專利名稱：：半絕緣GaN及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種半絕緣GaN及其制造方法。本發(fā)明的半絕緣GaN材料尤其適于用作制造電子和/或光電子器件的襯底。
背景技術(shù)：
：氮化鎵和相關(guān)的III-V族合金對于高溫和高頻電子用途而言具有很大的潛能。但是，由于缺少大面積天然GaN襯底，所以大多數(shù)GaN器件生長在非天然(異質(zhì)外延)襯底例如藍(lán)寶石和碳化硅上。這種異質(zhì)襯底的使用由于在GaN和襯底材料之間的晶格失配和TE(熱膨脹)失配而會出現(xiàn)問題。TE失配的一個結(jié)果在于GaN/異質(zhì)外延襯底結(jié)構(gòu)的彎曲，這又導(dǎo)致破裂以及難以構(gòu)造具有較小形體尺寸的器件。導(dǎo)電GaN襯底近來已經(jīng)能夠得到(例如，可以在市場上從ATMI，Inc,，Danbury，CT06810,USA購得的導(dǎo)電GaN襯底)。這些GaN導(dǎo)電襯底有利的用在這樣的用途中，其中襯底必須是導(dǎo)電的并且相對于相關(guān)的GaN器件結(jié)構(gòu)同質(zhì)外延。但是在許多電子用途例如高頻電子用途中，半絕緣GaN襯底是非常理想的。授予Porowski等人的美國專利6273948披露了一種通過在0.5-2.0GPa的高壓和1300-170(TC的高溫下從原子氮在鎵和族II金屬例如鈹或鈣的熔融混合物中的溶體中進(jìn)行結(jié)晶來制造高電阻GaN塊狀晶體的方法。實(shí)現(xiàn)了lxl(^至lxl08歐姆厘米(Q-cm)的電阻率。但是，由該方法獲得的晶體其尺寸大約為lcm，而大多數(shù)商用電子用途需要直徑至少大約為2英寸(〉5cm)的襯底尺寸。US5686738(Moustakas)、US6544867(Webb等人)、US626193115(Keller等人)和美國專利申請2002/0096692Al(Nakamura等人)披露了各種在異質(zhì)襯底上制作半絕緣GaN膜的方法。所有這些方案都容易出現(xiàn)TE失配的問題，并且導(dǎo)致上述的彎曲、破裂和小形體構(gòu)造的困難，并且這些方案沒有一種已經(jīng)產(chǎn)生出在商業(yè)上可行的大面積單晶體半絕緣氮化鎵材料。因此，在本領(lǐng)域存在對于大面積半絕緣GaN襯底的迫切需要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明主要涉及氮化鎵及其制造方法。在一個方面中，本發(fā)明涉及大面積單晶體半絕緣氮化鎵。在另一個方面中，本發(fā)明涉及一種形成大面積半絕緣氮化鎵的方法，該方法包括通過一種生長過程生長出氮化鎵材料；并且在生長過程期間，用摻雜劑物質(zhì)摻雜正在長大的氮化鎵，這些摻雜劑物質(zhì)可有效用于補(bǔ)償在氮化鎵中的殘余施主物質(zhì)，其中摻雜劑物質(zhì)的濃度足以使該氮化鎵半絕緣。本發(fā)明的另一個方面涉及形成大面積半絕緣氮化鎵的方法，該方法包括通過一種生長過程使氮化鎵材料生長，其中通過將足夠量的一種或多種深受主物質(zhì)引入到生長的氮化鎵中以補(bǔ)償施主物質(zhì)并且生產(chǎn)出半絕緣GaN材料，從而補(bǔ)償在生長的氮化鎵中的施主物質(zhì)。從隨后的公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求中將更加全面地了解本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)。附圖的簡要說明圖1為根據(jù)其實(shí)施例2生長的摻鐵GaN晶體的作為逆溫度函數(shù)的電阻率的曲線圖；圖2為根據(jù)其實(shí)施例4生長的晶體的UV-VIS透射光譜。該晶體為雙面拋光、厚為38化m、鐵濃度為l.lxl019cm-3、硅濃度為1.0xl017cm-3、氧濃度為4,7xl017cm-3;圖3為厚為200fim的高度摻鐵單面拋光晶體的UV-VIS透射光譜，其中鐵濃度為3xl0"cm-3、施主雜質(zhì)硅濃度為7.5xl017cnT3、氧濃度為4.9xl016cm-3;圖4顯示出實(shí)施例4的Fe濃度為10、n^的摻Fe試樣以及在相同條件下在沒有鐵的情況下長大的兩個意外摻雜(UID)GaN試樣的導(dǎo)熱率對逆溫度的曲線圖5為UV-VIS透射光譜，其中對于在實(shí)施例6中形成的GaN薄膜而言將y。透光率繪制成為以納米(nm)為單位的波長的函數(shù)。具體實(shí)施例方式下面專利和專利申請的其全文在這里被引用作為參考1997年10月21日授權(quán)的題目為"MethodofMakingaSingleCrystalGa*NArticle"的US5679152;2000年12月5日授權(quán)的題目為"GaN-BasedDevicesUsing(Ga,Al,In)NBaseLayers"的US6156581;2002年8月27日授權(quán)的題目為"LowDefectDensity(Ga,Al,In)NandHVPEProcessforMakingSame"的US6440823;2002年9月10日授權(quán)的題目為"MethodforAchievingImprovedEpitaxyQuality(SurfaceTextureandDefectDensity)onFree-Standing(Aluminum，Indium,Gallium)Nitride((Al,In,Ga)N)SubstrateforOpto-ElectronicandElectronicDevices"的US6447604;2002年12月3日授權(quán)的題目為"HighSurfaceQualityGaNWaferandMethodofFabricatingSame"的US6488767;2003年3月18日授權(quán)的題目為"GaN-BasedDevicesUsingThick(Ga，Al,In)NBaseLayers"的US6533874;2001年7月19日公布的題目為"BulkSingleCrystalGalliumNitrideandMethodofMakingSame，，的美國專利申請No.20010008656;2001年12月27日公布的題目為"BulkSingleCrystalGalliumNitrideandMethodofMakingSame"的美國專利申請No.20010055660;2002年3月7日公布的題目為"BulkSingleCrystalGalliumNitrideandMethodofMakingSame"的美國專利申請No.20020028314;2002年6月6日公布的題目為"Free-Standing(Al，In，Ga)NandPartingMethodforFormingSame"的美國專禾U申請No,20020068201;以及RobertP.Vaudo等人于2000年3月13日提交的美國專利申請No.09/524062。本發(fā)明基于采用ni-v族元素的氮化物沉積來形成大面積半絕緣襯底。在下面參照作為特別關(guān)心的III-V族元素的氮化物材料的GaN進(jìn)行舉例說明的同時，要知道的是，本發(fā)明并不因此受限，而是可以延伸至并且包含其它III-V族元素的氮化物物質(zhì)例如(Ga，Al,In)N材料。如在這方面所使用的一樣，"(Ga,Al，In)N"指的是金屬氮化物組分，其中金屬部分可以為按照適當(dāng)化學(xué)計量比的鎵、鋁和銦金屬中的一種、兩種或三種，例如GaN、A1N、InN、GaAlN、GalnN、AlInN或者GaAlInN。在多金屬III-V族元素氮化物化合物中的金屬的化學(xué)計量比例應(yīng)該理解為包含整數(shù)以及非整數(shù)數(shù)值。例如，要理解的是，術(shù)語GaAIN指的是Ga,Al,.xN，其中0《x《l。因此，下面涉及"GaN材料"或"GaN過程"的內(nèi)容應(yīng)該理解為具有在這種其它III-V氮化物組分及其形成方法的廣義用途。如在這里所使用的一樣，關(guān)于GaN材料的術(shù)語"大面積"指的是這種材料具有至少25毫米的直徑，或者在方形或矩形晶片的情況中，其對角線尺寸至少為25mm。厚度尺寸優(yōu)選至少為300微米，例如厚度在大約300微米至大約5厘米或更大的范圍內(nèi)。這些尺寸針對由原始晶體生長單晶片或由梨晶通過包括初始晶體生長以形成梨晶或晶錠之后圓化、定尺寸、切割、重疊、拋光等用于生產(chǎn)具有適用于在其上外延生長的表面的晶片所需的步驟而形成的晶片。如在這里所使用的一樣，關(guān)于本發(fā)明半絕緣GaN的術(shù)語"自支撐"指的是這種半絕緣GaN材料的三維體沒有在物理上固定在任一襯底上或與之成一體，即半絕緣GaN是獨(dú)立的物體。如在這里所使用的一樣，關(guān)于本發(fā)明半絕緣GaN材料的術(shù)語"半絕緣"指的是，這種材料在室溫(約25"C)下具有〉105100歐姆厘米(Q-cm)的電阻率。在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明的GaN材料在20(TC下具有〉l(^Q-cm的電阻率。在另一個實(shí)施方案中，半絕緣GaN材料在室溫下可以具有MOSQ-cm的電阻率。