相關(guān)申請的交叉參考

本申請要求發(fā)明人橋本忠雄(tadaohashimoto)于2014年9月11日提交的標題為“用于生長第iii族氮化物晶體的襯底和其制造方法(substratesforgrowinggroupiiinitridecrystalsandtheirfabricationmethod)”的美國專利申請序列號62/049,036的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容以全文引用的方式并入本文中，如全文列出一樣。

本申請還與以下美國專利申請相關(guān)：

藤戶研二(kenjifujito)、橋本忠雄和中村修司(shujinakamura)于2005年7月8日提交的標題為“使用高壓釜在超臨界氨氣中生長第iii族氮化物晶體的方法(methodforgrowinggroupiii-nitridecrystalsinsupercriticalammoniausinganautoclave)”的pct實用專利申請序列號us2005/024239，代理人案卷號30794.0129-wo-01(2005-339-1)；

橋本忠雄、西都誠(makotosaito)和中村修司于2007年4月6日提交的標題為“在超臨界氨氣中生長較大表面積氮化鎵晶體的方法和較大表面積氮化鎵晶體”的美國實用專利申請第11/784,339號，代理人案卷號30794.179-us-u1(2006-204)，所述申請要求橋本忠雄、西都誠和中村修司于2006年4月7日提交的標題為“在超臨界氨氣中生長較大表面積氮化鎵晶體的方法和較大表面積氮化鎵晶體(amethodforgrowinglargesurfaceareagalliumnitridecrystalsinsupercriticalammoniaandlargesurfaceareagalliumnitridecrystals)”的美國臨時專利申請第60/790,310號的35u.s.c.部分119(e)的權(quán)益，代理人案卷號30794.179-us-p1(2006-204)；

橋本忠雄和中村修司于2007年9月19日提交的標題為“氮化鎵塊狀晶體和其生長方法(galliumnitridebulkcrystalsandtheirgrowthmethod)”的美國實用專利申請第60/973,602號，代理人案卷號30794.244-us-p1(2007-809-1)；

橋本忠雄于2007年10月25日提交的標題為“在超臨界氨氣與氮氣的混合物中生長第iii族氮化物晶體的方法和由此生長的第iii族氮化物晶體(methodforgrowinggroupiii-nitridecrystalsinamixtureofsupercriticalammoniaandnitrogen,andgroupiii-nitridecrystalsgrownthereby)”的美國實用專利申請第11/977,661號，代理人案卷號30794.253-us-u1(2007-774-2)；

橋本忠雄、愛德華萊特思(edwardletts)、碇正則(masanoriikari)于2008年2月25日提交的標題為“用于產(chǎn)生第iii族氮化物晶片的方法和第iii族氮化物晶片(methodforproducinggroupiii-nitridewafersandgroupiii-nitridewafers)”的美國實用專利申請第61/067,117號，代理人案卷號62158-30002.00或sixpoi-003；

愛德華萊特思、橋本忠雄、碇正則于2008年6月4日提交的標題為“通過氨熱生長，由初始第iii族氮化物晶種產(chǎn)生結(jié)晶度提高的第iii族氮化物晶體的方法(methodsforproducingimprovedcrystallinitygroupiii-nitridecrystalsfrominitialgroupiii-nitrideseedbyammonothermalgrowth)”的美國實用專利申請第61/058,900號，代理人案卷號62158-30004.00或sixpoi-002；

橋本忠雄、愛德華萊特思、碇正則于2008年6月4日提交的標題為“用于生長第iii族氮化物晶體的高壓器皿和使用高壓器皿生長第iii族氮化物晶體的方法以及第iii族氮化物晶體(high-pressurevesselforgrowinggroupiiinitridecrystalsandmethodofgrowinggroupiiinitridecrystalsusinghigh-pressurevesselandgroupiiinitridecrystal)”的美國實用專利申請第61/058,910號，代理人案卷號62158-30005.00或sixpoi-005；

橋本忠雄、碇正則、愛德華萊特思于2008年6月12日提交的標題為“用測試數(shù)據(jù)測試iii氮化物晶片和iii氮化物晶片的方法(methodfortestingiii-nitridewafersandiii-nitridewaferswithtestdata)”的美國實用專利申請第61/131,917號，代理人案卷號62158-30006.00或sixpoi-001；

