TW201418532A - 生長第ｉｉｉ族氮化物晶體之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供生長第III族氮化物錠塊之方法。藉由氨熱方法在晶種之兩側上生長第III族氮化物晶體(例如GaN)，從而形成錠塊，並將該錠塊切割成晶圓。將包括第一代晶種之晶圓切割得比其他晶圓更厚，從而使得包括該第一代晶種之晶圓不會破裂。包括該第一代種晶之該晶圓可用作用於下一氨熱生長之晶種。

Description

生長第III族氮化物晶體之方法 相關申請案的交叉參考
本申請案主張對由發明者Tadao Hashimoto、Edward Letts及Sierra Hoff於2012年9月25日提出申請之標題為「METHOD OF GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS」之美國專利申請案第61/705,540號之優先權，該案係以引用方式併入本文中，如同在下文中全文闡述一般。
本申請案與以下美國專利申請案相關：PCT實用專利申請案第US2005/024239號，其係由Kenji Fujito、Tadao Hashimoto及Shuji Nakamura於2005年7月8日提出申請，標題為「METHOD FOR GROWING GROUP III-NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA USING AN AUTOCLAVE」，代理檔案號為30794.0129-WO-01(2005-339-1)；美國實用專利申請案第11/784,339號，其係由Tadao Hashimoto、Makoto Saito及Shuji Nakamura於2007年4月6日提出申請，標題為「METHOD FOR GROWING LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA AND LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS」，代理檔案號為30794.179-US-U1(2006-204)，該申請案主張美國臨時專利申請案第60/790,310號在35 U.S.C.第119(e)部分下之權益，該臨時專利申請案係由Tadao Hashimoto、Makoto Saito及Shuji Nakamura於2006年4月7 日提出申請，標題為「METHOD FOR GROWING LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA AND LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS」，代理案號為30794.179-US-P1(2006-204)；美國實用專利申請案第60/973,662號，其係由Tadao Hashimoto及Shuji Nakamura於2007年9月19日提出申請，標題為「GALLIUM NITRIDE BULK CRYSTALS AND THEIR GROWTH METHOD」，代理案號為30794.244-US-P1(2007-809-1)；美國實用專利申請案第11/977,661號，其係由Tadao Hashimoto於2007年10月25日提出申請，標題為「METHOD FOR GROWING GROUP III-NITRIDE CRYSTALS IN A MIXTURE OF SUPERCRITICAL AMMONIA AND NITROGEN,AND GROUP III-NITRIDE CRYSTALS GROWN THEREBY」，代理案號為30794.253-US-U1(2007-774-2)；美國實用專利申請案第61/067,117號，其係由Tadao Hashimoto、Edward Letts、Masanori Ikari於2008年2月25日提出申請，標題為「METHOD FOR PRODUCING GROUP III-NITRIDE WAFERS AND GROUP III-NITRIDE WAFERS」，代理案號為62158-30002.00；美國實用專利申請案第61/058,900號，其係由Edward