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制造Ⅲ族氮化物基化合物半导体晶体的方法
技术领域
本发明涉及一种通过使用蓝宝石衬底的熔剂法来制造III族氮化物基化合物半导体晶体的方法。
背景技术
迄今为止，熔剂法已经用于制造III族氮化物基化合物半导体晶体，在例如专利文献1至5中公开了基于熔剂法的常规制造方法。
比GaN自支撑衬底便宜得多的蓝宝石衬底具有非常高的工业价值。在基于熔剂法的常规半导体制造方法中，特别是当蓝宝石衬底用作晶体生长衬底时，所使用的蓝宝石衬底具有C晶面主表面(以下可称为C晶面衬底)，如例如在专利文献1中所公开的那样。通常，如例如专利文献2中所公开的那样，通过MOVPE或类似的技术在衬底的主晶面上形成用作籽晶的GaN层，并且使用这样涂敷的蓝宝石C晶面衬底作为晶体生长衬底。
同时，当所制造的III族氮化物基化合物半导体晶体用作制造光学器件、电子器件等的半导体衬底时，衬底优选具有400μm或更大的厚度，以确保足够的强度并使得操作简单而可靠。
专利文献1：日本专利申请早期公开(kokai)第2005-194146号
专利文献2：日本专利申请早期公开(kokai)第2004-300024号
专利文献3：日本专利申请早期公开(kokai)第2004-292286号
专利文献4：日本专利申请早期公开(kokai)第2004-168650号
专利文献5：日本专利申请早期公开(kokai)第2003-292400号
发明内容
技术问题
当其上已经形成诸如GaN层的籽晶膜的蓝宝石衬底(以下称为模板)用作晶体生长衬底，并且目标III族氮化物化合物半导体晶体在该衬底上生长直至大的厚度时，在将半导体晶体从反应室移出期间，在半导体晶体中产生大量裂纹，这是由于半导体晶体和蓝宝石衬底的热膨胀系数之间存在很大差异。因此，当上述模板用作基础衬底(晶体生长衬底)时，难以制造例如具有例如400μm或更大厚度的高品质半导体晶体。
为了解决上述问题而提出了本发明。因此，本发明的一个目的是通过基于熔剂法的晶体生长，以简单的方式和低的成本来制造高品质块体半导体晶体。
技术方案
为了解决上述问题，以下方案是有效的。
作为第一种方案，本发明提供一种制造半导体晶体的方法，其中通过使氮(N)与包含碱金属的熔剂混合物中的镓(Ga)、铝(Al)或铟(In)的III族元素反应来生长III族氮化物基化合物半导体晶体，该方法包括：
使用其背面不是均匀C晶面的蓝宝石衬底作为其上生长III族氮化物基化合物半导体晶体的基础衬底；以及
在接近晶体生长温度的温度下，在III族氮化物基化合物半导体的晶体生长期间或在III族氮化物基化合物半导体的晶体生长之后，将蓝宝石衬底的至少一部分侵蚀、移除、熔化或溶解于所述熔剂混合物中。
如本文所使用的，术语“均匀C晶面”指的是几乎平坦的表面(背面)，几乎整个部分都呈现为C晶面。通常，在蓝宝石衬底的表面上会形成抛光划痕、裂纹、一些台阶状的不平坦、位错等。然而，即使蓝宝石衬底的C晶面背面具有这样的不规则性，但是对于均匀C晶面的定义来说，假如不是故意使得C轴偏离背面的法线方向，且弯曲、突起、凹陷、台阶、凹槽、孔、不规则性等都不是故意地在蓝宝石衬底的背面上形成，则仍然认为该表面是几乎平坦的背面，其中几乎整个表面呈现为C晶面。因此，本发明涉及蓝宝石衬底的C晶面背面具有弯曲、突起、凹陷、台阶、凹槽、孔、不规则性等的情况。
