拋光液17，其中pH調(diào)節(jié)至3.5和氧化還原電位調(diào)節(jié)到1，200mV。所使用的A1203磨料顆粒具有0.5m的粒度，和所使用的Si02磨料顆粒具有0.1m的粒度。表I總結(jié)了結(jié)果。對比實(shí)施例3按照實(shí)施例1中同樣的方法對GaN晶體基材進(jìn)行機(jī)械打磨。隨后，代替拋光，用平行板型反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)裝置進(jìn)行干刻蝕。通過使用含有C^氣體和Ar氣體的混合氣體(Cl2氣體流速25sccm，Ar氣體流速25sccm(術(shù)語"sccm"指流速單位，其中每分鐘流過了lcm3的在常態(tài)下的氣體，下同))作為刻蝕氣體，在3.99Pa(30mTorr)的壓力下和以200W的功率進(jìn)行干刻蝕15分鐘。表I總結(jié)了結(jié)果。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>行拋光，獲得了具有薄的受影響層的GaN晶體膜的滿意質(zhì)量光滑表面和有滿意形態(tài)和晶體質(zhì)量的外延層。當(dāng)?shù)陀捕饶チ项w粒(Si02)用作在拋光液中所含的磨料顆粒時(shí)，受影響層的厚度能夠減少。當(dāng)使用高硬度磨料顆粒(A1203)時(shí)，拋光速率能夠提高。此外，通過使用具有1.0ym或更低的粒度的高硬度磨料顆粒，受影響層的厚度能夠減少至50nm或更低。通過使用含有高硬度磨料顆粒和低硬度磨料顆粒的混合磨料顆粒時(shí)，在保持高拋光速率的同時(shí)受影響層的厚度能夠減少。另一方面，在干刻蝕法如RIE中，雖然受影響層能夠在短時(shí)間中除去，但是，GaN晶體膜的表面的形態(tài)會(huì)變劣(GaN晶體膜的表面粗糙度Ry和表面粗糙度Ra會(huì)提高)，和外延層的表面的形態(tài)也變劣(外延層的表面粗糙度Ry和表面粗糙度Ra也會(huì)提高)。實(shí)施例7-10實(shí)施例7-10描述了由助熔劑法生長的GaN晶體膜的表面進(jìn)行機(jī)械打磨和然后進(jìn)一步拋光的情況。(2-l)GaN晶體膜的生長通過使用由HVPE方法制備的50mm直徑的GaN晶體基材作為基礎(chǔ)基材，由助熔劑法生長GaN晶體膜。將用作Ga原料的金屬Ga和用作助熔劑的金屬Na加入到坩堝中使得Ga:Na的比率是l:1摩爾比，并在80(TC下加熱以制備Ga-Na熔體。將處于5MPa下的用作N原料的氮?dú)馊芙庠贕a-Na熔體中以生長出具有0.6mm厚度的GaN晶體膜。因此，按照同樣的方式制備GaN晶體膜。(2-2)GaN晶體基材的表面的機(jī)械打磨由助熔劑法制備的GaN晶體膜的每一種通過切削或類似方法進(jìn)行加工，以使平行于(0001)平面的、屬于晶體生長平面的平面作為表面。因此，制備了具有50mm的直徑和0.4mm的厚度的GaN晶體基材。與實(shí)施例1中同樣地進(jìn)行GaN晶體基材的機(jī)械打磨。(2-3)GaN晶體基材的表面的拋光在機(jī)械打磨之后各GaN晶體基材的表面按照與實(shí)施例1中同樣的方法進(jìn)行拋光，只是拋光液的pH和氧化-還原電位，添加到拋光液中的氧化劑，高硬度磨料顆粒和低硬度磨料顆粒按照表II中所示進(jìn)行改變。(2-4)GaN晶體基材的熱退火將在拋光之后的GaN晶體基材中的每一種放入到MOCVD裝置中，和按照與實(shí)施例1中同樣的方式進(jìn)行GaN晶體基材的熱退火。(2-5)在GaN晶體基材上外延層的形成在MOCVD裝置中，與實(shí)施例1中同樣地在各GaN晶體基材上形成作為外延層的具有2iim厚度的GaN層。表II總結(jié)了結(jié)果。表II<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>附注)TCIA:三氯異氰脲酸從表II中可以清楚地看出，通過使用具有至多4或至少10的pH的拋光液，與pH為8的拋光液相比，拋光速率提高了1.3倍或更多倍。此外，通過使用具有至多2的pH的拋光液，拋光速率能夠提高1.8倍或更高倍。實(shí)施例11-17實(shí)施例11-17描述了由HVPE法生長的GaN晶體膜的表面進(jìn)行機(jī)械研磨和然后進(jìn)一步拋光的情況。(3-l)GaN晶體膜的生長首先，按照與實(shí)施例1中同樣的方法，由HVPE方法生長GaN晶體膜。