橋本忠雄、碇正則、愛德華萊特思于2008年10月16日提交的標題為“用于生長第iii族氮化物晶體的反應(yīng)器設(shè)計和生長第iii族氮化物晶體的方法(reactordesignforgrowinggroupiiinitridecrystalsandmethodofgrowinggroupiiinitridecrystals)”的美國實用專利申請第61/106,110號，代理人案卷號sixpoi-004；

橋本忠雄、愛德華萊特思、西拉霍夫(sierrahoff)于2012年8月28日提交的標題為“第iii族氮化物晶片和生產(chǎn)方法(groupiiinitridewaferandproductionmethod)”的美國實用專利申請第61/694,119號，代理人案卷號sixpoi-015；

橋本忠雄、愛德華萊特思、西拉霍夫于2012年9月25日提交的標題為“生長第iii族氮化物晶體的方法(methodofgrowinggroupiiinitridecrystals)”的美國實用專利申請第61/705,540號，代理人案卷號sixpoi-014；

所述申請以全文引用的方式并入本文中，如下文全文列出一樣。

本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生第iii族氮化物半導(dǎo)體材料，如gan和aln的厚層或塊狀晶體的襯底。本發(fā)明還提供產(chǎn)生第iii族氮化物半導(dǎo)體材料的厚層或塊狀晶體的方法。第iii族氮化物的厚層或塊狀晶體用于產(chǎn)生第iii族氮化物半導(dǎo)體的晶片，如gan晶片。

背景技術(shù)：

本文檔是指如在方括號(例如[x])內(nèi)的數(shù)目指示的若干種出版物和專利。以下為這些出版物和專利的清單：

[1]r.堆林斯基(dwiliński),r.多拉金斯基(doradziński),j.蓋克金斯基(garczyński),l.賽茲普托斯基(sierzputowski),y.坎巴拉(kanbara),美國專利案第6,656,615號。

[2]r.堆林斯基,r.多拉金斯基,j.蓋克金斯基,l.賽茲普托斯基,y.坎巴拉,美國專利案第7,132,730號。

[3]r.堆林斯基,r.多拉金斯基,j.蓋克金斯基,l.賽茲普托斯基,y.坎巴拉,美國專利案第7,160,388號。

[4]k.藤戶(fujito),t.橋本(hashimoto),s.中村(nakamura),國際專利申請第pct/us2005/024239號，w007008198。

[5]t.橋本,m.西都(saito),s.中村,國際專利申請第pct/us2007/008743號，wo07117689。還參見us20070234946，2007年4月6日提交的美國申請序列號11/784,339。

[6]d'伊芙琳(evelyn)，美國專利案第7,078,731號。

[7]酒井(sakai)等人,應(yīng)用物理學(xué)快報(appliedphysicsletters)第71卷(1997)第2259頁。

本文檔中列出的參考文獻中的每一個以全文引用的方式并入本文中，如全文列出一樣，且尤其相對于其制得和使用第iii族氮化物襯底的方法的描述。

氮化鎵(gan)和其相關(guān)第iii族氮化物合金為用于各種光電子和電子裝置，如led、ld、微波功率晶體管和日盲光檢測器的關(guān)鍵材料。目前，led廣泛用于顯示器、指示器、一般照明中，且ld用于數(shù)據(jù)存儲磁盤驅(qū)動器中。然而，這些裝置中的大多數(shù)外延生長在非均相襯底，如藍寶石和碳化硅上，因為相比于這些異質(zhì)外延的襯底，gan襯底極其昂貴。第iii族氮化物的異質(zhì)外延的生長導(dǎo)致高度缺陷或甚至裂化的膜，其妨礙高端光學(xué)和電子裝置的實現(xiàn)，如用于一般照明的高亮度led或大功率微波晶體管。

為了解決由異質(zhì)外延引起的基本問題，必不可少地利用結(jié)晶第iii族氮化物。對于大多數(shù)裝置，結(jié)晶gan晶片為有利的，因為其相對易于控制晶片的導(dǎo)電率和gan晶片將提供最小晶格/與裝置層熱不匹配。然而，歸因于高溫下的高熔點和高氮氣蒸氣壓，難以生長gan晶體錠。目前，大多數(shù)可商購gan晶片通過稱為氫化物氣相外延法(hvpe)的方法產(chǎn)生。