更優(yōu)選的是，半絕緣GaN材料在20(TC下具有M0SQ-cm的電阻率，并且最優(yōu)選的是，半絕緣GaN材料在30(TC下具有〉l()SQ-cm的電阻率。這些電阻率數(shù)值由四點(diǎn)探針技術(shù)(vanderPauwcontactgeometry)確定為溫度的函數(shù)。在其中例如作為獨(dú)立式襯底工件的GaN材料具有構(gòu)造在這種襯底上和/或其內(nèi)的微電子電路的情況中，本發(fā)明的GaN材料在這種微電子電路的工作溫度范圍中具有半絕緣特征。術(shù)語"之內(nèi)"在這方面指的是這樣一個電路，其中襯底形成該器件的一部分，例如其中襯底經(jīng)過了植入過程以在襯底中形成植入器件區(qū)域。用來使本發(fā)明的半絕緣GaN長大的GaN過程可以為任意合適的類型。雖然本發(fā)明在下面主要具體參照氫化物氣相外延法(HVPE)迸行說明，但要知道的是，本發(fā)明并不因此受限，并且本發(fā)明的半絕緣GaN可以通過其它生長方法形成，包括碘氣相生長(IVPG)、有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)、鹵化物氣相外延法(HaVPE)、機(jī)械濺射外延法(MSE)、分子束外延法(MBE)和氮離子束外延法(NICE)。根據(jù)本發(fā)明，通過這樣一種生長過程來生產(chǎn)出大面積半絕緣氮化鎵，其中通過將足夠量的一種或多種深受主物質(zhì)導(dǎo)入進(jìn)生長的氮化鎵中以補(bǔ)償施主物質(zhì)并且產(chǎn)生出具有半絕緣特征的氮化鎵從而補(bǔ)償正在生長的氮化鎵。在長大的氮化鎵中的施主物質(zhì)可以源自在材料中的缺陷，這些缺陷被離子化以產(chǎn)生出離子化中心和自由導(dǎo)電帶電子。GaN長大過程總是產(chǎn)生出固有缺陷并且將意外摻雜的雜質(zhì)慘入在長大的GaN材料中，從而產(chǎn)生出n型導(dǎo)電GaN產(chǎn)品。意外摻雜的雜質(zhì)例如可以包括源自在GaN在其中長大的反應(yīng)室中的雜質(zhì)的殘余施主離子，例如位于石英生長腔室的壁中。這些雜質(zhì)用來降低在長大過程中產(chǎn)生出的GaN材料的電阻率。例如，HVPE過程產(chǎn)生出其電子濃度通常接近lxl016cm-3或更大的GaN材料。根據(jù)本發(fā)明，通過在其生長期間將深受主物質(zhì)有意的摻雜在氮化鎵材料中以補(bǔ)償源自缺陷的施主物質(zhì)以及長大材料的殘余摻入雜質(zhì)，從而生產(chǎn)出大面積半絕緣GaN材料。這些深受主物質(zhì)可以為任意合適的類型，它補(bǔ)償?shù)赜脕砩a(chǎn)出具有半絕緣特征的GaN材料。這些深受主物質(zhì)可以包括一種深受主物質(zhì)或一種以上的這種物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，深受主物質(zhì)包括一種或多種過渡金屬?？梢杂糜诒景l(fā)明的這些過渡金屬可以為任意合適的類型，例如鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、釔、鋯、鈮、鉬、锝、釕、銠、鈀、銀、鎘、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、鉑、金、水銀、104號元素(rutherfordium)、105號元素(dubnium)、106號元素(seaborgium)、107號元素(bohrium)、108號元素(hassium)、109號元素(meitnerium)、110號元素(ununnilium)、111號元素(Ummimium)禾口112號元素(ununbium)。在本發(fā)明實(shí)踐中所采用的深受主摻雜劑接受例如由在材料中意外摻雜的雜質(zhì)或固有缺陷所產(chǎn)生出的其能級在GaN的價帶和導(dǎo)帶中間的電子，由此使得氮化鎵半導(dǎo)體成為半絕緣材料。在氮化鎵的HVPE成形中使用深受主摻雜劑在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中進(jìn)行用來實(shí)現(xiàn)半絕緣氮化鎵高速生長并且產(chǎn)生出厚的、大面積的GaN材料。受主物質(zhì)的能級在確定GaN材料在高溫下的導(dǎo)電性或電阻率方面是重要的。如果激活能太小，則陷入的施主雜質(zhì)可以在高工作溫度下變得被熱激活，結(jié)果GaN材料在這些條件下變得更加導(dǎo)電。用在本發(fā)明的廣義實(shí)踐中的深受主物質(zhì)的激活能優(yōu)選大于0.35電子伏特(eV)、更優(yōu)選大于0.5eV，并且最優(yōu)選為大于0.75eV。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選方面，采用選自Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd和Hg的至少一種過渡金屬作為用于形成大面積半絕緣氮化鎵的深能級受主。特別優(yōu)選的摻雜劑物質(zhì)包括Mn、Fe、Co、Ni和Cu，并且Fe當(dāng)前是最優(yōu)選的。本發(fā)明考慮了通過在生長期間摻入一種或多種深受主物質(zhì)而產(chǎn)生出的大面積獨(dú)立式半絕緣氮化鎵。在本發(fā)明一優(yōu)選方面中的氮化鎵襯底材料采用HVPE過程生長，其中過渡金屬被導(dǎo)入進(jìn)生長環(huán)境中，例如導(dǎo)入進(jìn)HVPE生長腔室(反應(yīng)器)中，如下面更全面地所述一樣，為此，反應(yīng)器優(yōu)選構(gòu)成為使在生長環(huán)境中的不期望有的雜質(zhì)最少。通常優(yōu)選的是將在長大的GaN中的不期望有的雜質(zhì)保持在小于5xl0"cnr3、更優(yōu)選小于lxlOncm-3、甚至更優(yōu)選小于5xl016cm-3并且最優(yōu)選小于lxlO'W3的水平處。可以在氮化鎵生長過程中采用一種或多種相應(yīng)的金屬源反應(yīng)物將過渡金屬摻入到GaN晶體中。在采用HVPE作為氮化鎵生長過程時，可以通過使鹽酸(HC1)與金屬鎵接觸來進(jìn)行GaN生長。金屬鎵可以設(shè)在容器(小舟)中，并且與HC1的接觸形成氣態(tài)GaCl，它被帶到生長區(qū)域并且與NH3反應(yīng)以便例如在GaN籽晶或其它生長基體上形成晶體GaN。根據(jù)本發(fā)明，將深受主物質(zhì)導(dǎo)入進(jìn)生長區(qū)域，從而以能夠有效補(bǔ)償在GaN晶體中的施主物質(zhì)并且使之半絕緣例如在25'C和300"C下具有大于105Q-cm的電阻率的量將深受主物質(zhì)摻入在生長的GaN晶體中。用于形成半絕緣GaN的HVPE過程可以按照任意合適的方式進(jìn)行，例如通過采用(通過用深受主物質(zhì)摻雜生長的GaN晶體)在RobertP.Vaudo等人的于2002年8月27日授權(quán)的題目為"LowDefectDensity(Al,In,Ga)NandHVPEProcessforMakingSame"的US6440823中所述的HVPE過程或者在上面確定并且引用作為參考的各種專利和專利申請中所披露的其它HVPE過程。通常，優(yōu)選在使在GaN材料中來自生長腔室、用于GaN制造過程的原材料或該處理系統(tǒng)的其它部件或材料的"本底"雜質(zhì)最小化的情況下來進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的GaN生長過程。工藝條件(例如，溫度、壓力、濃度、V/III比例等)、氣體純度和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)(包括結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)造)一般應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化以減小這些本底雜質(zhì)濃度，從而本底載流子濃度保持在適當(dāng)?shù)妮^低的水平上，例如小于5xl017cnr3、并且更優(yōu)選小于lxlOl6cm-3或者更低。本底載流子濃度包括有助于材料導(dǎo)電的固有缺陷和雜質(zhì)。作為一示例性實(shí)施例，可以進(jìn)行HVPE方法以釆用NH3、HCl和Ga作為反應(yīng)物來生長出GaN材料，其中生長過程在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下進(jìn)行，例如溫度在大約985。C至大約101(TC的范圍內(nèi)、生長速度大約為50至大約150lam/小時、壓力為大約10至大約800托并且NH3/HC1比大約為2至大約40，例如大約為5，以生產(chǎn)出具有適當(dāng)較低缺陷密度特征的GaN材料，例如其位錯缺陷密度不超過1Xl(^缺陷/cm2，并且更優(yōu)選不超過lXl(^缺陷/cm2。在另一個示例性實(shí)施方案中，可以在兩階段生長過程中進(jìn)行GaN的生長，包括(l)第一階段，其中GaN材料在大約950'C至大約1020"C的溫度下在襯底上生長以形成其位錯密度為107缺陷/cm2或更低的GaN材料，并且GaN材料在該過程的這個第一階段結(jié)束時在材料的上表面上具有凹坑；以及(2)第二階段，其中GaN材料在大約為1020"C至大約125(TC的溫度下在第一階段GaN材料上生長足夠時間以至少部分填充在該過程的第一階段中形成在GaN材料表面上的凹坑。