Letts、Tadao Hashimoto、Masanori Ikari於2008年6月4日提出申請，標題為「METHODS FOR PRODUCING IMPROVED CRYSTALLINITY GROUP III-NITRIDE CRYSTALS FROM INITIAL GROUP III-NITRIDE SEED BY AMMONOTHERMAL GROWTH」，代理案號為62158-30004.00；美國實用專利申請案第61/058,910號，其係由Tadao Hashimoto、Edward Letts、Masanori Ikari於2008年6月4日提出申請，標題為 「HIGH-PRESSURE VESSEL FOR GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS AND METHOD OF GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS USING HIGH-PRESSURE VESSEL AND GROUP III NITRIDE CRYSTAL」，代理案號為62158-30005.00；美國實用專利申請案第61/131,917號，其係由Tadao Hashimoto、Masanori Ikari、Edward Letts於2008年6月12日提出申請，標題為「METHOD FOR TESTING III-NITRIDE WAFERS AND III-NITRIDE WAFERS WITH TEST DATA」，代理案號為62158-30006.00；該等申請案係以全文引用方式併入本文中，如同在下文中全部闡述一般。
本發明係關於第III族氮化物晶體，其用以製作用於各種裝置製作(包括光電子及電子裝置，例如發光二極體(LED)、雷射二極體(LD)、光偵測器及電晶體)之第III族氮化物晶圓。
(注：此專利申請案參考若干出版物及專利，如在括號內之數字所指示，例如，[x]。該等出版物及專利之列表可見於標題為「參考文獻」之部分。)
氮化鎵(GaN)及其相關第III族氮化物合金係各種光電子及電子裝置(例如LED、LD、微波功率電晶體及太陽盲光偵測器)之主要材料。然而，大多數該等裝置於異質基板(或晶圓)(例如藍寶石及碳化矽)上磊晶生長，此乃因GaN晶圓與該等異質磊晶基板相比極其昂貴。第III族氮化物之異質磊晶生長產生高度缺陷或甚至碎裂之薄膜，此妨礙高端電子裝置(例如高功率微波電晶體)之實現。
為解決異質磊晶造成之所有基本問題，必須利用自第III族氮化物塊晶切割之第III族氮化物晶圓。對於大多數裝置而言，GaN晶圓較 有利，此乃因相對較易於控制該晶圓之導電性，且GaN晶圓將使得與多數裝置層之晶格/熱失配最小。然而，由於高熔點及在升高之溫度下之高氮蒸氣壓力，故難以生長塊狀GaN晶體。目前，大多數市售GaN晶圓係藉由稱作氫化物氣相磊晶(HVPE)之方法產生。HVPE係氣相磊晶薄膜生長，因此難以產生塊形第III族氮化物晶體。由於對晶體厚度之限制，故線缺陷(例如錯位)及晶粒邊界之典型密度為大約高105cm-2至低-106cm-2。
為獲得錯位及/或晶粒邊界之密度小於106cm-2之高品質第III族氮化物晶圓，已研發出稱為氨熱生長之新穎方法，其使第III族氮化物晶體在超臨界氨中生長[1-6]。目前，可藉由氨熱生長獲得錯位及/或晶粒邊界之密度小於106cm-2之高品質GaN晶圓。對於合成石英，氨熱生長與熱液生長類似。在石英之熱液生長中，天然生長的石英晶體可用作種晶。然而，由於缺少天然的第III族氮化物晶體，故必須在氨熱生長中使用人工生長的第III族氮化物晶體作為種晶。
本發明提供生長第III族氮化物錠塊之方法。藉由氨熱方法在晶種之兩側上生長第III族氮化物晶體(例如GaN)，從而形成錠塊，並將該錠塊切割成晶圓。將包括第一代晶種之晶圓切割得比其他晶圓更厚，從而使得該包括第一代晶種之晶圓不會破裂。該包括第一代種晶之晶圓可用作用於下一氨熱生長之晶種。
本發明亦提供藉由以下擴大錠塊大小之方法：將多個第III族氮化物晶圓放置於兩個層中，且使一個層上之各邊緣相附著且使第一層上之邊緣與第二層之邊緣相交錯。
1‧‧‧第一代晶種/第一第III族氮化物晶圓/第一層/第III族氮化物晶圓/第III族氮化物晶體
1a‧‧‧氮面
1b‧‧‧邊緣