(3-2)GaN晶體基材的表面的機(jī)械研磨由HVPE法制備的GaN晶體膜的每一種在平行于(0001)平面(屬于晶體生長平面)的平面方向上進(jìn)行裁切，因此制備了具有50mm的直徑和0.6mm的厚度的GaN晶體基材。參見圖2，GaN晶體基材的N-平面?zhèn)鹊腃-平面((000-1)平面)(III族氮化物晶體膜1)用蠟粘結(jié)于陶瓷晶體夾持器21上。使用進(jìn)輪式(infeed)研磨機(jī)。環(huán)形玻璃化粘結(jié)金剛石研磨輪(80mm外徑和5mm寬度)用作研磨輪22。將GaN晶體基材(III族氮化物晶體膜1)固定于晶體夾持器21上并沿著旋轉(zhuǎn)軸21c旋轉(zhuǎn)。另外，研磨輪22移動(dòng)至GaN晶體膜的表面，與此同時(shí)固定于研磨輪基座23上的研磨輪22繞著旋轉(zhuǎn)軸23c旋轉(zhuǎn)。因此，GaN晶體基材的表面(Ga平面?zhèn)鹊腃-平面，(0001)平面)進(jìn)行機(jī)械研磨。制備具有15iim，5iim，3iim和l踐的粒度的四種類型的金剛石研磨輪。隨著機(jī)械研磨的進(jìn)行，磨料顆粒的粒度逐步減少。這一機(jī)械研磨提供了具有鏡面修飾表面的GaN晶體基材。(3-3)GaN晶體基材的表面的拋光在機(jī)械研磨之后各GaN晶體基材的表面按照與實(shí)施例1中同樣的方法進(jìn)行拋光，只是拋光液的pH和氧化-還原電位，添加到拋光液中的氧化劑，高硬度磨料顆粒和低硬度磨料顆粒按照表III中所示進(jìn)行改變。高硬度磨料顆粒的硬度的順序是SiC>A1203>Cr203>Zr02。(3-4)GaN晶體基材的熱退火將在拋光之后的GaN晶體基材中的每一種放入到MOCVD裝置中，和按照與實(shí)施例1中同樣的方式進(jìn)行GaN晶體基材的熱退火。(3-5)在GaN晶體基材上外延層的形成在MOCVD裝置中，與實(shí)施例1中同樣地在各GaN晶體基材上形成作為外延層的具有2iim厚度的GaN層。表III總結(jié)了結(jié)果。16<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>從表III中可以清楚地看出，使用含有各種高硬度磨料顆粒和低硬度磨料顆粒的混合物的拋光液所進(jìn)行的拋光也能夠?qū)崿F(xiàn)一種表面處理，它以高拋光速率提供GaN晶體膜的表面的滿意形態(tài)。在這些實(shí)施例中，隨著高硬度磨料顆粒的硬度下降或隨著高硬度磨料顆粒的粒度下降，GaN晶體膜的受影響層的厚度，表面粗糙度Ry，和表面粗糙度Ra也會(huì)下降，因此改進(jìn)了GaN晶體基材的表面質(zhì)量。在GaN晶體基材的表面的形態(tài)上的改進(jìn)也改進(jìn)了在GaN晶體基材上形成的外延層的形態(tài)。實(shí)施例18-23在實(shí)施例18-23中，由HVPE方法(4_1)生長的GaN晶體膜在各平面方向上裁切以制備GaN晶體基材。隨后，GaN晶體基材中的每一個(gè)與實(shí)施例1(4-2)中同樣地進(jìn)行機(jī)械打磨，并且在表IV中所示的條件下進(jìn)一步進(jìn)行拋光。表IV總結(jié)了結(jié)果。從表IV可以清楚看出，通過本發(fā)明的拋光，能夠以高拋光速率提供GaN晶體膜的表面的滿意高質(zhì)量的表面處理可以在GaN晶體基材的任何主平面中進(jìn)行，即C-平面，A-平<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>面，R-平面，M-平面和S-平面。從表IV中可以清楚地看出，具有較高拋光速率的平面的順序是C平面(N平面?zhèn)?>A-平面>M-平面>S-平面>R-平面>C平面(Ga平面?zhèn)?。實(shí)施例24-30實(shí)施例24-30描述了由升華方法生長的AIN晶體膜的表面進(jìn)行機(jī)械打磨和隨后進(jìn)一步拋光的情況。(5-l)AlN晶體膜的生長按以下方法，利用升華方法在A1N種子晶體(50mm直徑X1.5mm厚度)的Al平面?zhèn)鹊腃-平面((OOOl)平面)上生長A1N晶體膜。首先，將AIN原料如AIN粉末放置于BN坩堝的底部和將AIN種子晶體放置于內(nèi)徑50mm的坩堝的上部分中。然后升高坩堝中的溫度，同時(shí)在坩堝周圍提供K氣體。在坩堝的內(nèi)部溫度升高過程中，與AIN種子晶體靠近的坩堝的溫度被控制到高于與AIN原料靠近的坩堝的溫度。因此，通過在溫度升高過程中刻蝕來清潔A1N種子晶體的表面，以及在溫度升高過程中從AIN種子晶體和坩堝內(nèi)部散發(fā)出的雜質(zhì)通過在坩堝上提供的出口被除去。