為了獲得gan的塊狀晶體(從其中可切開gan晶片)，已研發(fā)出各種生長方法，如氨熱生長、熔化生長、高溫溶液生長。氨熱方法在超臨界氨氣中生長第iii族氮化物晶體[1-6]。熔化方法和高溫溶液生長使用第iii族金屬的熔融物。然而，這些方法典型地需要gan晶種。因為單晶gan在自然界中不存在，所以通過hvpe生長的gan晶片典型地用作晶種。

為了通過hvpe產(chǎn)生第iii族氮化物晶片，第iii族氮化物的厚層(>500微米)生長在襯底，典型地藍寶石、碳化硅、硅或砷化鎵上。隨后，通過機械打磨、激光輔助分離或化學(xué)蝕刻去除襯底。然而，這些方法需要去除襯底的額外工藝。

在結(jié)晶襯底的前側(cè)制得特定緩沖層或形成圖案的情況下，關(guān)于厚gan膜的自發(fā)分離(或自動分離、自身分離、自身分層)存在若干技術(shù)。舉例來說，在藍寶石襯底的前側(cè)的周期性sio2條帶掩模實現(xiàn)gan的選擇性生長[7]。因為gan層僅部分粘著在藍寶石襯底上，在生長后冷卻時厚gan層與襯底分層。類似地，在襯底的前側(cè)產(chǎn)生周期性溝槽導(dǎo)致所謂的懸臂支架外延，且聚結(jié)層還往往會在冷卻后分層。這些選擇性生長典型地改變位錯的傳播方向，導(dǎo)致位錯消失。然而，此導(dǎo)致gan表面上的位錯不均勻分布，其在搭接和拋光中為不利的。確切地說，化學(xué)機械拋光(cmp)利用化學(xué)作用，其對位錯敏感。位錯的不均勻分布在cmp之后導(dǎo)致高度波動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在一個例子中，本發(fā)明提供一種用于生長厚度超過0.5mm的第iii族氮化物的厚層或塊狀晶體的襯底。如藍寶石、碳化硅、石英、玻璃或氮化鎵的襯底在背面上具有凹槽，在所述背面可或可不生長第iii族氮化物晶體。

本發(fā)明還提供一種通過使用背面上具有凹槽的襯底生長第iii族氮化物的厚層或塊狀晶體的方法。優(yōu)選使用適用于主要在如hvpe的襯底的一個主面或側(cè)面上生長第iii族氮化物的厚膜或塊狀晶體的晶體生長的方法。

附圖說明

現(xiàn)參看圖式，其中相似參考數(shù)字遍及全文表示相應(yīng)部件：

圖1為從襯底邊緣觀看在背面上具有一組凹槽的襯底的示意圖。

在所述圖中，各數(shù)字表示以下各者：

1.在背面上具有凹槽的襯底，

1a.所述襯底的第一側(cè)面(正面)

1b.所述襯底的第二側(cè)面(背面)

2.凹槽，

3.所述凹槽的寬度，

4.所述凹槽的間距

5.所述凹槽的深度

6.所述襯底的厚度。

圖2為襯底的底視圖的示意圖，說明多個凹槽如何在襯底的第二側(cè)面中形成。

在所述圖中，各數(shù)字表示以下各者：

1b.所述襯底的第二側(cè)面(背面)，

2.凹槽。

圖3為有槽藍寶石襯底的背表面的顯微鏡圖像。在所述圖中，各數(shù)字表示以下各者：

1b.所述襯底的第二側(cè)面(背面)，

2.凹槽。

圖4為在藍寶石襯底的背面上制得的凹槽表面的顯微鏡圖像。在所述圖中，各數(shù)字表示以下各者：

1b.所述襯底的第二側(cè)面(背面)，

2.凹槽。

2a.沿著凹槽方向的劃痕。

圖5為生產(chǎn)方法的示意性流程。圖5(a)為具有用于第iii族氮化物生長制備的第一側(cè)面(正面)的襯底。圖5(b)為具有在第二側(cè)面(背面)上制得的凹槽的襯底。圖5(c)為具有在厚度大于襯底厚度的第一側(cè)面上生長的第iii族氮化物的襯底。圖5(d)為在第iii族氮化物膜從襯底自發(fā)分離之后。