1c‧‧‧邊緣
2‧‧‧第III族氮化物晶體/第二第III族氮化物晶圓/第二層/第III族氮化物晶圓/第一第III族氮化物晶圓
2a‧‧‧氮面
2b‧‧‧邊緣
2c‧‧‧邊緣
3‧‧‧包括第一代晶種之晶圓/第III族氮化物晶圓/第二第III族氮化物晶圓
3a‧‧‧邊緣
4‧‧‧其他晶圓/第III族氮化物晶圓/第III族氮化物晶體
4a‧‧‧邊緣
5‧‧‧第III族氮化物晶體/裂縫
現在參照附圖，在所有附圖中相同參考編號代表相應部分：圖1係一個實例中之製程流程。
在該圖中，各編號代表以下：1.第一代晶種，2.於第一代晶種之兩側上生長之第III族氮化物晶體，3.包括第一代晶種之晶圓，4.其他晶圓，5.於包括第一代晶種之晶圓兩側上生長之第III族氮化物晶體。
圖2係一個實例中之種晶。
在該圖中，各編號代表以下：1.第一第III族氮化物晶圓，1a.第一第III族氮化物晶圓之氮面，1b.第一第III族氮化物晶圓之一個邊緣，1c.第一第III族氮化物晶圓之另一邊緣，2.第二第III族氮化物晶圓，2a.第二第III族氮化物晶圓之氮面(晶圓之背側)，2b.第二第III族氮化物晶圓之一個邊緣，2c.第二第III族氮化物晶圓之另一邊緣。
圖3係一個實例中之種晶。
在該圖中，各編號代表以下：1.第III族氮化物晶圓之第一層，1a.第III族氮化物晶圓之第一層之氮面，1b.第III族氮化物晶圓之第一層之一個邊緣，2.第III族氮化物晶圓之第二層，2a.第III族氮化物晶圓之第二層之氮面(晶圓之背側)，2b.第III族氮化物晶圓之第二層之一個邊緣，3.第一層上之第III族氮化物晶圓，3a.第一層上之第III族氮化物晶圓之邊緣， 4.第二層上之第III族氮化物晶圓，4a.第二層上之第III族氮化物晶圓之邊緣。
圖4係第一層及第二層之第III族氮化物晶圓之組態之實例。
在該圖中，各編號代表以下：1.第一層上之第III族氮化物晶圓，2.第二層上之第III族氮化物晶圓。
圖5係裂縫於第III族氮化物晶圓之界面處停止之情形之表現。
在該圖中，各編號代表以下：1.藉由氨熱方法於第一第III族氮化物晶圓之氮極性表面上生長之第III族氮化物晶體，2.第一第III族氮化物晶圓，其為第一代晶種之一部分，3.第二第III族氮化物晶圓，其為第一代晶種之一部分，4.藉由氨熱方法於第二第III族氮化物晶圓之氮極性表面上生長之第III族氮化物晶體，5.於第III族氮化物晶體中生成之裂縫。
在以下較佳實施例的說明中，參照本文中的附圖部分，且其中以圖解說明方式顯示可實踐本發明的具體實施例。應瞭解，可利用其他實施例且可在不背離本發明範圍的情況下作出結構性改變。
本發明之生長第III族氮化物晶圓之方法提供包括初始種晶之未破裂晶圓，其可用作用於下一晶體生長之種晶。
圖1呈現一個實施例之製程流程。藉由氨熱方法在第一代HVPE生長之晶種1之兩側上生長第III族氮化物晶體2，從而形成第III族氮化物錠塊。然後，較佳地利用多線線鋸將錠塊切割成晶圓3及4。由於第一代晶種1與氨熱生長之第III族氮化物晶體2之間之結晶晶格參數(例如晶格常數或應力)有微小差異，故界面周圍之第III族氮化物晶體 及晶種含有較遠離晶種1之第III族氮化物晶體部分更多之裂縫。為避免晶圓破裂，以大於其他晶圓4之厚度切割包括第一代晶種3之晶圓，從而使得於第一代晶種之面上生長之新的第III族氮化物存在於第III族極性面及N極性面二者上，且在該等面之每一者上用第二代第III族氮化物覆蓋初始晶種。包括第一代晶種3之未破裂晶圓由此用作下一生長中之晶種。第一代晶種(其可為HVPE生長之第III族氮化物或氨熱生長之第III族氮化物)可能在第二代第III族N於其面上生長之前在第III族極性表面、N極性表面或二者中具有一或多個裂縫。此外，可在連續晶體生長中掩埋暴露於此晶圓(在其面上包括第一代晶種且亦具有第二代(或下一代)第III族氮化物)之第III族極性表面、N極性表面或二者上之任何裂縫，從而使得因HVPE生長之晶種與氨熱生長之晶體間之晶體性質失配所引起之應力鬆弛。
一種將包括第一代晶種之晶圓切割得比其他晶圓更厚之方式係在第一代晶種之位置處設定多線線鋸之較大線距。若使用片鋸，則可調節各切層之切割厚度，由此易於使包括第一代晶種之晶圓之厚度大於其他晶圓。然而，片鋸花費的時間遠長於多線線鋸，因此使用多線線鋸較佳。