更优选地，在熔剂混合物中侵蚀、移除、熔化或溶解整个蓝宝石衬底。上述III族氮化物基化合物半导体包括由式“Al_1-x-yGa_yIn_xN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤1-x-y≤1)”表示的任意的2、3和4组分的混晶半导体。III族氮化物基化合物半导体还包括已经添加了p型或n型杂质的半导体。
蓝宝石衬底的背面的法线与蓝宝石衬底的C轴之间的角度优选调节为10°至90°，更优选为20°至90°(第二方案)。角度(θ)定义为由法线和C轴的交点形成的两种类型的角度中较小的角度(锐角)。
优选地，将蓝宝石衬底的主晶面呈现为小米勒指数晶面。如这里使用的术语“小米勒指数晶面”指的是具有米勒指数的各个分量的绝对值是2或更小的晶面。例如(1000)晶面和(11-20)晶面都是小米勒指数晶面。
作为第三方案，本发明提供一种根据第二方案的制造方法，其中蓝宝石的晶体生长表面由A晶面、R晶面或M晶面形成。
作为第四方案，本发明提供一种根据第一至第三方案中任意一项的制造方法，其中熔剂混合物包括含有锂(Li)或钙(Ca)的钠(Na)。
换言之，使用锂(Li)和钙(Ca)中的至少一种作为仅次于Na的主要成分或作为所使用的熔剂混合物的添加剂。
作为第五方案，本发明提供一种根据第一至第四方案中任意一项的制造方法，其中基础衬底由包括蓝宝石衬底、在该蓝宝石衬底的晶体生长表面上堆叠的AlGaN缓冲层、以及在该缓冲层上堆叠的GaN层的模板形成。
通常通过诸如MOVPE的技术来堆叠这种缓冲层和GaN层。然而，本发明中可使用任何膜形成方法。可有效地使用诸如熔剂法、HVPE、MBE和溅射的其它技术来制造籽晶和基础衬底。优选地，缓冲层在低温下生长并具有约2μm至约4μm的厚度。该缓冲层可具有多层结构或复合层结构。
作为第六方案，本发明提供一种根据第一到第五方案中任意一项的制造方法，该方法还包括，在III族氮化物基化合物半导体的晶体生长之前，在蓝宝石衬底的背面上形成不规则性以增加背面的表面积。
不规则性可机械地形成或通过化学或物理蚀刻来形成。或者，可以使用利用例如激光的热工艺来形成不规则性。
作为第七方案，本发明提供一种根据第一到第六方案中任意一项的制造方法，其中在III族氮化物基化合物半导体的晶体生长期间，使得蓝宝石衬底的背面与熔剂混合物接触。
优选实施背面和熔剂混合物之间的接触至满意的程度。更优选地，根据需要，通过例如熔剂的对流来适当地循环与蓝宝石衬底的背面接触的熔剂熔体(熔剂混合物)。
因此，例如当在熔剂中产生热对流时，具有蓝宝石衬底的基础衬底(晶体生长衬底)可漂浮在熔剂中的对流上。在一个替代模式中，将基础衬底置于耐热且耐压容器的内部空间中并固定，并且采用熔剂熔体填充该容器，使得基础衬底的各个表面均与熔剂充分接触。
作为第八方案，本发明提供一种根据第一到第七方案中任意一项的制造方法，其中当混合并搅拌熔剂混合物与III族元素时，生长III族氮化物基化合物半导体晶体。
对搅拌方法没有特定的限制，可使用任何方法。例如，可使用日本专利申请早期公开(kokai)第2006-041458号(“Group III element nitridecrystal semiconductor device”)中公开的摇摆运动搅拌设备。旋转轴可以调节为任意方向。例如，旋转轴可以是水平的、垂直的或倾斜的。
换言之，可以利用通过摇摆、翻转、旋转等的任何方式来机械移动反应容器以实施搅拌/混合工艺。或者，可以利用例如搅拌棒或搅拌叶轮(例如参见日本专利申请早期公开(kokai)第2004-300024号中公开的叶轮)来搅拌熔剂，以实施搅拌/混合工艺。或者还可使用加热方法在熔剂中产生热梯度，以由此获得熔剂的对流。这些搅拌方法可任意组合使用。