在所述圖中，各數(shù)字表示以下各者：

1.在背面上具有凹槽的襯底，

2.凹槽。

2b.裂痕。

7.襯底

8.附接到襯底上的第iii族氮化物層

9.與襯底分離的第iii族氮化物層。

圖6為第iii族氮化物層的弓曲的示意圖。

在所述圖中，各數(shù)字表示以下各者：

10.襯底或具有所述襯底的第iii族氮化物層，

11.弓曲量。

具體實施方式

概述

在一個例子中，本發(fā)明的襯底在減少的弓曲和任選的自發(fā)分離的情況下實現(xiàn)第iii族氮化物，如gan的厚生長。第iii族氮化物常用光電裝置和電子裝置，而大部分裝置利用異質(zhì)外延的襯底，如藍寶石、碳化硅和硅。此歸因于缺乏低成本、高品質(zhì)自立式第iii族氮化物晶片。最近，已用氫化物氣相外延法(hvpe)、氨熱方法和熔化方法產(chǎn)生gan襯底，且已用hvpe和物理蒸汽輸送方法產(chǎn)生aln晶片。在這些方法中，hvpe最常用。gan襯底的hvpe生產(chǎn)涉及在襯底上生長厚gan層和去除襯底。

當在異質(zhì)外延的襯底上生長gan或其它第iii族氮化物的厚層時，所述層歸因于晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的錯配而高度受應(yīng)力。此應(yīng)力導(dǎo)致層和襯底弓曲。如果弓曲超過臨界值，那么層和/或襯底將裂開。另外，有時gan襯底上塊狀/厚gan的同質(zhì)外延生長甚至導(dǎo)致弓曲和裂化。因此，重要的是通過減小應(yīng)力來減小在上面生長的厚層和/或襯底的弓曲。

通過hvpe的第iii族氮化物(如gan)的生產(chǎn)工藝的另一問題為去除襯底。目前使用如機械研磨、激光剝離和化學(xué)蝕刻的若干方法，但這些方法需要額外工藝來分離襯底和新生長物。已報導(dǎo)gan層與襯底自發(fā)分離的若干情況。一種方法利用掩?；驕喜鄣倪x擇性生長，然而選擇性生長導(dǎo)致位錯聚集在一個區(qū)域中，導(dǎo)致位錯的不均勻分布。這些位錯在表面處的終止位置通常在cmp工藝期間產(chǎn)生凹坑，因此位錯的不均勻分布將在晶片上引起宏觀厚度變化。

本發(fā)明的技術(shù)說明

本發(fā)明公開用于生長第iii族氮化物的厚層的襯底且所述襯底可解決上文所論述的問題中的一或多個。襯底在經(jīng)制備用于第iii族氮化物的外延生長的第一側(cè)面或正面處具有主表面，且所述襯底具有與第一側(cè)面相對且具有多個凹槽的第二主表面或背面。凹槽減小在襯底上第iii族氮化物的外延生長所引起的外延沉積的第iii族氮化物中的應(yīng)力，尤其相比于其它方面相同但在比較襯底上不具有凹槽的襯底或相比于其它方面相同但在上面待生長第iii族氮化物的比較襯底的第一側(cè)面或正面上具有凹槽的襯底。

優(yōu)選不具有凹槽的襯底的第一側(cè)面可具有高度拋光的表面和/或一或多個施加至其上以制得適用于外延沉積的第一側(cè)面的表面的緩沖層(如aln或gan)，而第二側(cè)面可能未拋光或高度拋光和/或可能不具有施加到其上的緩沖層。第二側(cè)面可因此不適用于外延沉積，但在本發(fā)明的一種變化形式中，第二側(cè)面也適用于外延沉積。

襯底可為非晶形、多晶或單晶的，且可為異質(zhì)外延材料，如石英、玻璃、藍寶石、碳化硅或硅，或襯底可為同質(zhì)外延材料，如gan或aln。襯底可例如具有纖維鋅礦晶體結(jié)構(gòu)。在一些情況下，襯底為單晶硅、藍寶石、gan或aln。襯底典型地為至少250微米厚。襯底可為至少500微米厚，或厚度可在例如250與500微米之間。