如圖2中所顯示，第一代晶種可由兩片第III族氮化物晶圓1及2組成，且第III族極性面或表面附著在一起，從而使得氮極性面或表面1a及2a暴露於兩側上。一些或所有晶種可使用HVPE來生長，且一些或所有晶種可使用氨熱方法來生長。由於第III族氮化物晶體之極性，故於第III族極性表面上生長之晶體性質通常不同於於氮極性表面上生長之晶體性質。在使用基於鹼之礦化劑之氨熱生長中，氮極性表面上之晶體品質好於第III族極性表面上之晶體品質。可選擇生長條件以使第III族極性面或表面上之晶體生長好於氮極性面或表面上之晶體生長，因此吾人可選擇以藉由使毗鄰晶圓之氮極性面或表面附著在一起來僅暴露晶圓之第III族極性面或表面。
如圖3中所顯示，第一代晶種可由第III族氮化物晶圓之兩個層1及2組成，其中一個層由多個第III族氮化物晶圓3及4組成，從而使得晶體大小可在生長後顯著增大。一種製備該複合晶種之方式係藉由使第一層上之邊緣3a與第二層上之邊緣4a相交錯來使一系列陣列於第一層1上之邊緣上之第III族氮化物晶圓3對齊並使一系列陣列於第二層2上之邊緣上之第III族氮化物晶圓4對齊，從而使得具有邊緣3a之第一層之晶圓的毗鄰邊緣相對於具有邊緣4a之層的固體第III族氮化物而座落，且具有邊緣4a之第二層的晶圓的毗鄰邊緣相對於具有邊緣3a之第一層的固體第III族氮化物而座落。為獲得高品質晶體，重要的是使平面內結晶定向精確對齊。可用X射線繞射來證實結晶定向。另外，可藉由使每一長方形及/或正方形GaN晶圓之一或多個邊緣抵靠邊緣與該等晶圓邊緣銜接之平坦區塊對齊來確保平坦定向。該等晶圓較佳地具有規則形狀，例如圓柱形或正方形、長方形或其他多邊形，且該等晶圓較佳地不具有無規形狀(但可使無規碎片形成規則形狀，例如，可將已破裂規則形狀的晶圓拼湊在一起成為規則形狀)。此外，由於在a-平面上之橫向生長速率大於在m-平面上之橫向生長速率，故有利地使較長尺寸沿a-平面。在圖2中，邊緣1b及2b較佳地係沿a-平面，此乃因邊緣1b及2b分別長於邊緣1c及2c。可以機械、物理或化學方式將兩個晶種層1及2彼此固定。例如，可藉由以機械夾沿晶圓之邊緣將晶圓固持在一起來固定所有晶圓。在另一情形下，可用放置在各層之間及/或邊緣(例如1c及2c)上及/或沿邊緣1b及2b之諸如鎵或銦等軟金屬將兩個晶圓附著在一起。另外，可用在層間及/或沿毗鄰晶圓之面對邊緣施加之諸如強力膠或其他黏著劑等化學劑將所有晶圓融合在一起。然而，需要謹慎選擇並施加膠材料來使對晶體之污染最小化。膠較佳地應不含會使晶種之晶體結構降格之金屬、觸媒或礦物(尤其在如(例如)氨熱生長反應器中發現之生長條件下)。藉由切割足夠厚之具 有在晶種上生長之第二代第III族氮化物之晶圓，可將第一代晶種再用於連續晶體生長進程中。由於平面內結晶定向之對齊需要精確控制，故再使用該複合第一代晶種來製備寬於及/或長於任一個別晶種之晶圓具有顯著益處。
第一層之一些或所有晶種可使用HVPE來生長，且第一層之一些或所有晶種可使用氨熱方法來生長。第二層之一些或所有晶種可使用HVPE來生長，且第二層之一些或所有晶種可使用氨熱方法來生長。在一個情形下，第一層僅由使用氨熱方法製得之晶種形成，且第二層僅由使用HVPE製得之晶種形成。第一層中使用氨熱方法生長之晶種可視情況僅接觸第二層中使用氨熱方法生長之晶種。第一層中使用氨熱方法生長之晶種可視情況僅接觸第二層中使用HVPE生長之晶種。或者，第一層中使用氨熱方法生長之晶種可視情況接觸第二層中使用氨熱方法生長之晶種及第二層中使用HVPE生長之晶種二者。
種晶可由第III族氮化物晶圓之二維陣列組成，如圖4中所顯示。第一層1及第二層2由二維佈置之第III族氮化物晶圓組成，且第一層上之邊緣與第二層上之邊緣不對應。使晶圓之上下二維陣列結合在一起，從而使得(例如)層1位於圖4中圖解說明之層2上。所圖解說明之一起形成層1或層2中之每一者之個別晶種晶圓同時在橫向及縱向偏移或交錯，從而使得層1之邊緣皆不與層2之邊緣對齊而在x及y坐標中具有相同坐標。與圖3中之實施例類似，平面內結晶對齊對於獲得高度定向之第III族氮化物晶體相當重要。為製備二維陣列，較佳地使用金屬或化學間層來附著第一層與第二層。