作为第九方案，本发明提供一种根据第一到第八方案中的任意一项的制造方法，其中在基础衬底的背面上提供保护膜，该保护膜在III族氮化物基化合物半导体的晶体生长期间侵蚀、移除、熔化或溶解于熔剂混合物中。
该保护膜不必在基础衬底(蓝宝石衬底)的整个背面上均匀地形成，因此可故意非均匀地提供涂层失效。或者，可用利用例如掩模来形成具有预定图案的保护膜。这种保护膜可由诸如硅(Si)、二氧化硅(SiO₂)、氮化铝(AlN)或钽(Ta)的材料构成。可通过诸如晶体生长、真空气相沉积或溅射的公知技术来形成该保护膜。
作为第十方案，本发明提供一种根据第九方案的制造方法，其中保护膜包含待添加到目标III族氮化物基化合物半导体中的杂质。
该保护膜可由这种杂质单独构成。特别地，可实现该模式的材料包括硅(Si)。
根据本发明的上述方案，可有效地且合理地解决上述问题。
有益效果
进行以下初步试验以确认本发明的效果。
(初步试验)
将蓝宝石的A晶面衬底、C晶面衬底和R晶面衬底(主晶面面积：约170mm²，厚度：约430μm)各一片置于给定组成的熔剂中。在以下条件下，将该熔剂置于氮气(N₂)中120小时。经过该处理之后，蓝宝石衬底的质量减小。结果示于表1。
(1)熔剂的组分
(a)Ga：1000mg
(b)Na：880mg
(c)Li：2mg
(2)温度：870℃
(3)氮气压力：3.7MPa
表1

  A晶面衬底 C晶面衬底  R晶面衬底  θ  90° 0°  约40°  质量变化  -38％ -7％  -16％
θ：C轴和各个主晶面的法线之间的角度。
该试验表明：在高温和高压条件下，各个蓝宝石衬底在熔剂混合物中的溶解速率随着角度θ(各个蓝宝石衬底主晶面的法线和C轴之间；0°≤θ≤90°)的增加而单调递增。
因此，基于该效果，根据本发明的第一方案，在接近晶体生长温度的温度下，在III族氮化物基化合物半导体的晶体生长期间或在III族氮化物基化合物半导体的晶体生长之后，在熔剂混合物中侵蚀、移除、熔化或溶解蓝宝石衬底的至少一部分。因此，当对生长的III族氮化物基化合物半导体晶体进行冷却时，由蓝宝石衬底施加于目标半导体晶体的应力受到抑制或消除。因此，根据本发明的第一方案，可以制造出裂纹密度显著低于常规获得晶体的高品质半导体晶体。
特别地，当侵蚀、移除、熔化或溶解整个蓝宝石衬底时，生长的半导体晶体完全不存在应力，否则该应力会由蓝宝石衬底所产生，由此，显著地减小了生长的晶体的裂纹密度。
根据本发明的第二方案，可以更可靠地实现本发明的效果。
根据第二方案，可以在短时间内容易地移除蓝宝石衬底。此外，如例如日本专利申请早期公开(kokai)第11-112029号和第2006-36561号中公开的那样，可以削弱在半导体晶体中产生的压电场。因此，本发明的第二方案对于诸如光学器件的半导体器件的制造更具有优势。
根据本发明的第三方案，可以容易地形成所使用的基础衬底。此外，例如日本专利申请早期公开(kokai)第11-112029号和第2006-36561号中公开的那样，可将在半导体晶体中产生的压电场降低到几乎最小值(约0MV/cm)。因此，本发明的第三方案对于诸如光学器件的半导体器件的制造更具有优势。
根据本发明的第四方案，当以预定量添加Li或Ca时，可以降低晶体生长反应所需的氮气压力，或可以加快晶体生长速率。
根据本发明的第五方案，利用其上堆叠籽晶的堆叠的缓冲层可提高籽晶(GaN层)的结晶度。因此，可以制造具有改善品质的半导体晶体。即，与其中GaN层在蓝宝石衬底的晶体生长表面上直接形成的情况相比，所制造的半导体晶体具有较少的裂纹和较高的结晶度。