雖然存在利用襯底上的溝槽的一些異質(zhì)外延技術(shù)，這些方法典型地在上面將進行外延生長的襯底的正面上形成溝槽或凹槽。另一方面，本發(fā)明利用襯底的背面上的凹槽，其中外延生長將不一定進行。

如圖1中的邊緣視圖中所示，所描繪的襯底1具有第一側(cè)面或主表面1a，且對于第iii族氮化物的外延生長，將此表面拋光到約小于1nm的粗糙度ra。第二側(cè)面或主表面1b具有多個凹槽2。

圖2提供橫跨襯底的主面或表面的凹槽的示意圖。襯底1b的背面具有凹槽2，其在此情況下沿著襯底和/或所形成的第iii族氮化物的結(jié)晶定向，且優(yōu)選凹槽中的至少一些沿著襯底中的裂解方向或平面安置。具有晶體裂解方向或平面的凹槽的此定向使得襯底彎曲更多，因為第iii族氮化物沉積且相比于沿著襯底將相同凹槽放置于其它方向上的溫度改變。舉例來說，當c-平面藍寶石用作襯底時，凹槽優(yōu)選沿著藍寶石的m-平面制得。對于所有可能的等效平面，即(10-10)平面、(01-10)平面和(1-100)平面，優(yōu)選對稱地制得凹槽。然而，取決于情形，可沿著僅一個結(jié)晶平面或兩個結(jié)晶平面制得凹槽，但生長的第iii族氮化物中的應(yīng)力可在這些情況下變得不對稱。

因此，襯底在其第二側(cè)面上具有多個凹槽，其中凹槽彼此具有空間關(guān)系，和/或襯底允許襯底減小襯底中的弓曲超過比較襯底弓曲，因為第iii族氮化物沉積和/或從外延生長條件到環(huán)境溫度的溫度改變。在此情況下，比較襯底可在其中不具有凹槽，但另外與本發(fā)明的襯底相同。替代性地，比較襯底可在上面沉積第iii族氮化物的正面上具有凹槽，但比較襯底的背面不具有，而另外與本發(fā)明的襯底相同。本發(fā)明的有槽襯底優(yōu)選具有足夠的硬度，使得在外延生長沉積條件下當?shù)趇ii族氮化物首先沉積于襯底上時具有與表面在室溫下具有的弓曲大約相同的弓曲的第一側(cè)面的表面。

通過襯底的第二側(cè)面上的凹槽的尺寸和位置測定空間關(guān)系。可用于表征凹槽的尺寸和位置的參數(shù)包括例如凹槽寬度、凹槽深度、凹槽間距、凹槽形狀、相對于襯底(如上文所解釋)的結(jié)晶平面的凹槽定向、凹槽表面上的劃痕以及襯底厚度。這些參數(shù)中的每一個的組合可用于提供所需襯底靈活性。

在一個例子中，參看圖1，凹槽的寬度3優(yōu)選在100微米與300微米之間，且凹槽深度5優(yōu)選在50微米與襯底1的厚度6的75％之間。凹槽彼此間隔開。凹槽可為平行或交叉的。平行凹槽可全部彼此間隔相同距離以使得所有平行凹槽具有相同時間段。替代性地，平行凹槽可安置在襯底上以使得第一組凹槽具有第一周期性間距，且第二組凹槽具有與第一周期性間距不同的第二周期性間距。替代性地，相鄰平行凹槽之間的間距可能不是周期性的。與遠離中心的外圍區(qū)域中的相鄰凹槽之間的間距相比，在襯底的第二側(cè)面中心附近，相鄰凹槽之間的間距可能較小，其中應(yīng)力更大。如所論述的單獨或組凹槽的間距4優(yōu)選在0.1mm與5mm之間。這些凹槽可例如具有圖2中所說明和如上文所解釋的圖案。圖2中所說明的所述組凹槽的圖案可具有三重對稱性。通過交叉凹槽形成的形狀可為相同的，以使得所有凹槽具有一種形狀，即例如三角形，或形狀可為如圖2中所描繪的不同形狀的混合物，其中襯底的第二側(cè)面的一些部分為例如三角形且一些為另一形狀，如具有不同長度或相同長度側(cè)面的六邊形。圖3為實際有槽藍寶石表面的顯微鏡圖像。凹槽也可以具有曲形底部，如弧形底部，如圖1中所示，或凹槽的底部可為平坦或v形的，取決于如何形成凹槽。優(yōu)選沿著如圖4中所示的凹槽具有劃痕。具有這些凹槽的一種特定襯底為藍寶石襯底，且如氮化鎵的第iii族氮化物沉積于此襯底的第一側(cè)面上。