再次，第一層之一些或所有晶種可使用HVPE來生長，且第一層之一些或所有晶種可使用氨熱方法來生長。第二層之一些或所有晶種可使用HVPE來生長，且第二層之一些或所有晶種可使用氨熱方法來生長。在一個情形下，第一層僅由使用氨熱方法製得之晶種形成，且 第二層僅由使用HVPE製得之晶種形成。第一層中使用氨熱方法生長之晶種可視情況僅接觸第二層中使用氨熱方法生長之晶種。第一層中使用氨熱方法生長之晶種可視情況僅接觸第二層中使用HVPE生長之晶種。或者，第一層中使用氨熱方法生長之晶種可視情況接觸第二層中使用氨熱方法生長之晶種及第二層中使用HVPE生長之晶種二者。
實例1(先前技術)
利用氨熱方法使用多晶GaN作為養分、超臨界氨作為溶劑及鈉(4.5mol%，相對於氨)作為礦化劑，於GaN種晶上生長GaN錠塊。溫度係介於500℃至550℃之間，且壓力係介於170Mpa與240MPa之間。第一代晶種係由兩個GaN晶圓組成，且鎵極性表面配接在一起。該晶種之總厚度為643微米。晶體在生長後之厚度為6.6mm，且表面積為大約100mm2。來自002平面之X射線繞射之半峰全寬(full-width half maximum，FWHM)為約700弧秒至1000弧秒。儘管並未利用光學及電學量測表徵晶體，但預計彼等特性係GaN塊晶之典型特性。例如，預計光致發光或陰極發光顯示在約370nm下來自能帶邊緣發射之發光、在約400nm下之藍光發射及/或在約600nm下之黃光發光。預計導電類型係載流子濃度為1017cm-3至1020cm-3之n-型或n+型。預計該晶體之光學吸收係數為50cm-1或更小。對於c-晶格，該晶體之晶格常數為51.86796nm，且對於a-晶格為31.89568nm。GaN之晶格常數可端視生長條件而在10%內變化。
利用多線線鋸使用金剛石漿液將晶體切割成c-平面晶圓。線距為670微米，且線厚度為170微米，因此所預計切割厚度為500微米。在此實例中，對於整個長度之GaN晶體，間距係一致的。自此特定晶體製作九個晶圓。各晶圓之厚度為319微米、507微米、543微米、489微米、504微米、352微米(剝除種晶)、492微米、512微米及515微米。然而，包括初始種晶之晶圓(具有504及352微米之晶圓)因晶體碎裂而 破裂，因此不可再使用初始種晶。
實例2(本發明)
利用氨熱方法使用多晶GaN作為養分、超臨界氨作為溶劑及鈉(4.5mol%，相對於氨)作為礦化劑，於GaN晶種上生長GaN錠塊。溫度係介於500℃至550℃之間，且壓力係介於170Mpa與240MPa之間。第一代晶種由兩個GaN晶圓組成，且鎵極性表面配接一起。該晶種之總厚度為919微米。晶體在生長後之厚度為4.2mm，且表面積為大約100mm2。來自002平面之X射線繞射之半峰全寬為約700弧秒至1000弧秒。對於c-晶格，該晶體之晶格常數為51.86641nm，且對於a-晶格為31.89567nm。GaN之晶格常數可端視生長條件而在10%內變化。
利用多線線鋸使用金剛石漿液將晶體切割成c-平面晶圓。對於包括初始種晶之晶圓，線距為1425微米，且線厚度為170微米，且對於其他晶圓，線距為855微米，且線厚度為170微米。自此特定晶體製作五個晶圓。晶圓厚度為650微米、699微米、1191微米、548微米及577微米。該晶體在接近初始種晶與氨熱生長之GaN之間之界面處含有裂縫；然而，該等裂縫並未在種晶中延伸穿過兩個GaN晶圓之間之界面(圖5)。藉由將包括初始晶種之晶圓切割得比其他晶圓更厚，該晶圓不破裂，且包括第一代晶種之晶圓可再用於下一晶體生長中。另外，將兩個GaN晶圓配接形成晶種可有效防止裂縫延伸穿過整個晶種。
實例3(由兩個層組成之晶種之製備)
用金屬鎵在鎵極性表面上塗覆自GaN錠塊切割的若干GaN晶圓。該塗覆可藉由物理壓製鎵箔於晶圓上或真空蒸發來達成。由於金屬鎵不潤濕GaN晶圓之表面，故較佳地避免形成鎵液相。若嘗試塗覆液相鎵，則可借助添加某種熔劑(例如有機材料或鹼金屬)作為潤濕劑。
將塗鎵GaN晶圓之第一集合以邊緣上之陣列形式放置於載玻片 上，且使鎵塗層面朝上。此陣列成為第一層。接下來，將塗鎵GaN晶圓之第二集合放置於第一層之頂部上，製得第二層。第一層之邊緣與第二層之邊緣不匹配，從而使得GaN晶圓之陣列相對於彼此交錯，且因此在機械上穩定(圖3)。此後，將另一載玻片放置於第二層之頂部上，從而使得種晶夾於載玻片之間。然後，將整個集合放置於真空室中。藉由緩慢抽出空氣，藉由載玻片壓縮種晶，且使個別晶圓之兩個層彼此融合。若需要，可在升高之溫度下實施壓縮。
優點及改良