深受主摻雜在該過程的兩個階段期間進(jìn)行。這種雙階段過程是有利的，因?yàn)榈诙A段處理降低了本底載流子濃度，從而使之更容易生長出半絕緣GaN材料。在這種雙階段HVPE過程的第一階段中的特別優(yōu)選的過程條件包括溫度在大約985。C至大約IOI(TC的范圍內(nèi)、生長速度在大約為50至150)im的GaN/小時的范圍內(nèi)、壓力在大約10至大約800托的范圍內(nèi)并且反應(yīng)物NH3和HC1的比例NH3/HC1在大約2至大約40，例如大約為2至大約IO的范圍內(nèi)。作為另一個實(shí)施例的GaN材料可以通過氣相外延法形成以通過使GaN材料在天然GaN籽晶上生長或者在異質(zhì)外延襯底(即從所得到的GaN梨晶中現(xiàn)場或在外面取出的)上以高于20微米/小時優(yōu)選高于50微米/小時的生長速度生長來形成半絕緣GaN梨晶，并且將深受主摻雜劑以一定的濃度導(dǎo)入進(jìn)生長的GaN薄膜中，從而生產(chǎn)出半絕緣GaN材料。由這種方法生產(chǎn)出的梨晶例如可以具有大于25毫米的直徑以及至少為lcm的長度(該梨晶沿著生長方向的厚度)，從而具有產(chǎn)生出小于250弧秒的雙晶體x射線搖擺曲線全寬半最大值和小于1(^缺陷/cm2的頂面缺陷密度的晶體品質(zhì)。在本發(fā)明的廣泛實(shí)踐中可以采用很多種HVPE和其它GaN生長方法，其中在生長過程期間對GaN材料進(jìn)行過渡金屬摻雜以形成半絕緣GaN。通常，進(jìn)行HVPE過程，其中以大約為50至大約250微米/小時的高生長速度在大約為950至大約115(TC的生長溫度下以及壓力從大約25到大約760托并且V/III比例大約為2至50，更優(yōu)選為大約2至40，并且更優(yōu)選為5至40的條件下進(jìn)行深受主摻雜，從而形成具有大約50微米至5厘米或更大的合適厚度的半絕緣GaN。例如根據(jù)下面所述的示例性實(shí)施方案，在生長過程期間GaN材料的深受主摻雜可以按照任意合適的方式進(jìn)行。在利用HVPE作為氮化鎵生長過程時，深受主摻雜劑可以在載體氣體中送入到生長腔室中，例如在深受主組分以蒸汽形式時。如果深受主物質(zhì)為具有足夠的蒸汽壓力的液體或固體，則可以釆用發(fā)氣泡或蒸發(fā)器裝置，其中使載體氣體與深受主蒸汽接觸并且夾帶著它。可選的是，可以將深受主物質(zhì)作為源反應(yīng)物的組分例如構(gòu)成有機(jī)金屬化合物的金屬部分的深受主過渡金屬輸送給生長區(qū)域，該金屬以蒸汽形式，或者可以通過起泡器、蒸發(fā)器等揮發(fā)以便輸送給生長腔室。深受主物質(zhì)因此可以采用任意合適可以輸送給生長腔室的形式。深受主物質(zhì)同樣可以摻入在被導(dǎo)入進(jìn)GaN過程系統(tǒng)中或者在其中產(chǎn)生出的原材料(例如，Ga,HCl、GaCl、NH3)中的一種或多種中或者與之反應(yīng)。在深受主以先驅(qū)體形式例如以其金屬部分為深受主物質(zhì)的有機(jī)金屬先驅(qū)體形式導(dǎo)入時，該先驅(qū)體優(yōu)選(i)充分揮發(fā)以能夠良好地輸送給生長腔室；(ii)容易分解以產(chǎn)生出用于摻入在生長的GaN材料中的深受主物質(zhì)；或者(iii)任選反應(yīng)或可以以其它方式轉(zhuǎn)變以有效地將深受主物質(zhì)摻入在生長的GaN材料中；以及(iv)具有足夠的純度以便不會將不期望的雜質(zhì)導(dǎo)入進(jìn)生長的GaN材料中。流向生長腔室的先驅(qū)體流量根據(jù)所要求的產(chǎn)出可以是恒定的、變化的或者打開和關(guān)閉的。在大部分情況中，先驅(qū)體流量在將深受主摻入在生長的GaN材料中期間將保持恒定。在本發(fā)明的一個示例性實(shí)施方案中，過渡金屬深受主物質(zhì)與鎵源混合，從而形成過渡金屬在鎵中的溶體。在該布置中，HVPEGaN生長反應(yīng)器設(shè)備可以保持在傳統(tǒng)的過程結(jié)構(gòu)中，而沒有變化。用鎵將過渡金屬裝載進(jìn)鎵容器中，然后進(jìn)行HVPE過程，同時過渡金屬作為摻雜劑摻入在GaN產(chǎn)品材料中。在一些用途中，該方案可能比下面所述的其它方案更不優(yōu)選，因?yàn)槠渌桨改軌蛟谏L過程期間改變摻入在GaN晶體中的過渡金屬量。通過該方法需要重新充入鎵和過渡金屬，以便調(diào)節(jié)過渡金屬濃度，或者在消耗率(鎵和過渡金屬的)不同的情況下保持過渡金屬濃度。過渡金屬摻入量可以隨著過程歷史變化，因?yàn)榭赡芘cHC1的優(yōu)先反應(yīng)，從而在鎵中的過渡金屬濃度隨著時間變化。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于該過程的簡便性，它可以在現(xiàn)有的HVPEGaN反應(yīng)器中進(jìn)行而不用進(jìn)行任何硬件改變。在另一個實(shí)施方案中，將過渡金屬摻雜劑放在位于反應(yīng)器內(nèi)的單獨(dú)小舟中或者在外部源容器中，并且HC1在過渡金屬小舟上面流動，從而將過渡金屬轉(zhuǎn)變成由載體氣體運(yùn)載到生長區(qū)域中的氣態(tài)金屬氯化物?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)HC1流量和小舟溫度來調(diào)節(jié)氣態(tài)過渡金屬氯化物的濃度，從而實(shí)現(xiàn)對于特定半絕緣GaN生長過程適當(dāng)?shù)奶囟ń饘俾然餄舛?。在還有一個實(shí)施方案中，將過渡金屬氯化物放在位于反應(yīng)器內(nèi)的單獨(dú)小舟中或在外部源容器中，并且采用載體氣體來將金屬氯化物蒸汽運(yùn)載到生長區(qū)域中?？梢酝ㄟ^對于形成半絕緣GaN材料所需的深受主摻雜劑的補(bǔ)償水平而言適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)小舟/源容器溫度和載體氣體流速來控制金屬氯化物蒸汽的濃度。用于賦予GaN材料半絕緣特征的深受主物質(zhì)的所需摻雜濃度可以很容易通過在連續(xù)運(yùn)行中簡單地依據(jù)經(jīng)驗(yàn)改變摻雜劑濃度之后通過四點(diǎn)探針確定法表征出在每次運(yùn)行中產(chǎn)生出的材料特征來確定，從而確定出最適用于特定一組過程條件的濃度。由于所有這些因素都可以影響GaN生長過程以及在GaN材料中的施主物質(zhì)的特性和補(bǔ)償程度，所以可以采用相同的方案來經(jīng)驗(yàn)確定適當(dāng)?shù)倪^程變量和/或反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)材料。因此，氣相外延生長法可以利用金屬氯化物作為導(dǎo)入進(jìn)生長區(qū)域的氣態(tài)摻雜劑源材料。該方案需要使用具有足夠高蒸汽壓力的過渡金屬氯化物，因此局限于具有較高金屬氯化物蒸汽壓力的過渡金屬例如鐵?？梢酝ㄟ^測量出候選金屬氯化物化合物的蒸汽壓力來確定用于這個方案的合適過渡金屬，從而確定出適用于GaN生長過程的給定用途的過渡金屬氯化物化合物。在另一個變化的方案中，可以采用揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物作為深受主源反應(yīng)物，例如用于深受主過渡金屬。用于這種用途的揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物包括但不限于環(huán)戊二烯基過渡金屬化合物，例如Cp2Fe(二(環(huán)戊二烯基)鐵，也被稱為二茂鐵)、Cp2Mn、Cp2Co、Cp2Ni、Cp2Cr、深受主金屬化合物例如羰基金屬、羰基金屬衍生物、金屬戊二酮酸(pentanedionate)、金屬乙酰丙酮和其它具有可充分蒸發(fā)或揮發(fā)特征以便采用輸送技術(shù)例如閃蒸、氣泡輸送、升華、霧化、超聲波分散等輸送給生長腔室的脂肪族和芳香族深受主金屬源化合物。例如，可以通過起泡器輸送技術(shù)將上述化合物例如示例性環(huán)戊二烯基化合物輸送給生長腔室，其中深受主金屬環(huán)戊二烯基化合物在室溫(約25卩)下為固體并且具有足夠的用在基于起泡器的蒸汽輸送裝置中的蒸汽壓力。將金屬環(huán)戊二烯基化合物放在位于主反應(yīng)器容器外面的起泡器中，并且使載體氣體穿過該起泡器以夾帶著有機(jī)金屬蒸汽并且將它輸送給在反應(yīng)器腔室中的生長區(qū)域中。通過這種起泡器輸送，可以通過在起泡器腔室中的溫度和載體氣體流速來控制在GaN晶體中的金屬雜質(zhì)濃度，它們每一個都可以單獨(dú)改變以實(shí)現(xiàn)源自金屬環(huán)戊二烯基化合物的金屬的特定摻入。在本發(fā)明的其它實(shí)施方案中，深受主試劑可以為任意適用于在處理并且隨后摻入在生長的GaN薄膜中以賦予其半絕緣特征的合適相(氣體、液體或固體)。半絕緣GaN襯底可以根據(jù)本發(fā)明在這樣一個過程中形成，其中半絕緣GaN材料在藍(lán)寶石、SiC或其它合適的異質(zhì)外延襯底上生長，之后通過合適的分離過程使半絕緣GaN材料與異質(zhì)外延襯底分離。