根据本发明的第六方案，蓝宝石衬底背面的表面积增加，由此增加了蓝宝石衬底的溶解速率。特别地，当上述角度θ小时，在背面提供的不规则性的表面部分地呈现为A晶面、M晶面或R晶面。因此，特别是在蓝宝石衬底溶解的早期，溶解速率可以增加到高于由与蓝宝石衬底背面的表面积的增加成比例的溶解增强效应所获得的水平。
根据本发明的第七方案，熔剂熔体与蓝宝石衬底的背面接触，或在接触部位随时间推移而循环和更新，由此可增加蓝宝石衬底的溶解速率。
根据本发明的第八方案，熔剂熔体得到剧烈而充分的搅拌，由此可以进一步增加蓝宝石衬底的熔化速率。
根据本发明的第九方案，通过选择保护膜的材料、厚度、图案等可以适当控制蓝宝石衬底在熔剂中的溶解速率和时机。因此，根据本发明的第九方案，在籽晶上生长预定或更大厚度的半导体晶体之后，即，在获得一致的晶体生长之后，可以开始蓝宝石衬底的溶解。此外，根据本发明的第九方案，通过增加保护膜的厚度可以延迟蓝宝石衬底的溶解时机，由此可以防止熔融蓝宝石(Al₂O₃)迁移至目标半导体晶体并且可防止蓝宝石的成分掺杂半导体。
根据本发明的第十方案，保护膜在熔剂中的溶解现象可以用作杂质元素的添加。即，无需额外的杂质添加步骤。此外，可以减少所需杂质材料的量。因此，在这种情况下，可由诸如硅(Si)或二氧化硅(SiO₂)的材料形成保护膜。
附图说明
图1示出了显示制造在实施方案1中使用的模板10的步骤的半导体结构的截面。
图2-A示出在实施方案1中使用的晶体生长设备的结构。
图2-B是在实施方案1中使用的晶体生长设备结构的一部分的截面。
图3-A是示出在实施方案1中的半导体晶体生长步骤的半导体结构的截面。
图3-B是示出在实施方案1中的半导体晶体生长步骤的半导体结构的截面。
图3-C是示出在实施方案1中的半导体晶体生长步骤的半导体结构的截面。
图4示出了显示制造实施方案2中使用的模板10’的步骤的半导体结构的截面。
附图标记说明
9：熔剂混合物
10：模板
11：蓝宝石衬底(R晶面衬底)
20：半导体衬底(III族氮化物基化合物半导体晶体)
24：不锈钢容器(反应室)
25：电炉
H：加热器
最优实施方式
较优选地，在500℃至1100℃的温度下，并且在0.1MPa至6MPa的含氮气体的压力下，进行III族元素和氮之间的反应。使用氨气(NH₃)可降低气氛的压力。使用的氮气可以为等离子状态。
可以将杂质添加到目标III族氮化物基化合物半导体晶体中。可以添加到熔剂混合物中的杂质的例子包括硼(B)、铊(Tl)、钙(Ca)或含钙(Ca)化合物、硅(Si)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、碳(C)、氧(O)、铝(Al)、铟(In)、氧化铝(Al₂O₃)、氮化铟(InN)、氮化硅(Si₃N₄)、二氧化硅(SiO₂)、氧化铟(In₂O₃)、锌(Zn)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Ba)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)和锗(Ge)。这些杂质可以单独或组合其中的两种或多种来使用。即，这些杂质可以任意组合使用。通过添加这些杂质，可将目标半导体晶体的诸如带隙、电导率和晶格常数的物理性能调节至期望值。
为了减缓或防止包含于基础衬底中的籽晶(III族氮化物基化合物半导体晶体)在通过熔剂法开始目标晶体生长之前在熔剂中熔化，可以预先将诸如Ca₃N₂、Li₃N、NaN₃、BN、Si₃N₄或InN的氮化物引入熔剂中。利用熔剂中的这些氮化物的存在，增加了熔剂的含氮量，由此可以有效地防止或减缓籽晶在目标晶体开始生长之前在熔剂中的熔化。