本發明提供可再用於下一生長之第III族氮化物晶種。由於人工生長及製備第III族氮化物晶種需要大量時間及工作，故對於有效生產而言，再使用晶種至關重要。另外，本發明提供大於最後生長中之錠塊大小之第III族氮化物晶種。以此方式，可擴大晶圓大小。
可能修改
儘管較佳實施例闡述GaN晶體，但本發明適用於其他第III族氮化物合金，例如AlN、AlGaN、InN、InGaN或GaAlInN。
儘管較佳實施例闡述氨熱生長作為塊體生長方法，但可使用其他生長方法，例如高壓溶液生長、熔劑生長、氫化物氣相磊晶、物理氣相傳輸或昇華生長，只要生長方法可在晶種兩側上生長晶體即可。
儘管較佳實施例闡述c-平面晶圓，但本發明適於其他定向，例如半極性平面，包括10-1-1平面、20-2-1平面、11-21平面及11-22平面。另外，本發明適於自低指數平面(例如c-平面、m-平面、a-平面及半極性平面)之錯誤定向在+/-10度內之晶圓。
儘管較佳實施例闡述利用多線線鋸之切割，但亦可使用其他切割方法，例如內片鋸、外片鋸、多片鋸及單線線鋸。
參考文獻
以下參考文獻以引用方式併入本文中：
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1‧‧‧第一代晶種
2‧‧‧第III族氮化物晶體
3‧‧‧包括第一代晶種之晶圓
4‧‧‧其他晶圓
5‧‧‧第III族氮化物晶體

Claims (50)

  1. 一種製備由GaxAlyIn1-x-yN(0x1，0x+y1)組成之第III族氮化物之方法，其包含(a)在第一代晶種之第一面上生長第一第III族氮化物晶體，且在第二面上生長第二第III族氮化物晶體，從而形成第III族氮化物之第一錠塊；(b)將該第一錠塊切割成第一、第二及第三晶圓；其中該第一晶圓包括該第一代晶種，且該第一晶圓之厚度大於該第二晶圓及該第三晶圓中之每一者之厚度，且其中含有該第一代晶種之該第一晶圓之厚度大至足以避免該第一晶圓破裂。
  2. 如請求項1之方法，且其進一步包含在該第一晶圓之第一面上生長第三第III族氮化物晶體及在該第一晶圓之第二面上生長第四第III族氮化物晶體。
  3. 如請求項2之方法，其中在下一生長期間掩埋暴露於包括該第一代晶種之該晶圓之表面上之裂縫。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中包括該第一代晶種之該第一晶圓之兩個表面皆經於該第一代晶種上生長之第III族氮化物晶體覆蓋。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該等第III族氮化物晶體係在超臨界氨中生長。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中對於包括該第一代晶種之該晶圓，利用具有不同線距之多線線鋸將該錠塊切割成晶圓。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中該第一代晶種包含兩片c-平面(錯誤定向在+/- 10度內)第III族氮化物晶圓，且第III族極性表 面面對在一起，從而使得在兩個面上暴露氮極性表面。
  8. 如請求項7之方法，其中該等c-平面(錯誤定向在+/- 10度內)第III族氮化物晶圓之平面內結晶定向一起匹配。
  9. 如請求項7或8之方法，其中於該等第III族氮化物晶體中生成之裂縫不延伸至該等c-平面(錯誤定向在+/- 10度內)第III族氮化物晶圓之界面。
  10. 如請求項7至9中任一項之方法，其中該等c-平面(錯誤定向在+/- 10度內)第III族氮化物晶圓之形狀及大小相匹配，從而使得暴露最小面積之第III族極性表面。
  11. 如請求項1至6中任一項之方法，其中該第一代晶種包含兩層c-平面(錯誤定向在+/- 10度內)第III族氮化物晶圓，且第III族極性表面面對在一起，從而使得在兩個面上暴露氮極性表面，每一層皆由多片陣列於邊緣上之c-平面(錯誤定向在+/- 10度內)第III族氮化物晶圓組成，第一層上之該等c-平面(錯誤定向在+/- 10度內)第III族氮化物晶圓之邊緣不對應於第二層上之該等c-平面(錯誤定向在+/- 10度內)第III族氮化物晶圓之邊緣，且該第一層及該第二層上之所有晶圓之平面內結晶定向皆相匹配。
  12. 如請求項11之方法，其中於該等第III族氮化物晶體中生成之裂縫不延伸至該兩層c-平面(錯誤定向在+/- 10度內)第III族氮化物晶圓之界面。