隨后，與A1N種子晶體靠近的坩堝的溫度控制到2，IO(TC和與AIN原料靠近的坩堝的溫度被控制到2，150°C，以使A1N從A1N原料中升華。升華的AIN再次在位于坩堝的上部分上的A1N種子晶體上固化，因此生長出AIN晶體膜。在AIN晶體膜的生長過程中，^氣體在坩堝周圍連續(xù)流過以及^氣體的流速加以控制，以使在坩堝周圍的氣體的分壓是約101.3-1013hPa。A1N晶體膜在以上晶體生長條件下生長50小時(shí)。因此按照同樣方式制備A1N晶體膜。(5-2)AIN晶體基材的表面的機(jī)械打磨由升華法制備的AIN晶體膜的每一種在平行于AIN種子晶體的(0001)平面(其為晶體生長平面)的平面方向上進(jìn)行裁切，以制備具有50mm的直徑和0.6mm的厚度的AIN晶體基材。按照與實(shí)施例1中同樣的方法進(jìn)行AIN晶體基材的機(jī)械打磨。(5-3)AlN晶體基材的表面的拋光在機(jī)械打磨之后各AIN晶體基材的表面按照與實(shí)施例1中同樣的方法進(jìn)行拋光，只是拋光液的pH和氧化-還原電位，添加到拋光液中的氧化劑，高硬度磨料顆粒和低硬度磨料顆粒按照表V中所示進(jìn)行改變。(5-4)AlN晶體基材的熱退火將在拋光之后的AIN晶體基材中的每一種放入到MOCVD裝置中，和按照與實(shí)施例1中同樣的方式進(jìn)行AIN晶體基材的熱退火。(5-5)在AIN晶體基材上外延層的形成在上述MOCVD裝置中，在1，OO(TC下熱退火之后的AIN晶體基材的每一個(gè)上以2slm的流速供應(yīng)TMG氣體達(dá)60分鐘。因此，在每一個(gè)A1N晶體基材上形成了作為外延層的具有2ym厚度的GaN層。表V總結(jié)了結(jié)果。20從表V中可以清楚地看出，通過使用其中拋光液的pH值x和氧化_還原電位值y(mV)同時(shí)滿足y>-50x+l，000(Ex.(l))和y《_50x+l，900(Ex.(2))的關(guān)系的拋光液進(jìn)籙髮贓^^川"暴籙瞎贓咪^:::"VI3aAN(坊窓<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>行拋光，獲得了具有薄的受影響層的A1N晶體膜的滿意質(zhì)量光滑表面，和有滿意形態(tài)和晶體質(zhì)量的外延層。實(shí)施例31在由HVPE法生長GaN晶體膜的過程中通過將Si摻雜到GaN晶體中來制備n_型GaN晶體膜。所制備的n-型GaN晶體膜與實(shí)施例1中同樣地進(jìn)行機(jī)械打磨，然后與實(shí)施例6中同樣地拋光，制備n-型GaN晶體基材。隨后，參見圖4，在n-型GaN晶體基材(III族氮化物晶體基材410)的主平面上，由M0CVD方法順序地形成了具有l(wèi)iim厚度的n-型GaN子層421(摻雜劑Si)和具有150nm的厚度的n-型Al。.^a^N子層422(摻雜劑Si)，兩者都用作n_型半導(dǎo)體子層420，發(fā)光子層440，和具有20nm的厚度的p-型Al。.2Ga。.8N子層431(摻雜劑:Mg)和具有150nm的厚度的p-型GaN子層432(摻雜劑Mg)，兩者都用作p_型半導(dǎo)體子層430。因此，制備了用作半導(dǎo)體設(shè)備的發(fā)光元件。發(fā)光子層440具有多量子井(multiple-quantumiell)結(jié)構(gòu)，其中交替層壓了各由lOnm厚度的GaN層組成的四個(gè)阻隔子層和各由3nm厚度的Ga。.85In。.15N層組成的三個(gè)井層。隨后，在n-型GaN晶體基材的另一個(gè)主平面上，作為第一電極461而形成了層壓的結(jié)構(gòu)，后者包括200nm厚度的Ti層，1，OOOnm厚度的Al層，200nm厚度的Ti層，和2，OOOnm厚度的Au層。第一電極461在氮?dú)夥罩屑訜嵝纬?00ym直徑的n-側(cè)電極。另一方面，在p-型GaN子層432上，作為第二電極462而形成了包括4nm厚度的Ni層和4nm厚度的Au層的層壓結(jié)構(gòu)。第二電極462在惰性氣體氛圍中加熱形成p-側(cè)電極。將所得層壓體切成400m平方的尺寸的芯片和用由AuSn組成的焊劑層470將p-側(cè)電極結(jié)合于導(dǎo)電體482上。此外，用電線490將n-側(cè)電極結(jié)合于導(dǎo)電體481上。因此，獲得了用作發(fā)光設(shè)備的半導(dǎo)體設(shè)備400。