对本发明中使用的晶体生长设备没有特定的限制，可以使用任何设备，只要理由该设备可实施熔剂法即可。例如，可以使用上述专利文献中公开的生长设备。基于熔剂法的用于生长的晶体生长设备的反应室的温度优选控制为约1000℃。反应室的压力优选控制为约100atm(约1.0×10⁷Pa)。包含电炉、不锈钢容器(反应容器)、原料气罐和管道的晶体生长设备的元件优选由诸如不锈钢(SUS)材料、氧化铝材料或铜来形成。
通过诸如光刻或蚀刻的公知图案化技术可以将上述保护膜形成为任意图案。由于保护膜的厚度较小，所以可较早地实施蓝宝石衬底的溶解，且溶解速率随着暴露于熔剂的蓝宝石衬底的表面积的增加而增加。换言之，通过控制这些条件，当蓝宝石衬底的表面与高温熔剂接触时，蓝宝石衬底开始溶解，且溶解速率的增加通常与以给定角度θ暴露于熔剂的衬底的表面积成比例。因此，通过对保护膜和角度θ的这些条件的适当控制，可以根据需要来调节蓝宝石衬底溶解的开始时间、衬底的溶解时间、蓝宝石衬底的溶解速率等。根据需要，也可通过控制衬底厚度、熔剂温度等来调节溶解蓝宝石衬底的时间。
对籽晶和基础衬底的尺寸和厚度没有特定的限制。然而，考虑到实际中的工业应用，较优选诸如圆形(直径为约45mm)和正方形(例如约27mm×27mm和约13mm×13mm)的形状。优选具有大曲率半径的晶体生长表面的籽晶或基础衬底。
然后将说明本发明的特定实施方案。
然而，这些实施方案不应解释为对本发明的限制。
(实施方案1)
然后将说明在基于熔剂法的晶体生长的实施方案1中包括的步骤。
1.基础衬底的制造
图1示出了显示制造实施方案1中使用的基础衬底(模板10)的步骤的截面。在该步骤中，在具有呈现为R晶面的主晶面的蓝宝石衬底11(约13mm×约13mm×约450μm(厚度))上，通过MOVPE生长AlGaN缓冲层12(约4μm)。随后，在缓冲层上堆叠GaN层13。在基于熔剂法的目标半导体晶体的生长开始时，GaN层13可以在某种程度上溶解于熔剂中。因此，GaN层13的厚度形成为直至晶体生长开始才完全溶解于熔剂中。
为了减缓或避免籽晶的这种溶解，例如在下文说明的晶体生长工艺之前，可以预先在熔剂中引入诸如Ca₃N₂、Li₃N、NaN₃、BN、Si₃N₄或InN的氮化物。
2.晶体生长设备的结构
图2-A和2-B示出实施方案1中使用的晶体生长设备的结构。实施基于熔剂法的晶体生长工艺的晶体生长设备包括：用于提供氮气的原料气罐21；用于调节晶体生长气氛压力的压力调节器22；泄漏阀23；以及用于实施晶体生长的电炉25。电炉25、用于将原料气罐21连接至电炉25的管道等由例如不锈钢(SUS)材料、氧化铝材料或铜构成。
电炉25中包括不锈钢容器24(反应室)，不锈钢容器24中包括坩锅26(反应容器)。坩锅26可由例如氮化硼(BN)或氧化铝(Al₂O₃)构成。
根据需要可以升高或降低电炉25内部的温度，只要温度不超过1000℃即可。根据需要可以利用压力调节器22或压力调节器29、泄漏阀23等经由管道28来增加或降低不锈钢容器24中的晶体生长气氛的压力，只要压力不超过1.0×10⁷Pa即可。
图2-B是不锈钢容器24的截面。反应室具有圆柱形侧壁27，并且在室的外表面的底部处提供用于加热室的环状加热器H。提供加热器H用于通过反应室的底部来加热坩锅26(反应容器)，并且在置于坩锅26中的熔剂混合物9中产生热对流。通过由此产生的热对流，可以增加目标半导体晶体的生长速率和熔剂中蓝宝石衬底的溶解速率。
3.晶体生长步骤
然后将参照图3-A至3-C来说明使用图2-A和2-B示出的晶体生长设备的实施方案1的晶体生长步骤。