在本實例中，凹槽寬度、深度和間距明顯大于上面生長第iii族氮化物的比較襯底的第一側(cè)面中所形成的凹槽的寬度、深度和間距。在第iii族氮化物的外延生長沉積期間，比較襯底的第一側(cè)面的平坦度的需要限制比較襯底第一側(cè)面中的凹槽的尺寸和位置。因此，如本文所提供的襯底與在上面生長第iii族氮化物的表面上僅具有凹槽的襯底不同，因為凹槽位置、形狀和/或尺寸不同以使得襯底不同地影響第iii族氮化物生長。

本發(fā)明的襯底可具有襯底的未受損的平面第一側(cè)面以確保高品質(zhì)第iii族氮化物的外延生長。第二(背)側(cè)面上的凹槽降低襯底的機械強度。當?shù)趇ii族氮化物層的厚度接近或超過襯底的厚度時，由晶格和/或熱膨脹的不匹配引起的應(yīng)力可通過允許襯底部分略微移動，通過壓縮和/或彎曲或產(chǎn)生由凹槽中形成的劃痕引發(fā)的裂痕被這些凹槽吸收。此可減小應(yīng)力和/或第iii族氮化物層的弓曲且還可能在冷卻后誘導(dǎo)第iii族氮化物層從襯底自發(fā)分離。

圖5呈現(xiàn)本發(fā)明的示意性工藝流程。對于第iii族氮化物的外延生長，制備襯底7以具有適合的前表面(圖5(a))。在襯底的背面上制得多個凹槽以形成襯底1(圖5(b))。相比于常規(guī)技術(shù)中的溝槽或凹槽，其中襯底的第一側(cè)面中所形成的凹槽，當前實例中的凹槽寬度、深度和間距明顯較大。另外，優(yōu)選的是沿著凹槽方向具有許多機械劃痕。因為這一性質(zhì)，最優(yōu)選產(chǎn)生具有產(chǎn)生弧形凹槽底部的多個線鋸的凹槽。形成凹槽的另一方法為在室溫下或在高溫下進行化學(xué)蝕刻。舉例來說，藍寶石襯底可通過熱(>80℃)磷酸蝕刻，且碳化硅和硅可在氫氟酸與硝酸或熔融的堿性氫氧化物(氫氧化鈉、氫氧化鉀等)的混合物中蝕刻。雖然其將需要額外時間，可使用其它機械方式，如晶片切片機或通過干式蝕刻(如反應(yīng)性離子蝕刻)制得凹槽。凹槽也可以經(jīng)激光蝕刻到襯底表面中。

第一側(cè)面可為平坦的。替代性地，第一側(cè)面可在如上文針對參考文獻[7]所提及的第一側(cè)面上具有周期性sio2條帶掩模和/或如例如參考文獻[6]中所描述的第一側(cè)面中的孔洞、切口和/或凹槽。

對于外延生長沉積，在凹槽形成之前和/或之后或在形成凹槽的工藝期間，可制備襯底的第一側(cè)面(正面)。如果制得凹槽的工藝污染上面將沉積第iii族氮化物的第一側(cè)面的表面，那么優(yōu)選清潔和/或拋光襯底以去除污染物。在如圖5(c)中所示的襯底的第一側(cè)面上生長第iii族氮化物8，如gan、aln、inn或其固溶體中的一種。生長方法優(yōu)選為hvpe，但可使用其它方法，如金屬有機化學(xué)氣相沉積(mocvd)、分子束外延法(mbe)、氨熱生長、熔化生長、高溫溶液生長、外延生長濺鍍。

當?shù)趇ii族氮化物層的厚度變得較大時，襯底和層開始弓曲。如果所述層經(jīng)歷拉伸應(yīng)力，如針對藍寶石襯底來說，那么襯底1和層8變得呈凹面，如圖5(c)中所示。相反地，當層經(jīng)歷壓縮應(yīng)力時，襯底1和層9變得呈凸面。在任一情況下，弓曲可通過襯底背面上的凹槽減小。為了產(chǎn)生第iii族氮化物的自立式襯底，層厚度優(yōu)選大于500微米。此外，層厚度優(yōu)選超過襯底的厚度。