如在于1997年10月21日授權(quán)的題目為"MethodofMakingaSingleCrystalGa*NArticle"的US5679152中所更全面地描述的一樣，半絕緣GaN材料與異質(zhì)外延襯底的這種分離例如可以通過在半絕緣GaN生長溫度下或其附近溫度下現(xiàn)場去除異質(zhì)外延襯底來進(jìn)行，該文獻(xiàn)在這里被引用作為參考。作為其它可選方案，如在上面被引用作為參考并且確定出的各個專利和專利申請中所更完全地披露的一樣，可以采用分離層、熱破碎技術(shù)、在GaN/異質(zhì)外延襯底界面上的能量沖擊或者按照其它合適的方式來進(jìn)行使半絕緣GaN材料與異質(zhì)外延襯底材料的分開或分離。作為再一個可選方案，本發(fā)明的GaN材料可以在如在上面被引用作為參考并且確定出的各個專利和專利申請中所更完全地披露的一樣形成的GaN籽晶上長大。這種GaN籽晶可以具有半絕緣特征，或者半絕緣材料可以在隨后去除的導(dǎo)電籽晶上長大(例如，通過拋光、切割或其它去除技術(shù))。本發(fā)明的半絕緣塊狀GaN材料可以通過氣相沉積技術(shù)例如HVPE或者按照其它合適的方式形成為任意合適的厚度和尺寸特征。例如，半絕緣GaN襯底可以形成為具有大約300微米至大約5厘米的厚度，從而產(chǎn)生出具有適當(dāng)尺寸的單塊晶片、晶錠、梨晶或其它塊狀材料體。例如，可以進(jìn)行本發(fā)明的HVPE方法以產(chǎn)生出其直徑水平大約為50-100毫米、厚度為1.25cm或更大的半絕緣GaN梨晶。單晶體半絕緣GaN的塊狀材料體一旦形成則通過鋸切或其它技術(shù)進(jìn)行加工以產(chǎn)生出晶片坯料。該晶片坯料必要時又經(jīng)過搭接、拋光和平面化操作以生產(chǎn)出用于在其上形成電子和/或光電子器件結(jié)構(gòu)的具有合適厚度的晶片。氮化鎵材料因此可以用作用來在其上和/或在其內(nèi)構(gòu)造電子器件的半絕緣襯底。這種電子器件例如可以包括例如高電子遷移率晶體管(HEMT)、單片微波集成電路(MMIC)等器件。另外，本發(fā)明的氮化鎵材料可以與導(dǎo)電襯底一起使用以便于構(gòu)造出微電子器件例如高功率整流器。所完成的晶片優(yōu)選具有較低的位錯缺陷，它低于大約106缺陷/cm2,可以通過適當(dāng)?shù)娜毕菪揎椫罄肁FM或光學(xué)顯微技術(shù)確定。例如，在對GaN晶片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或者熱磷酸蝕刻之后圍繞線位錯形成小凹孔(可以通過AFM看見)。這些位錯是"修飾過的"。本發(fā)明的半絕緣GaN用于構(gòu)造很多種當(dāng)前在異質(zhì)外延襯底材料例如藍(lán)寶石或半絕緣碳化硅上生長的GaN器件。本發(fā)明因此提供了用于形成半絕緣GaN的方法，其中在氮化鎵材料中的施主物質(zhì)在材料生長過程期間由受主物質(zhì)補(bǔ)償。受主物質(zhì)可以包括摻雜劑深受主物質(zhì)例如Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Cr等，以及源自原材料、生長腔室結(jié)構(gòu)材料等的補(bǔ)償雜質(zhì)，它們用來補(bǔ)償施主物質(zhì)并且產(chǎn)生出作為生長過程產(chǎn)品的半絕緣GaN材料。在本發(fā)明的范圍內(nèi)相應(yīng)地可以利用多種雜質(zhì)作為補(bǔ)償受主物質(zhì)。在生產(chǎn)半絕緣GaN塊狀形式中，在本發(fā)明的范圍還可以采用雜質(zhì)缺陷復(fù)合體來補(bǔ)償在生長的GaN材料中的殘余施主。在己經(jīng)在其它相應(yīng)過程條件下但是在摻雜劑/雜質(zhì)的不同濃度下形成的GaN試樣中，可以很容易通過測量所形成的GaN材料的電阻率來確定在本發(fā)明的GaN生長過程中所期望的摻雜劑/雜質(zhì)物質(zhì)的濃度，其中將合適材料的歐姆接觸(例如，InSn合金接觸)形成在相應(yīng)的材料試樣上以能夠進(jìn)行電阻率測試。需要高溫測量來精確地確定電阻率。也可以采用二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)來測量并且調(diào)整本底雜質(zhì)和摻雜劑濃度。作為具體實(shí)施例，離子摻雜可以在由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的SIMS或GDMS測量技術(shù)來確定的大約為3xl0"Fe原子/113至大約7xlO"Fe原子/cm3的濃度下進(jìn)行，并且施主濃度小于3xl016/cm3，從而產(chǎn)生出具有合適電阻率數(shù)值例如約2xl(^歐姆.cm的半絕緣GaN。本發(fā)明的半絕緣GaN材料具有與GaN材料的半絕緣特征一致的本底載體濃度，并且這種本底載體濃度優(yōu)選盡可能低。例如，在不存在本發(fā)明的半絕緣補(bǔ)償?shù)那闆r下的生長過程可以產(chǎn)生出具有大約1015至10"cn^的本底載體濃度的GaN材料。必要時例如可以通過使用足夠長的生長時間來將缺陷密度和雜質(zhì)濃度(例如，例如硅、氧、硫、碳、磷、氯等的雜質(zhì))降低至預(yù)定或其它所期望的水平來調(diào)節(jié)生長過程的條件以降低本底載體濃度，所述水平應(yīng)該盡可能低。也可以通過適當(dāng)調(diào)節(jié)過程條件例如III-V比例、生長溫度、壓力、生長速度等來減小本底載體濃度。用在生長過程中的化學(xué)反應(yīng)物的純化或者使用超高純度反應(yīng)物也有利于減小本底載體濃度，例如避免會不理想地產(chǎn)生出雜質(zhì)例如硅、氧等的生長腔室結(jié)構(gòu)部件。與前面一致，在本發(fā)明的實(shí)踐中用作補(bǔ)償物質(zhì)的深受主及其先驅(qū)體(在采用先驅(qū)體反應(yīng)物時)同樣最好具有高純度特征，這避免了將污染雜質(zhì)不理想地導(dǎo)入進(jìn)生長的氮化鎵材料中。另外，這些深受主和先驅(qū)體最好選擇為與用來形成半絕緣GaN材料的特定生長過程良好匹配。例如，用作用于過渡金屬摻雜劑物質(zhì)的來源的有機(jī)金屬先驅(qū)體最好選擇為具有足夠的揮發(fā)性以便在生長環(huán)境中進(jìn)行有效傳輸，并且干凈有效地分解以產(chǎn)生出所期望的摻雜劑物質(zhì)或者按照有效地?fù)饺肷钍苤魑镔|(zhì)這樣一種方式反應(yīng)或轉(zhuǎn)變，從而不會將不期望的雜質(zhì)引入到生長的GaN材料中。通過下面示例性非限定實(shí)施例更全面地顯示出本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例l:摻入了多種過渡金屬元素的HVPEGaN生長在該實(shí)施例中，在HVPE過程中確定出將過渡金屬摻入在GaN晶體中的效率。將Cu、Ni、Co、Fe、Mn和Cr的每一種的一個重量百分比與其它的這些金屬一起加入在HVPEGaN生長系統(tǒng)的鎵小舟中。在將HVPE反應(yīng)器加熱至生長條件之后，氮化鎵晶體在與沒有過渡金屬雜質(zhì)的用于氮化鎵的HVPE生長相同的生長條件下生長。生長條件如下生長溫度-1030。C，生長壓力=50托，并且生長速度=約100fim/小時。供應(yīng)商使用輝光放電質(zhì)譜儀(GDMS)來分析在生長的GaN晶體中的過渡金屬雜質(zhì)濃度。表I顯示出在該實(shí)施例中生長的GaN晶體中的雜質(zhì)的濃度。Cr、Mn和Co的每一種的濃度都低于GDMS的檢測限制。該鐵濃度在GaN薄膜中最高，之后為銅和鎳。該試驗(yàn)表明，在金屬鎵容器中的過渡金屬雜質(zhì)的混合物允許在HVPEGaN生長期間合理的將鐵和銅摻入在晶體中。表I:在實(shí)施例1中生長的GaN晶體中由GDMS測量出的雜質(zhì)濃度(基于GaN薄膜重量的以重量計的十億分之一)過渡金屬濃度(ppb)Cr<5Mn<5Fe40Co<1Ni6.5Cu25實(shí)施例2:采用低水平鐵摻雜的半絕緣HVPEGaN在該實(shí)施例中，通過摻入低濃度鐵雜質(zhì)來闡明半絕緣HVPEGaN晶體的生長和性能。在室溫下將2.8克99.995%純度的鐵和250克99.99999%純度的鎵裝載進(jìn)鎵小舟(容器)中。將該反應(yīng)器密封，并且將反應(yīng)器溫度升高至生長溫度。采用基線生長條件使GaN晶體在藍(lán)寶石模板上生長。生長條件如下生長溫度-103(TC，生長壓力=50托，并且生長速度-大約為100nm/小時。在四個小時生長之后，從反應(yīng)器中將GaN晶體取出并且定性。下面的表II顯示出在該實(shí)施例中生長的GaN晶體中的雜質(zhì)濃度。供應(yīng)商通過二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測量出雜質(zhì)濃度。鐵濃度大約為4xlO"Fe原子/cm3，這稍高于施主雜質(zhì)(硅、氧和碳)的總體濃度。表II:在實(shí)施例2中生長的GaN晶體中由SIMS測量出的雜質(zhì)濃度<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>采用InSn接觸通過四點(diǎn)探針方法測量出作為溫度函數(shù)的在實(shí)施例2中生長的GaN晶體的電阻率。