  13. 如請求項11或12之方法，其中每一層之大小及形狀相匹配，從而使得暴露最小面積之第III族極性表面。
  14. 如請求項13之方法，其中使該層之較長尺寸之邊緣與a-平面(錯誤定向在+/- 10度內)對齊。
  15. 如請求項1至14中任一項之方法，其中該第III族氮化物包含氮化鎵。
  16. 如請求項1至15中任一項之方法，其中該第二晶圓係自該第一第III族氮化物晶體形成，且該第三晶圓係自該第二第III族氮化物晶體形成。
  17. 如請求項1至16中任一項之方法，其中該第一第III族氮化物晶體具有結晶結構極性，且該第二第III族氮化物晶體具有該結晶結構極性。
  18. 如請求項1至17中任一項之方法，其中該第二及第三晶圓係複數個三個或更多個晶圓之成員，且該第一晶圓比該複數個晶圓中之每一晶圓更厚。
  19. 一種生長由GaxAlyIn1-x-yN(0x1，0x+y1)組成之第III族氮化物之錠塊之方法，其包含(a)在晶種之第一面上生長第一第III族氮化物晶體；及(b)在該晶種之第二面上生長第二第III族氮化物晶體；其中該晶種包含(1)第一層，其包括a)第一第III族氮化物晶圓，其具有1)第一結晶晶格定向及2)第一邊緣，其毗鄰於該第一第III族氮化物晶圓之第一面及第二面b)第二第III族氮化物晶圓，其具有1)第二結晶晶格定向及2)第一邊緣，其毗鄰於該第二第III族氮化物晶圓之第一面及第二面c)該第二第III族氮化物晶圓，其具有毗鄰於該第一層中該第一第III族氮化物晶圓之該第一邊緣之第一邊緣，及d)該第一結晶晶格定向，其與該第一層中之該第二結 晶晶格定向相同，(2)第二層，其包含a)第三第III族氮化物晶圓，其具有1)第三結晶晶格定向及2)第一邊緣，其毗鄰於該第三第III族氮化物晶圓之第一面及第二面b)第四第III族氮化物晶圓，其具有1)第四結晶晶格定向，及2)第一邊緣，其毗鄰於該第四第III族氮化物晶圓之第一面及第二面c)該第三第III族氮化物晶圓，其具有毗鄰於該第二層中該第四第III族氮化物晶圓之該第一邊緣之第一邊緣，及d)該第三結晶晶格定向，其與該第二層中之該第四結晶晶格定向相同，且(3)其中該第一層之第一第III族氮化物晶圓之該第一邊緣位於該第二層之該第三第III族氮化物晶圓之該第一面處(4)其中該第一層之該第二第III族氮化物晶圓之該第一邊緣位於該第二層之該第三第III族氮化物晶圓之該第一面處(5)其中該第二層之該第三第III族氮化物晶圓之該第一邊緣位於該第一層之該第二第III族氮化物晶圓之該第一面處(6)其中該第二層之該第四第III族氮化物晶圓之該第一邊緣位於該第一層之該第二第III族氮化物晶圓之該第一面處，且(7)其中該第一層之該第一晶圓之該晶格定向匹配該第二層之該第三晶圓之該晶格定向。
  20. 如請求項19之方法，其中該等第一、第二、第三及第四第III族氮化物晶圓之該晶格定向係錯誤定向在+/- 10度內之c-平面，且 該等第一、第二、第三及第四第III族氮化物晶圓之該等第一面彼此面對，且該等第一、第二、第三及第四第III族氮化物晶圓之該等第二面係氮極性表面。
  21. 如請求項19或20之方法，其中該等第一及第二第III族氮化物晶體係在超臨界氨中同時生長。
  22. 如請求項19至21中任一項之方法，其中在該第一層與該第二層之間插入黏著劑層，以將該等層黏著在一起。
  23. 如請求項22之方法，其中該黏著劑層係金屬的。
  24. 如請求項23之方法，其中該金屬包含鎵或銦。
  25. 如請求項19至24中任一項之方法，其中藉由施加壓力將由該等第III族氮化物晶圓組成之該第一層及該第二層附著在一起。
  26. 如請求項19至25中任一項之方法，其中該第一層具有長邊緣，且其中該第一層之該長邊緣係與該第一晶圓及該第二晶圓之a-平面對齊，且錯誤定向在+/- 10度內。
  27. 如請求項19至26中任一項之方法，其中該第二層具有長邊緣，且其中該第二層之該長邊緣與該第三晶圓及該第四晶圓之a-平面對齊，且錯誤定向在+/- 10度內。
  28. 如請求項19至27中任一項之方法，其中該第III族氮化物包含氮化鎵。
  29. 一種製作由GaxAlyIn1-x-yN(0x1，0x+y1)組成之第III族氮化物晶圓之方法，其包含(a)在第III族氮化物晶種之兩個面上生長第III族氮化物晶體，從而形成第III族氮化物錠塊；(b)利用多線線鋸將該第III族氮化物錠塊切割成晶圓，其中改變線距，從而使得包括該晶種之該晶圓比自該錠塊切割之其他晶圓更厚。