(1)首先，将钠(Na)(10.5g)、镓(Ga)(12.2g)和锂(Li)(24.4mg)置于反应容器(坩锅26)中，并将反应容器(坩锅26)置于晶体生长设备的反应室(不锈钢容器24)中，然后将反应室中包含的气体抽空。
当在空气中实施这种操作时，Na立即氧化。因此，衬底或原料在反应容器中的设置在填充有惰性气体(例如Ar气)的手套箱中进行。如果必要，可以在坩锅中预先添加任意上述添加剂(例如碱土金属)。
(2)随后，当坩锅的温度调节到约880℃时，将氮气(N₂)供给入晶体生长设备的反应室中，由此保持反应室中的氮气(N₂)压力为约3.7MPa。在这种情况下，形成模板10的蓝宝石衬底11浸入由于温度上升而形成的熔剂熔体(熔剂混合物)中，并且模板10的晶体生长表面(即GaN层13的暴露表面)位于熔体和氮气界面附近。
换言之，在上述步骤期间，优选将晶体生长表面持续浸入熔剂混合物中。还优选地，利用例如上述加热器H充分搅拌熔剂熔体，由此将气氛中的氮气组分(N₂或N)充分且持续地引入熔剂中。而且，如果令人满意地实施搅拌的话，那么模板10可置于坩锅26的底部。
(3)此后，利用加热器H(图2-B)在熔剂混合物9中产生热对流，由此搅拌熔剂混合物9，并将以上(2)中描述的晶体生长条件保持约100小时。
在上述条件下，构成用于制造III族氮化物化合物半导体的材料的原子在Ga-Na熔体和氮气之间的界面附近持续处于过饱和状态。因此，如图3-A中所示的那样，目标半导体晶体(GaN单晶20)可在模板10的晶体生长表面上(图1)成功地生长。因为模板10的背面呈现为蓝宝石衬底11的R晶面，所以模板10从其背面可以容易地在熔剂混合物9中溶解或侵蚀。因此，如图3-B中所示，模板10从其背面逐步溶解或侵蚀，导致从半导体分离或在熔剂中溶解。
4.晶体生长衬底的溶解
在GaN单晶20通过上述晶体生长步骤生长到具有足够厚度(例如约500μm或更大)之后，继续保持坩锅的温度为850℃至880℃，直至蓝宝石衬底11完全溶解于熔剂中(图3-B和3-C)。此后，当保持氮气(N₂)压力为10至50atm(约1×10⁶至约5×10⁶Pa)时，降低反应室的温度至100℃或更低。控制溶解温度低于生长温度的原因是防止再次熔化生长的晶体。然而，当溶解温度过度降低时，蓝宝石衬底的溶解速率减小，这不是优选的。
诸如缓冲层12的其它层优选溶解于熔剂混合物中。可以一定程度上并行地实施蓝宝石衬底11溶解于熔剂中的步骤和上述温度降低步骤。可以根据本发明的第六至第九方案中的任意一个来适当调节这些步骤的并行/同时进程的模式。
5.熔剂的移出
随后，将以上生长的GaN单晶20(目标半导体晶体)从晶体生长设备的反应室移出，并且将该单晶冷却到30℃或更低。此后，当GaN单晶20周围的气氛的温度也保持在30℃或更低时，利用乙醇移除在单晶周边上沉积的熔剂(Na)。
当依次进行上述步骤时，可以低成本地制造出高品质的半导体单晶(GaN单晶20)，该半导体单晶具有与图1中示出的蓝宝石衬底11几乎相同的表面积以及500μm或更大的厚度，并具有与常规半导体单晶相比显著减少了的裂纹。
(实施方案2)
图4是显示了制造实施方案2的模板10’的步骤的截面。因为可以与制造实施方案1的模板10所使用的几乎相同的方式来形成模板10’，所以与模板10的那些元件相对应的元件由相同的附图标记加上符号’来表示。实施方案2中使用的蓝宝石衬底11’具有均呈现为C晶面的顶表面(晶体生长表面)和背面。在背面中形成大量凹槽(凹陷)，使得背面的大部分区域呈现R晶面或A晶面。如图4中所示，凹槽具有约150μm的深度。