一旦InSn已經(jīng)熔融并且GaN溫度高于約6CTC，則接觸為歐姆的。圖1顯示出用于通過上述方法生長的摻鐵GaN晶體試樣的作為試樣逆溫度的函數(shù)的電阻率數(shù)據(jù)。在250°C下的電阻率為3xlOS歐姆厘米，并且在室溫下的電阻率(通過外推法確定)為2x109歐姆厘米。用于摻FeGaN的激活能為0.51eV，如圖1所示。實(shí)施例3:采用低水平鐵摻雜但是具有高施主雜質(zhì)的導(dǎo)電HVPEGaN在該實(shí)施例中，闡明了降低本底施主雜質(zhì)濃度的重要性。該實(shí)施例采用與用在實(shí)施例2中的反應(yīng)器不同的HVPE反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。在室溫(約25。C)下將5克99.995%純度的鐵和800克99.99999%純度的鎵裝載到鎵小舟(容器)中。將該反應(yīng)器密封，并且將反應(yīng)器溫度升高至生長溫度。采用基線生長條件使GaN晶體在藍(lán)寶石模板上生長。生長條件為生長溫度-103(TC,生長壓力=400托，并且生長速度=大約為200pm/小時。在穩(wěn)態(tài)生長過程之前進(jìn)行犧牲生長，從而讓反應(yīng)器靜置在穩(wěn)定狀態(tài)中，在穩(wěn)態(tài)生長過程的開始時，在鎵小舟中的鎵量大約為600克。雖然初始鐵濃度為0.6wt%，但是沒有確定出在小舟中的鐵量。在生長三個小時之后，從反應(yīng)器中取出GaN晶體并且定性。在該實(shí)施例中生長的晶體不是半絕緣的。室溫Hall測量表明，載體濃度為6.6xl016cm-3，并且載體遷移率為895cm2/Vs。晶體的電阻率為0.1歐姆厘米。通過二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測量出雜質(zhì)濃度。如下面表III中所示一樣，鐵濃度的SIMS確定值為1.9xl016cm-3。該鐵濃度低于硅和氧的總濃度，它們可用于說明在該實(shí)施例中生長的GaN的導(dǎo)電特征。表III:在實(shí)施例3中生長的GaN晶體中由SIMS和GDMS測量出的雜質(zhì)濃度<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>實(shí)施例4:采用高水平鐵摻雜的HVPEGaN該實(shí)施例涉及了兩種試樣，每種摻雜了比Si或O更多的Fe，但是所有摻雜劑在兩個試樣中都是高濃度。該實(shí)施例顯示出，如果本底雜質(zhì)水平太高，則不可能簡單地加入更多的深受體以補(bǔ)償。相反存在一本底雜質(zhì)限制(BIL)，我們已經(jīng)確定它(對于鐵而言；BIL可以取決于所采用的特定補(bǔ)償物質(zhì))大約為5.0xlOncm-3，高于該濃度則本底雜質(zhì)變得不能通過將深受主物質(zhì)進(jìn)一步加入到生長的GaN材料中來補(bǔ)償。為此，GaN本底雜質(zhì)濃度(BIC)不應(yīng)該超過大約5.0xl0"cm人在優(yōu)選的實(shí)踐中，BIC小于1.0xlOl7cm-3，更優(yōu)選小于5.0xl016cm-3，并且最優(yōu)選小于lxlO'W3。在該實(shí)施例中，在室溫下將5克99.995%純度的鐵和800克99.99999%純度的鎵裝載到鎵小舟(容器)中。將該反應(yīng)器密封，并且將反應(yīng)器溫度升高至生長溫度。采用基線生長條件使GaN晶體在藍(lán)寶石模板上生長。生長條件為生長溫度-103(TC，生長壓力=400托，并且生長速度=大約為200pm/小時。在建立穩(wěn)態(tài)生長狀態(tài)之前進(jìn)行短暫的犧牲生長，從而讓反應(yīng)器靜置在穩(wěn)定狀態(tài)中。在穩(wěn)態(tài)生長開始時，在鎵小舟中的鎵量大約為750克，并且在小舟中的鐵量大約為0.6wt%。在生長三個小時之后，從反應(yīng)器中取出GaN晶體并且定性。供應(yīng)商通過二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測量出雜質(zhì)濃度。表IV顯示出在該實(shí)施例中生長的晶體的雜質(zhì)濃度。在晶體中的鐵濃度大約為l.lxl019cm-3,比硅濃度(1.0><10170111-3)和氧濃度(4.7xl0"cm力的組合要高得多。但是，室溫Hall測量表明，該晶體不是半絕緣的。晶體的室溫電阻率為16歐姆厘米，并且載體濃度為5xlOl5cm-3，并且載體遷移率為68cm2/Vs。這暗示在高濃度下的鐵沒有完全補(bǔ)償施主雜質(zhì)。表IV:在實(shí)施例4中生長的GaN晶體中由SIMS測量出的雜質(zhì)濃度<table>tableseeoriginaldocumentpage34</column></row><table>圖2顯示出用于在該實(shí)施例中生長的晶體的UV-VIS透射光譜。該晶體為雙面拋光，厚為384|am，并且離子濃度為l.lxlOl9cm-3，硅濃度為1.0xlC^cm-3并且氧濃度為4.7xl017cm-3。圖3顯示出另一種晶體(單面拋光，200微米厚)的UV-VIS透射光譜，它在更高的鐵濃度下在鎵小舟中生長，從而生產(chǎn)出其鐵濃度為3xlO"cm^的高度摻鐵晶體。施主雜質(zhì)為其濃度為7.5xlO"cm-3的硅和濃度為4.9xl0"cn^的氧。該晶體是導(dǎo)電的，并且其電阻率為0.012歐姆厘米，載體濃度為1.2xlOl9cm-3，并且遷移率為35cm2/Vs。兩種晶體都呈現(xiàn)為n型導(dǎo)電。UV-VIS光譜顯示出在456.7nm(2.71eV)處相對尖銳的吸收頂峰，這是由于在6A1(S)基態(tài)中的Fe3+中央內(nèi)過渡(intracentertransition)至lj4E(G)激發(fā)態(tài)。在低于450nm的波長下的寬帶吸收是由于Fe3+6A1(S)基態(tài)激發(fā)成有界(bounded)的電子空穴碰撞偶(F^+)導(dǎo)致的。這種寬吸收在大約390nm(3.18eV)處整平，從而表明？63+^62+電荷轉(zhuǎn)移的能量級大約高于價帶3.18eV。在高度離子摻雜的HVPEGaN晶體中的n型導(dǎo)電原點(diǎn)不能嚴(yán)格確定，但是可以與高離子濃度引起的晶體缺陷的產(chǎn)生相關(guān)。盡管如此，該實(shí)施例表明實(shí)現(xiàn)半絕緣GaN不僅僅是在本底雜質(zhì)濃度較高時裝載具有大量的深受主摻雜劑物質(zhì)的薄膜的事情。相反，如上所述，GaN薄膜的BIC必須低于這種材料的BIL，以便能夠補(bǔ)償本底雜質(zhì)從而產(chǎn)生出半絕緣GaN材料。通過在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)之后用原子力顯微鏡(AFM)統(tǒng)計出腐蝕坑密度來測量出GaN:Fe晶片的位錯密度。化學(xué)機(jī)械拋光在位錯附近給位錯裝飾了稍微不同的拋光率。與針對在相同生長條件但是沒有鐵的情況下生長出的試樣測量出的一樣，其Fe濃度為1019cm-3的GaN:Fe試樣的位錯密度大約為8xl06cnT2。通過激光閃光法在不同的試樣溫度下測量出GaN:Fe晶片的導(dǎo)熱性。圖4顯示出針對其Fe濃度為1019cnT3的摻Fe試樣和兩個在類似條件下但是沒有鐵的情況下生長出的兩種無意摻雜(UID)的GaN試樣的導(dǎo)熱性對逆溫度的曲線。與在相同生長條件下但是沒有鐵的情況下生長出的試樣所測量出的類似，其Fe濃度為10'、m^的第一GaN:Fe試樣的導(dǎo)熱性在室溫(約25'C)下為210W/mK。在下面的表IV.A中給出了幾種異質(zhì)模板的導(dǎo)熱性以便進(jìn)行比較。導(dǎo)熱性比通常在異質(zhì)外延期間所采用的藍(lán)寶石模板的導(dǎo)熱性大的多。表IV.AUID:無意摻雜的GaN:與其它GaN襯底的導(dǎo)熱性的比較藍(lán)寶石30W/mKSiC300-380W/mKSi140W/mKHVPE220W/mK實(shí)施例5:采用揮發(fā)性有機(jī)金屬作為摻雜劑源的摻雜過渡金屬的HVPEGaN。該實(shí)施例顯示出從有機(jī)金屬先驅(qū)體中借助起泡器輸送將深受主物質(zhì)摻入在生長的GaN薄膜中。該實(shí)施例闡明了采用雙(環(huán)茂二烯基)的金屬化合物作為金屬先驅(qū)體將過渡金屬從反應(yīng)器的起泡器外面提供使其摻入GaN晶體材料。二茂鐵(二(環(huán)茂二烯基)鐵，Cp2Fe)為用在該實(shí)施例中的特定先驅(qū)體化合物。來自起泡器的氣流與反應(yīng)器內(nèi)部的氨水混合。在室溫(約25。C)下將250克純度的99.99999%鎵裝載到鎵小舟(容器)中。將該反應(yīng)器密封并且使反應(yīng)器溫度升高至生長溫度。采用基線生長條件使GaN晶體在藍(lán)寶石模板上生長。生長條件為生長溫度-1030。C，生長壓力=50托，并且生長速度=大約為100pm/小時。使氮載體氣體流過二茂鐵起泡器，并且使起泡器保持在43"C的溫度下。起泡器載體氣體的流速為200sccm。在藍(lán)寶石襯底上生長一個小時之后，從反應(yīng)器中將GaN晶體取出，并且定性。