在第iii族氮化物的厚層生長之后，襯底上的第iii族氮化物層冷卻。在冷卻后，第iii族氮化物層可間或、完全或部分與襯底分層，如圖5(d)中所示。雖然此自發(fā)分離的詳細機制未知，但當?shù)趇ii族氮化物層厚度超過500微米或?qū)雍穸瘸^襯底厚度時，往往會發(fā)生自發(fā)分離。

比較實例-實例1

通過hvpe在不具有任何凹槽的藍寶石襯底上生長gan的厚層。將直徑2"、具有5度內(nèi)切割錯誤的單側(cè)面拋光c-平面藍寶石襯底裝載到hvpe反應(yīng)器中。在反應(yīng)器腔室中，通過使hcl流經(jīng)熔融的ga，gacl合成第iii族來源。第v族來源為nh3。首先，使gan的緩沖層在約900℃下以20sccm的hcl流動速率和3.5slm的nh3流動速率生長10分鐘。隨后，使gan厚層在約1030℃下以60sccm的hcl流動速率和2slm的nh3流動速率生長16小時。gan的總層厚度為約2900微米。在生長之后，襯底上的gan層冷卻，但gan層并不與襯底分離。晶體弓曲為朝向生長方向607微米(呈凸面)。弓曲11測量為襯底10的邊緣與中心之間的高度差異(圖6)。

生產(chǎn)有槽襯底-實例2

在2"c-平面藍寶石襯底的背面上制得凹槽。主面或表面的切割錯誤在距離c-平面藍寶石的5度內(nèi)。首先，在具有蠟的金屬塊上面向下安裝藍寶石襯底。隨后，將組件裝載到多個線鋸上。線直徑為約160微米，且線間距為670微米。供應(yīng)金剛石漿料，同時所述線在藍寶石襯底的背面上來回跑動。首先，沿著(10-10)平面設(shè)定所述線，且在整個后表面上制得約160微米深凹槽。隨后，沿著(1-100)平面設(shè)定所述線且在整個后表面上制得約160微米深凹槽。最后，沿著(01-10)平面設(shè)定所述線且在整個后表面上制得約160微米深凹槽。經(jīng)由這些步驟，在襯底的背面上產(chǎn)生具有輪廓中含筆直壁和弧形底部的凹槽的藍寶石襯底(圖2中示意的)。凹槽深度為約160微米，襯底的厚度為約430微米，凹槽寬度約160微米且凹槽間距為約670微米。凹槽的方向在距離m-平面的合理的角度誤差(+/-5度)內(nèi)。通過使用多個線鋸，可在小于一小時內(nèi)制得較寬和較深凹槽。

在線鋸工藝之后，加熱襯底和金屬板以使蠟熔融。從金屬板去除襯底且用丙酮和異丙醇沖洗。此清潔步驟從襯底去除殘余蠟和金剛石漿料。

在有槽襯底上生長厚第iii族氮化物-實例3

類似于實例1中的方法，在實例2中產(chǎn)生的有槽藍寶石襯底上生長厚gan層。在襯底的光滑未開槽的頂部表面上生長gan層，其中g(shù)an未在襯底底部上暴露的有槽表面上生長。hvpe生長條件與實例1相同。在生長之后，gan的總厚度為約3600微米。

在冷卻后，gan層自發(fā)地與藍寶石襯底分離。gan層的弓曲為朝向生長方向138微米(呈凸面)，其相比于實例1中的值大大降低(607微米呈凸面)。弓曲測量為gan層的邊緣與中心之間的高度差異。

在gan層的自身分離后，藍寶石襯底沿著凹槽破裂成若干片，其指示凹槽誘導(dǎo)藍寶石襯底中的裂化。因為凹槽方向為沿著藍寶石的裂解方向(即m-平面)，因此凹槽幫助藍寶石裂解或裂化。在此特定情況下，凹槽中的劃痕也可以具有輔助的裂解或裂化，但劃痕不為必需的。襯底裂化和/或斷裂可為自發(fā)分離和減小的弓曲的機制。