  30. 如請求項29之方法，其中包括該種晶之該晶圓之厚度大至足以避免該晶圓破裂。
  31. 如請求項29或30之方法，其中該等第III族氮化物晶體係在超臨界氨中生長。
  32. 如請求項29至31中任一項之方法，其中該第III族氮化物包含氮化鎵。
  33. 一種第III族氮化物錠塊，其係藉由如請求項1至28中任一項之方法生長。
  34. 一種第III族氮化物晶圓，其係藉由如請求項29至32中任一項之方法製作。
  35. 一種第III族氮化物晶種，其具有第一未碎裂表面及第二未碎裂表面，其包含第III族氮化物晶圓之第一層，該第一層具有第一面及第二面；及第III族氮化物晶圓之第二層，該第二層具有第一面及第二面，該第一層之該第一面面對該第二層之該第一面，該第一層之該第二面具有至少一個裂縫，且該第一層之該第二面上覆有足夠厚度之第III族氮化物，以提供該第一未碎裂表面。
  36. 如請求項35之第III族氮化物晶種，其中該第二層之該第二面具有至少一個裂縫，且該第二層之該第二面上覆有足夠厚度之該第III族氮化物，以提供該第III族氮化物晶種之該第二未碎裂表面。
  37. 如請求項35或36之第III族氮化物晶種，其中該第一層之該等晶圓係c-平面晶圓，且該第二層之該等晶圓係c-平面晶圓，其各自具有在+/- 10度內之錯誤定向。
  38. 如請求項35至37中任一項之第III族氮化物晶種，其中該第一未碎裂表面及該第二未碎裂表面各自係氮極性表面。
  39. 如請求項35至38中任一項之第III族氮化物晶種，其中該第一層之該第二面及該第二層之該第二面各自係氮極性面。
  40. 一種第III族氮化物晶種，其係由兩個或更多個沿該等晶種之面而非沿其邊緣彼此接觸之晶圓組成，且其中該等晶圓中之至少一者係選自由以下各項組成之群：(a)具有表面裂縫之晶圓；(b)使用HVPE形成且因此具有大於105cm-2之線缺陷(例如錯位)及晶粒邊界之密度值之碎裂晶圓；及(c)使用氨熱方法形成之晶圓。
  41. 一種第III族氮化物晶種，其係由沿該等晶種之面而非沿其邊緣彼此接觸之第一及第二晶圓組成，且其中該第一晶圓係自該第二晶圓偏移，從而使得該第一晶圓之邊緣不與該第二晶圓之邊緣對齊。
  42. 如請求項40或41之晶種，其中該第一晶圓係沿該第一晶圓之所有邊緣自該第二晶圓偏移。
  43. 一種至少三個自同一錠塊切割之晶圓之集合，其包含厚度大於第二晶圓之厚度且大於第三晶圓之厚度之第一晶圓，且其中該第一晶圓具有由晶種形成之包埋部分，該晶種係由以下各項中之至少一者形成：(a)第III族氮化物，其具有大於105cm-2之線缺陷及晶粒邊界之密度；(b)第III族氮化物，其中該晶種具有表面裂縫，且該第一晶圓具有未碎裂之第一及第二面。
  44. 一種錠塊，其係由具有第一及第二晶種之第一層及具有第三及第四晶種之第二層形成，其中該第一晶種之邊緣不與該第二層中任一晶種之相應邊緣對齊。
  45. 如請求項44之錠塊，其中該第一晶種之邊緣皆不與該第二層中任一晶種之相應邊緣對齊。
  46. 一種晶種，其係由固定至第二第III族氮化物晶圓之第一第III族氮化物晶圓組成，其中該第一晶圓具有自該第一晶圓之第一面延伸至第二面之裂縫，其中該第二晶圓具有自該第二晶圓之第一面延伸至第二面之裂縫，且其中該晶種具有可自其形成錠塊之規則形狀。
  47. 如請求項46之晶種，其中該第一第III族氮化物晶圓包含GaN，且該第二第III族氮化物晶圓包含GaN。
  48. 一種結晶第III族氮化物之錠塊，其具有式GaxAlyIn1-x-yN(0x1，0x+y1)且具有第一面及第二面，該第一面具有結晶結構極性且該第二面亦具有該結晶結構極性。
  49. 如請求項48之錠塊，其中該第一面具有氮化物極性，且該第二面具有氮化物極性。
  50. 如請求項48之錠塊，其中該第一面具有第III族元素極性，且該第二面具有第III族元素極性。
TW102134365A 2012-09-25 2013-09-24 生長第iii族氮化物晶體之方法 TWI602959B (zh)

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