通過SIMS技術(shù)來分析在GaN晶體中的鐵和其它雜質(zhì)濃度。表V顯示出由SIMS測量出的雜質(zhì)濃度。在晶體中的碳雜質(zhì)處于SIMS裝置的檢測限制處，從而表明在生長過程期間有機(jī)金屬先驅(qū)體不會將顯著量的碳雜質(zhì)引入到晶體中。在晶體中的高的氧濃度是由于在該生長期間到反應(yīng)器中的泄漏。在反應(yīng)器的氣密性更好的情況下的隨后生長導(dǎo)致明顯降低的氧雜質(zhì)水平。表V:在實(shí)施例5中生長出的GaN晶體中由SIMS和GDMS測量出的雜質(zhì)濃度<table>tableseeoriginaldocumentpage37</column></row><table>實(shí)施例6:在反應(yīng)器內(nèi)用單獨(dú)摻雜劑小舟進(jìn)行過渡金屬摻雜該實(shí)施例闡明了采用在生長反應(yīng)器內(nèi)的單獨(dú)金屬小舟將過渡金屬摻入在GaN晶體中。除了鎵小舟之外，反應(yīng)器布置成包含用于過渡金屬摻雜的單獨(dú)小舟。將800克99.99999%純度的鎵裝載到鎵小舟中，并且將5克99.995%純度的鐵絲裝載到摻雜劑小舟中。首先在沒有摻雜劑流動的情況下建立基線生長條件。基線生長條件為生長溫度-104(TC，生長壓力=大氣壓，并且生長速度-125iim/小時。在隨后的生長過程中，將用于摻雜劑小舟的HC1流打開，同時其它條件與基線生長條件相同。HC1與金屬鐵反應(yīng)，從而形成被運(yùn)載到生長區(qū)域中的氯化鐵。用于摻雜劑小舟的HC1流量為5sccm，并且用于鎵小舟的HC1流量為50sccm。釆用藍(lán)寶石襯底，并且所獲得的GaN薄膜厚度為60|im。通過在圖5中所示的UV-VIS透射光譜證明鐵在薄膜中的存在，其中將o/。透光率繪制成為以納米(nm)為單位的波長的函數(shù)。通向鐵小舟的更高HC1流(對于用在該實(shí)施例中的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)而言〉5sccm)導(dǎo)致氮化鎵在基線生長條件下腐蝕。雖然更低的HC1流量或更少的氯化鐵對于實(shí)現(xiàn)半絕緣特征而言是優(yōu)選的，但是該實(shí)施例表明，當(dāng)HC1在單獨(dú)金屬小舟中在Fe上經(jīng)過時可以將足夠量的Fe摻入進(jìn)GaN晶體中。實(shí)施例7:用在反應(yīng)器內(nèi)的單獨(dú)摻雜劑小舟進(jìn)行過渡金屬摻雜的一般實(shí)施例該實(shí)施例闡明了與實(shí)施例6類似采用在反應(yīng)器內(nèi)的單獨(dú)摻雜劑金屬小舟將過渡金屬摻入在GaN晶體中。除了鎵小舟之外，反應(yīng)器包含了用于過渡金屬摻雜的單獨(dú)小舟。將800克99.99999%純度的鎵裝載到鎵小舟中，并且將5克選自表VI的99.995%純度的金屬元素裝載到摻雜劑小舟中。首先在沒有摻雜劑流動的情況下建立基線生長條件?；€生長條件為生長溫度-1000-1050。C，生長壓力=大氣壓，并且生長速度-100-250nm/小時。在隨后的生長中，將用于摻雜劑小舟的HC1流打開，同時其他條件與基線生長條件相同。HC1流量為l-100sccm。通過HC1和載體氣體將過渡金屬元素輸送給生長區(qū)域，從而將過渡金屬摻雜劑摻入進(jìn)生長的GaN晶體中。針對在下面的表VI中列出的金屬元素的每一種進(jìn)行前面概括的程序。_表VI:用于實(shí)施例7的金屬元素_Cr,Mo，W,Mn，Re，F(xiàn)e，Ru，Os，Co，Rh,Ir,Ni,Pd,Pt，Cu，Ag，Au，Zn，Cd和Hg實(shí)施例8:采用有機(jī)金屬作為過渡金屬摻雜源的一般實(shí)施例該實(shí)施例闡明了采用從反應(yīng)器的起泡器外面提供的金屬化合物將過渡金屬摻入在GaN晶體材料中。采用選自表VII的金屬有機(jī)化合物中的一種。在室溫(約25")下將250-7000克99.99999%純度的鎵裝載到鎵小舟(容器)中。將該反應(yīng)器密封并且使反應(yīng)器溫度升高至生長溫度。首先在沒有氣泡流的情況下建立基線生長條件。該基線生長條件為生長溫度-1000-105(TC,生長壓力=大氣壓，并且生長速度=100-25(Him/小時。在隨后的生長中，將氣泡流接通，同時其它條件與基線生長條件相同。過渡金屬元素通過起泡器載體氣體輸送給生長區(qū)域，從而摻入進(jìn)生長的GaN晶體中。對于在下面表VII中所列出的每種金屬有機(jī)化合物進(jìn)行前面概括的程序。表VII__用于實(shí)施例8的金屬有機(jī)化合物__二(環(huán)茂二烯基)鉻__二(環(huán)茂二烯基)鈷__二(環(huán)茂二烯基)鐵__二(環(huán)茂二烯基)錳__二(環(huán)茂二烯基)二氯化鉬__二(環(huán)茂二烯基)鎳__二(環(huán)茂二烯基)鋨__二(環(huán)茂二烯基)釕__二(環(huán)茂二烯基)二氯化鴇_二甲基鋅前面的實(shí)施例舉例說明了用于形成大面積自支撐半絕緣氮化鎵的本發(fā)明方法以及由這些生長技術(shù)產(chǎn)生出的大面積自支撐半絕緣氮化鎵的特征。根據(jù)本發(fā)明制造出的半絕緣氮化鎵為用于構(gòu)造電子和/或光電子GaN器件的有用襯底材料，包括以前構(gòu)造在異質(zhì)外延襯底例如藍(lán)寶石、碳化硅等上的GaN器件。雖然在這里已經(jīng)參照具體特征、方面和實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了各種說明，但是要理解的是本發(fā)明的范圍并不因此受限，而是可以延伸至并且包括其自身對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)在這里所披露的內(nèi)容可以理解的這些變型、變化和其它實(shí)施方案。因此，本發(fā)明打算在廣義上解釋為涵蓋落入在在下面所要求保護(hù)的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有這些變型、變化和可選實(shí)施方案。權(quán)利要求1.一種大面積單晶體半絕緣氮化鎵。2.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，它摻雜有用來補(bǔ)償在氮化鎵中的殘余施主物質(zhì)的過渡金屬摻雜劑物質(zhì)，其中過渡金屬摻雜劑物質(zhì)的濃度足以使得所述氮化鎵是半絕緣的。3.如權(quán)利要求2所述的氮化鎵，其中所述過渡金屬摻雜劑物質(zhì)包括選自由Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd和Hg構(gòu)成的組中的至少一種過渡金屬。4.如權(quán)利要求2所述的氮化鎵，其中所述過渡金屬摻雜劑物質(zhì)包括選自由Mn、Fe、Co、Ni和Cu構(gòu)成的組中的至少一種過渡金屬。5.如權(quán)利要求2所述的氮化鎵，其中所述過渡金屬摻雜劑物質(zhì)包括錳。6.如權(quán)利要求2所述的氮化鎵，其中所述過渡金屬摻雜劑物質(zhì)包括鈷。7.如權(quán)利要求2所述的氮化鎵，其中所述過渡金屬摻雜劑物質(zhì)包括鎳。8.如權(quán)利要求2所述的氮化鎵，其中所述過渡金屬摻雜劑物質(zhì)包括銅。9.如權(quán)利要求2所述的氮化鎵，其中所述過渡金屬摻雜劑物質(zhì)包括鐵。10.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，它是通過氫化物氣相外延生長法形成的。11.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其厚度在大約50微米至大約5厘米的范圍內(nèi)。12.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其形式為梨晶的形式。13.如權(quán)利要求12所述的氮化鎵，其中所述梨晶其厚度在大約300微米至大約5厘米的范圍中。14.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，它是自支撐的。15.如權(quán)利要求14所述的氮化鎵，其直徑至少為50毫米，并且其厚度至少為300微米。16.如權(quán)利要求15所述的氮化鎵，其中所述厚度在300微米至5厘米的范圍內(nèi)。17.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其電阻率在25'C下大于約1020-cnu18.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其電阻率在25°0下大于約1050-crru19.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其電阻率在20(TC下大于約1020-cnu20.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其電阻率在20(TC下大于約1050-cm021.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其電阻率在30(TC下大于約10SQ-cmo22.