因此，獲得發(fā)光設(shè)備，其中與GaN晶體基材(III族氮化物晶體基材410)靠近的面用作發(fā)光面并且靠近P-型GaN子層432(其為半導(dǎo)體層450的最外半導(dǎo)體子層)的面用作裝配在導(dǎo)電體482上的面。另外，用分光光度計(jì)測量的這一發(fā)光設(shè)備的發(fā)射光譜具有在450nm處的峰值波長。應(yīng)該理解的是，這里公開的實(shí)施方案和實(shí)施例是舉例性質(zhì)的和非限制性的。本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求而不是由前面的敘述來限定，權(quán)利要求的意義的等同概念和在該意義之內(nèi)的全部變化都意欲由權(quán)利要求所包括。權(quán)利要求一種III族氮化物晶體基材，所述基材包括厚度為50nm以下的受影響層；和厚度為3nm以下的表面氧化層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物晶體基材，其中所述基材具有0.5nm以下的表面粗糙度Ra和5nm以下的表面粗糙度Ry。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的III族氮化物晶體基材，其中所述III族氮化物晶體基材的主平面平行于在纖鋅礦結(jié)構(gòu)中的C-平面、A-平面、R-平面、M-平面和S-平面中的任何一個(gè)平面。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的III族氮化物晶體基材，其中由所述III族氮化物晶體基材的主平面和在纖鋅礦結(jié)構(gòu)中的C-平面、A-平面、R-平面、M-平面和S-平面中的任何一個(gè)平面形成的斜角為0.05。至15°。5.根據(jù)權(quán)利要求4的III族氮化物晶體基材，其中所述斜角為0.1°至10°。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的III族氮化物晶體基材，其中所述基材具有50mm的直徑。7.—種具有外延層的III族氮化物晶體基材，所述基材包括根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的III族氮化物晶體基材；禾口通過外延生長在所述III族氮化物晶體基材上形成的至少一個(gè)III族氮化物層。8.—種半導(dǎo)體設(shè)備，所述半導(dǎo)體設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的III族氮化物晶體基材。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體設(shè)備，所述半導(dǎo)體設(shè)備還包括發(fā)光元件，所述發(fā)光元件包括由通過外延生長在所述III族氮化物晶體基材的主平面上形成的三個(gè)以上的子層組成的半導(dǎo)體層、在所述III族氮化物晶體基材的另一個(gè)主平面上形成的第一電極、和在所述半導(dǎo)體層的最外半導(dǎo)體子層上形成的第二電極；禾口裝配所述發(fā)光元件的電導(dǎo)體，其中在所述發(fā)光元件中，靠近所述III族氮化物晶體基材的面用作發(fā)光面和靠近所述最外半導(dǎo)體子層的面用作裝配層，并且所述半導(dǎo)體層包括P-型半導(dǎo)體子層、n-型半導(dǎo)體子層、和在所述p-型半導(dǎo)體子層和所述n-型半導(dǎo)體子層之間形成的發(fā)光子層。全文摘要本發(fā)明提供了一種III族氮化物晶體基材，所述基材包括厚度為50nm以下的受影響層；和厚度為3nm以下的表面氧化層。本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體設(shè)備，所述半導(dǎo)體設(shè)備包括上述的III族氮化物晶體基材。本發(fā)明提供的另一種III族氮化物晶體基材除上述兩層外還包括通過外延生長在所述III族氮化物晶體基材上形成的至少一個(gè)III族氮化物層。文檔編號B24B37/00GK101792929SQ20101011102公開日2010年8月4日申請日期2006年4月26日優(yōu)先權(quán)日2005年4月26日發(fā)明者石橋惠二,西浦隆幸申請人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社