利用模板10’以类似于实施方案1中使用的方式来实施晶体生长。特别地，在880℃下将模板10’保持于熔剂中150小时，通过熔剂法在GaN薄膜13’上生长GaN单晶(厚度：约1.5mm)。随后，将熔剂混合物冷却到850℃，并且将模板10’进一步保持在熔剂混合物中50小时，由此蓝宝石衬底11’的一部分从其背面溶解。
结果，蓝宝石衬底11’的厚度可减小为初始厚度的一半。然后，剩余的蓝宝石衬底11’在冷却到周围温度期间破裂为微小的碎片，并且这些碎片与GaN单晶分离。由于热膨胀系数的差异所导致的应力有效地施加于通过上述溶解过程已经变薄的剩余蓝宝石衬底11’，所以可想象到这种破碎。在所生长的GaN单晶中没有发现裂纹，这可能是由于GaN单晶具有足够的厚度。
其它变化实施方案
本发明并不限于上述实施方案，而可做出以下示例性变化。通过根据本发明的操作的这些变化实施方案或者应用也可获得本发明的效果。
变化实施方案1
在实施方案1中，在晶体生长中，将锂(Li)添加到熔剂混合物中。然而，也可使用钙(Ca)来替代锂(Li)。或者，除了锂(Li)之外，还可以添加钙(Ca)。
作为晶体源的含氮(N)气体可以是氮气(N₂)、氨气(NH₃)或其混合物。氮(N)可以为等离子体状态。
在形成目标半导体晶体的III族氮化物基化合物半导体上述组成式中，可采用诸如硼(B)或铊(Tl)元素的原子来至少部分地取代III族元素(Al、Ga或In)原子，或者可采用诸如磷(P)、砷(As)、锑(Sb)或铋(Bi)元素的原子来至少部分地取代氮(N)原子。
可用于本发明的p型杂质(受主)的例子包括诸如镁(Mg)和钙(Ca)的碱土金属。可用于本发明的n型杂质(施主)的例子包括硅(Si)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)和锗(Ge)。这些杂质(受主或施主)可以在单一操作中以两种或多种物质来添加，或者两种杂质(p型和n型)可同时添加。简而言之，可以通过例如在熔剂中预先熔化这些杂质来将它们添加进目标半导体晶体。
(变化实施方案2)
在蓝宝石衬底的背面上可以形成保护膜。该保护膜可以是通过例如MOVPE在背面上形成的AlN层、或者利用溅射设备或真空蒸气沉积设备形成的诸如硅(Si)、二氧化硅(SiO₂)或钽(Ta)的材料的膜。这样形成的保护膜能够延迟蓝宝石衬底的侵蚀、溶解等的开始时机。蓝宝石衬底由Al₂O₃构成。因此，在其中不希望将铝或氧引入目标半导体晶体的情况下，基于延迟效应的这种保护膜可以是有效的。
或者，构成保护膜的材料可以用作待添加到半导体晶体中的杂质。
(变化实施方案3)
在实施方案1中，使用R晶面的主晶面。但是也可使用A晶面衬底(即具有蓝宝石A晶面的主晶面的蓝宝石衬底)、M晶面衬底或其它衬底。通过使用这些晶面作为蓝宝石衬底的主晶面，可以将在制造的半导体晶体中产生的压电场减小到几乎最小值(约0MV/cm)。
GaN层可以在R晶面衬底、A晶面衬底、M晶面衬底等的主晶面上直接形成。
(变化实施方案4)
当使用蓝宝石R晶面衬底时，在衬底的背面中可以形成如V型凹槽的不规则性。在这种情况下，呈现为A晶面的凹槽的表面至少为非常精细的台阶的形式。更特别地，因为背面具有增大的表面积且部分地呈现为A晶面并已经凹陷，所以减少了蓝宝石衬底的溶解时间。因此，该方法简化了半导体制造步骤。
(变化实施方案5)
在实施方案1中实施的晶体生长中，锂(Li)已经预先添加进熔剂混合物中。然而，诸如锂或钙的添加剂也可在完成晶体生长步骤之后添加。通过这种添加，也可增加蓝宝石衬底的溶解速率。
工业实用性
本发明有效地适用于制造例如使用III族氮化物基化合物半导体的半导体器件。根据本发明可制造的半导体器件包括诸如LED和LD的发光器件和光感受体，以及诸如FET的常用半导体器件。