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其中意外雜質(zhì)的濃度低于5X10l7citr3。23.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其中意外雜質(zhì)的濃度低于1X1017cm.3。24.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其中意外雜質(zhì)的濃度低于5X1016cm-3。25.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其中意外雜質(zhì)的濃度低于1X1016cnr3。26.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其位錯缺陷密度不超過107缺陷/cm2o27.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其位錯缺陷密度不超過106缺陷/cm2c28.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，其位錯缺陷密度不超過105缺陷/cm2。29.如權(quán)利要求2所述的氮化鎵，它包括具有硅和氧的本底雜質(zhì)，其中所述過渡金屬摻雜劑物質(zhì)包括鐵，并且所述鐵的濃度大于所述硅和所述氧的總濃度。30.如權(quán)利要求2所述的氮化鎵，其中所述過渡金屬摻雜劑物質(zhì)包括鐵，由SIMS確定的鐵濃度在大約3X10"原子/cmS至大約7X10卩原子/113的范圍內(nèi)。31.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，它摻雜有用來補(bǔ)償在氮化鎵中的殘余施主物質(zhì)的摻雜劑物質(zhì)，其中摻雜劑物質(zhì)的激活能大于0.35eV。32.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，它摻雜有用來補(bǔ)償在氮化鎵中的殘余施主物質(zhì)的摻雜劑物質(zhì)，其中摻雜劑物質(zhì)的激活能大于0.50eV。33.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，它摻雜有用來補(bǔ)償在氮化鎵中的殘余施主物質(zhì)的摻雜劑物質(zhì)，其中摻雜劑物質(zhì)的激活能大于0.75eV。34.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，它摻雜有其激活能大于0.35eV的過渡金屬慘雜劑物質(zhì)。35.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，它包括構(gòu)造在其上和/或其內(nèi)的微電子電路，其中所述氮化鎵在所述微電子電路的工作溫度狀況中是半絕緣的。36.如權(quán)利要求l所述的氮化鎵，它具有構(gòu)造在其上和/或其內(nèi)的電子電路。37.—種電子器件結(jié)構(gòu)，它包括如權(quán)利要求l所述的氮化鎵和構(gòu)造在其上和/或其內(nèi)的電子器件。38.如權(quán)利要求37所述的電子器件結(jié)構(gòu)，其中所述電子器件包括高電子遷移率晶體管(HEMT)。39.如權(quán)利要求37所述的電子器件結(jié)構(gòu)，其中所述電子器件包括單片微波集成電路(MMIC)。40.如權(quán)利要求37所述的電子器件結(jié)構(gòu)，其中所述氮化鎵位于導(dǎo)電襯底上。41.如權(quán)利要求40所述的電子器件結(jié)構(gòu)，其中所述電子器件包括高功率整流二極管。42.—種形成大面積半絕緣氮化鎵的方法，包括通過生長過程生長出氮化鎵材料，并且在生長過程期間，利用摻雜劑物質(zhì)摻雜生長中的氮化鎵，該摻雜劑物質(zhì)用來補(bǔ)償在氮化鎵中的殘余施主物質(zhì)，其中摻雜劑物質(zhì)的濃度足以使得所述氮化鎵是半絕緣的。43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述摻雜劑物質(zhì)包括選自由Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd和Hg構(gòu)成的組中的至少一種過渡金屬。44.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述摻雜劑物質(zhì)包括選自由Mn、Fe、Co、Ni和Cu構(gòu)成的組中的至少一種過渡金屬。45.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述摻雜劑物質(zhì)包括錳。46.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述摻雜劑物質(zhì)包括鈷。47.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述摻雜劑物質(zhì)包括鎳。48.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述摻雜劑物質(zhì)包括銅。49.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述摻雜劑物質(zhì)包括鐵。50.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述氮化鎵包含有包括硅和氧在內(nèi)的本底雜質(zhì)，其中所述摻雜劑物質(zhì)包括鐵，并且所述鐵的濃度大于所述硅和所述氧的總濃度。51.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述摻雜劑物質(zhì)包括鐵，并且進(jìn)行所述生長過程以便使氮化鎵具有由SIMS確定的在大約3X10"原子/cr^至大約7Xl(^原子/ci^的范圍內(nèi)的鐵濃度。52.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括氫化物氣相外延生長法(HVPE)。53.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述氮化鎵的電阻率在25X:下大于約102Q-cm。54.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述氮化鎵的電阻率在25"C下大于約lQ5Q-cm。55.如權(quán)利要求42所述的方法，""C下大于約l()2Q-cm。56.如權(quán)利要求42所述的方法，。C下大于約10SQ-cm。57.如權(quán)利要求42所述的方法，。C下大于約105。-cm。58.如權(quán)利要求42所述的方法，于0.35eV。59.如權(quán)利要求42所述的方法，于0.50eV。其中所述氮化鎵的電阻率在200其中所述氮化鎵的電阻率在200其中所述氮化鎵的電阻率在300其中所述摻雜劑物質(zhì)的激活能大其中所述摻雜劑物質(zhì)的激活能大60.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述摻雜劑物質(zhì)的激活能大于0.75eV。61.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述氮化鎵的意外雜質(zhì)的濃度低于5X10'7cm-3。62.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述氮化鎵的意外雜質(zhì)的濃度低于lX10"cnr3。63.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述氮化鎵的意外雜質(zhì)的濃度低于5X10"cnr3。64.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述氮化鎵的意外雜質(zhì)的濃度低于lX10"cnr3。65.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述氮化鎵的位錯密度不超過107缺陷/cm2。66.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述氮化鎵的位錯密度不超過10^夫陷/cm2。67.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述氮化鎵的位錯密度不超過105缺陷/cm2。68.如權(quán)利要求42所述的方法，其中由所述生長過程產(chǎn)生出的氮化鎵是自支撐的。69.如權(quán)利要求68所述的方法，其中所述氮化鎵其直徑至少為50毫米，并且其厚度至少為300微米。70.如權(quán)利要求69所述的方法，米至5厘米的范圍內(nèi)。71.如權(quán)利要求42所述的方法，鎵生長以形成梨晶的步驟。72.如權(quán)利要求42所述的方法，電子電路的步驟。73.如權(quán)利要求42所述的方法，電子器件的步驟。74.如權(quán)利要求42所述的方法，鎵的步驟。75.如權(quán)利要求42所述的方法，在籽晶上生長。76.如權(quán)利要求75所述的方法，籽晶。