沿著凹槽的裂化可通過多個線鋸的磨蝕性質(zhì)促進。另外，多個線鋸能夠制得具有均一深度、寬度和間距的凹槽。由于凹槽、尤其沿著襯底中的裂解平面安置的凹槽的高度對稱配置，此也可以影響在襯底與新生長物的界面處以及生長晶錠中的應(yīng)力有效減小。

在本實例中，凹槽寬度為160微米，其由線鋸的直徑?jīng)Q定。如果使用具有不同直徑的線鋸，那么凹槽寬度可改變。然而，為了維持某一線鋸強度，線鋸直徑典型地大于100微米。另外，如果凹槽寬度過小，可限制減小應(yīng)力的作用。與其相反，如果寬度過大，那么襯底變得過于脆。在一個例子中，凹槽寬度在100微米與300微米之間。

本實例的凹槽深度為160微米。凹槽深度可容易地通過相對于襯底調(diào)節(jié)線鋸高度改變。如果深度過小，那么減小應(yīng)力的作用將有限。與其相反，如果深度過大，那么襯底變得過于脆。在一個例子中，凹槽可在50微米與襯底的厚度的75％之間。

本實例的凹槽間距為670微米，其通過線鋸的線間距測定。通過使用具有適當?shù)陌疾坶g距的線輥，其可為易于改變的。如果凹槽間距過大，那么減小應(yīng)力的作用將有限。與其相反，如果凹槽間距過小，那么襯底變得過于脆性。在一個例子中，凹槽間距在0.1mm與5mm之間。

包括生長時間的生長條件與實例1和實例3相同，然而實例3中g(shù)an層厚度出人意料地增加了約24％。在生長期間，通過襯底凹槽減小的應(yīng)力可因此促進gan的晶體生長，相比于在襯底的第二側(cè)面上不具有凹槽但另外相同的比較襯底，使用本發(fā)明的襯底產(chǎn)生gan的更大生長率。

因為襯底的正面具有與標準藍寶石襯底相同的特性，不需要特定生長步驟以獲得高品質(zhì)gan膜，如凹槽切割成襯底的正面時所需。另外，因為在第一側(cè)面上不使用凹槽所需的選擇性生長，不存在將引起cmp工藝中的問題的位錯聚集。

處理所獲得的3.6mm厚自立式gan以通過研磨、搭接和cmp制造gan襯底。gan襯底的最終厚度為529微米。

優(yōu)點和改進

在本發(fā)明中，在背面上具有凹槽的襯底可提供弓曲和任選的自發(fā)分離減少的第iii族氮化物層。使用多個線鋸的簡單工藝產(chǎn)生具有背面凹槽的襯底。襯底背面上的凹槽可經(jīng)由減小應(yīng)力來減少第iii族氮化物層弓曲。凹槽也可以誘導(dǎo)第iii族氮化物層從襯底自發(fā)分離。任選地，襯底的光滑前表面在正面上實現(xiàn)第iii族氮化物的高品質(zhì)生長，而不需要如襯底正面有槽時所需的特殊處理步驟。此特征可幫助在cmp表面處理之后實現(xiàn)gan的光滑表面。

可能的修改

雖然優(yōu)選實施例描述gan的塊狀晶體，但對于各種組合物(如aln、algan、inn、ingan或gaalinn)的其它第iii族氮化物固溶體，可預(yù)期本發(fā)明的類似效益。

雖然優(yōu)選實施例描述藍寶石襯底，但也可使用其它材料，如碳化硅、硅、石英、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、氮化鋁、沒食子酸鋰、鋁酸鋰、沒食子酸鎂、鋁酸鎂。襯底可為雜質(zhì)襯底或同質(zhì)襯底。

雖然優(yōu)選實施例描述hvpe作為在襯底一側(cè)上生長的生長方法，但如mocvd、mbe、氨熱方法、熔化方法、高壓溶液生長、物理蒸汽輸送的其它生長方法也可用于在一側(cè)上(具有例如背面上的掩蔽，其中所述方法將典型地在兩側(cè)上生長)生長或在襯底兩側(cè)上生長。

雖然優(yōu)選實施例描述多個線鋸以制得凹槽，也可使用其它機械、化學(xué)、物理方法，如切割、濕式蝕刻、干式蝕刻。