其中所述氮化鎵其厚度在300微包括通過HVPE生長過程使氮化還包括在氮化鎵上和/或其內(nèi)構(gòu)造還包括在氮化鎵上和/或其內(nèi)構(gòu)造包括在導(dǎo)電襯底上形成所述氮化其中所述生長過程包括使氮化鎵其中所述籽晶包括自支撐的GaN77.如權(quán)利要求75所述的方法，其中所述生長過程包括在導(dǎo)電籽晶上生長出氮化鎵，所述方法還包括從由所述生長過程生產(chǎn)出的氮化鎵中去除導(dǎo)電籽晶的步驟。78.如權(quán)利要求75所述的方法，其中所述籽晶包括半絕緣籽晶。79.如權(quán)利要求75所述的方法，其中所述籽晶包括其缺陷密度小于107缺陷/112的籽晶。80.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括使鹽酸(HCl)與金屬鎵反應(yīng)以形成氣態(tài)GaCl，并且使氣態(tài)GaCl與NI^反應(yīng)以形成大面積半絕緣氮化鎵。81.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括使氯化鎵與氨水反應(yīng)以形成大面積半絕緣氮化鎵。82.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括HVPE生長過程，并且進(jìn)行所述HVPE生長過程以便生產(chǎn)出其位錯缺陷密度不超過107缺陷/^2的氮化鎵。83.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括HVPE生長過程，并且進(jìn)行所述HVPE生長過程以便生產(chǎn)出其位錯缺陷密度不超過106缺陷/112的氮化鎵。84.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括多階段HVPE生長過程。85.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括HVPE生長過程，其中反應(yīng)物NH3和HC1按照大約2至大約40的NH3/HC1比值提供。86.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括HVPE生長過程，其中所述HVPE生長過程在生長速度為大約50至大約250微米/小時、生長溫度大約為950至大約115(TC、壓力為大約25至大約760托并且V/III比大約為2至大約50的情況下進(jìn)行。87.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述施主物質(zhì)包括過渡金屬，并且生長過程包括使過渡金屬與鎵源混合，由此在鎵中形成過渡金屬雜質(zhì)的溶體。88.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括HVPE生長過程，并且施主物質(zhì)包括過渡金屬，其中所述HVPE生長過程包括使過渡金屬摻雜劑物質(zhì)與HC1反應(yīng)以使過渡金屬轉(zhuǎn)變成氣態(tài)金屬氯化物。89.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括HVPE生長過程，該過程包括使鹽酸與金屬鎵反應(yīng)以形成氣態(tài)氯化鎵，并且使氣態(tài)氯化鎵與氨水反應(yīng)以形成所述大面積半絕緣氮化鎵。90.如權(quán)利要求89所述的方法，其中使所述氣態(tài)氯化鎵與氨水反應(yīng)的步驟在生長區(qū)域中進(jìn)行，并且摻雜劑物質(zhì)包括以其中過渡金屬摻入在生長的氮化鎵中的形式在生長區(qū)域中的過渡金屬。91.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括使摻雜劑物質(zhì)與HC1反應(yīng)以將摻雜劑物質(zhì)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)氯化物。92.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括在其中進(jìn)行生長過程的生長區(qū)域中提供過渡金屬氯化物。93.如權(quán)利要求42所述的方法，生長過程的過渡金屬先驅(qū)體。94.如權(quán)利要求93所述的方法，機(jī)金屬先驅(qū)體。95.如權(quán)利要求94所述的方法,渡金屬的二(環(huán)茂二烯基)化合物。其中所述摻雜劑物質(zhì)源自導(dǎo)入進(jìn)其中所述過渡金屬先驅(qū)體包括有其中所述有機(jī)金屬先驅(qū)體包括過96.如權(quán)利要求95所述的方法，其中所述過渡金屬包括選自由鐵、錳、鈷、鎳、鉻和銅構(gòu)成的組的金屬。97.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述摻雜劑物質(zhì)通過起泡器輸送提供給生長過程。98.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述生長過程包括在異質(zhì)外延襯底上生長出大面積半絕緣氮化鎵。99.如權(quán)利要求98所述的方法，其中所述異質(zhì)外延襯底包括從藍(lán)寶石和碳化硅構(gòu)成的組中選擇的材料。100.如權(quán)利要求98所述的方法，還包括從大面積半絕緣氮化鎵中去除異質(zhì)外延襯底，從而產(chǎn)生出自支撐的、大面積的半絕緣氮化鎵的步驟。101.如權(quán)利要求100所述的方法，其中從所述大面積半絕緣氮化鎵中去除異質(zhì)外延襯底的步驟包括選自磨削、化學(xué)腐蝕、干腐蝕、分離技術(shù)和升離技術(shù)的步驟。102.如權(quán)利要求100所述的方法，其中從大面積半絕緣氮化鎵中去除異質(zhì)外延襯底的步驟包括反應(yīng)離子腐蝕。103.如權(quán)利要求100所述的方法，其中從大面積的半絕緣氮化鎵中去除異質(zhì)外延襯底的步驟包括在大面積的半絕緣氮化鎵的生長溫度下或該溫度附近現(xiàn)場去除異質(zhì)外延襯底。104.如權(quán)利要求100所述的方法，其中從所述大面積半絕緣氮化鎵中去除異質(zhì)外延襯底的步驟包括從大面積半絕緣氮化鎵將異質(zhì)外延襯底折斷。105.如權(quán)利要求100所述的方法，其中從大面積半絕緣氮化鎵中去除異質(zhì)外延襯底的步驟包括在異質(zhì)外延襯底和大面積半絕緣氮化鎵之間使用分離層。106.如權(quán)利要求100所述的方法；其中從所述大面積半絕緣氮化鎵中去除異質(zhì)外延襯底的步驟包括將能量沖擊在異質(zhì)外延襯底和大面積半絕緣氮化鎵之間的界面上，從而使該界面弱化并且使得異質(zhì)外延襯底與大面積半絕緣氮化鎵分離。107.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述大面積半絕緣氮化鎵形成為梨晶，還包括用所述梨晶形成晶片坯料的步驟。108.如權(quán)利要求107所述的方法，其中用所述梨晶形成晶片坯料的步驟包括從梨晶中鋸切出晶片坯料。109.如權(quán)利要求107所述的方法，還包括選自搭接、拋光和平面化操作中的至少一個加工步驟。110.如權(quán)利要求109所述的方法，其中在所述至少一個加工步驟之后的晶片坯料在其表面上的位錯缺陷水平低于10e缺陷/cm2。111.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述摻雜劑物質(zhì)包括鐵，并且所述大面積半絕緣氮化鎵在其中摻雜有鐵，由SIMS確定的鐵濃度在大約3X10"原子/cmS至大約7X10"原子/cmS的范圍內(nèi)。112.如權(quán)利要求42所述的方法，還包括在氮化鎵上和/或其中構(gòu)造微電子電路的步驟，其中所述氮化鎵在所述微電子電路的工作溫度狀況中是半絕緣的。113.如權(quán)利要求42所述的方法，還包括使用大面積半絕緣氮化鎵作為電子器件的襯底。114.一種形成大面積半絕緣氮化鎵的方法，包括通過將足夠量的一種或多種深受主物質(zhì)摻入到生長的氮化鎵中以補(bǔ)償施主物質(zhì)并且生產(chǎn)出半絕緣GaN材料，從而通過其中補(bǔ)償了在生長的氮化鎵中的施主物質(zhì)的生長過程使氮化鎵材料生長的步驟。115.如權(quán)利要求114所述的方法，還包括在生長過程期間使BIC保持低于BIL。116.如權(quán)利要求114所述的方法，其中所述受主物質(zhì)包括鐵，并且BIC低于5.0X1017cm-3。全文摘要本發(fā)明涉及一種大面積單晶體半絕緣氮化鎵，可用來形成用于構(gòu)造用于電子和/或光電子用途的GaN器件的襯底。該大面積半絕緣氮化鎵容易通過在氮化鎵材料生長期間用深受主摻雜劑物質(zhì)例如Mn、Fe、Co、Ni、Cu等摻雜生長的氮化鎵材料以補(bǔ)償在氮化鎵中的施主物質(zhì)并且給氮化鎵賦予半絕緣特征來形成。文檔編號H01L29/20GK101297397SQ200480019986公開日2008年10月29日申請日期2004年6月29日優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日發(fā)明者喬治·R·布蘭德斯,徐學(xué)平,羅伯特·P·沃多申請人:克利公司