專利名稱：：生長(zhǎng)第(Ⅲ)族金屬氮化物薄膜的方法和裝置、以及第(Ⅲ)族金屬氮化物薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及氮化鎵、氮化銦和氮化鋁薄膜或者由這些物質(zhì)的合金制成的薄膜的生長(zhǎng)。更具體的說，本發(fā)明涉及一種使用遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化汽相淀積(RPECVD)生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的方法和裝置，其中來自遠(yuǎn)程產(chǎn)生的氮等離子體的電中性但化學(xué)活性的化學(xué)物種可以被導(dǎo)入生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的生長(zhǎng)室中。本發(fā)明也延及一種在氮化鎵薄膜生長(zhǎng)過程中減少氮化鎵薄膜損傷的方法，并且還延及一種使由鋁、石英或熔融石英制成的密封容器(containmentvessel)鈍化的方法。本發(fā)明還涉及加熱。更具體的說，本發(fā)明涉及一種在惡劣環(huán)境中將物質(zhì)加熱至較高溫度的裝置。
背景技術(shù)：
：氮化鎵是一種廣泛用于制造藍(lán)、紫和白光發(fā)光二極管、紫外線檢測(cè)器和高功率微波晶體管的材料。由于氮化鎵在制造適用于大量用途的低能耗裝置中的實(shí)際和潛在的用途，氮化鎵薄膜受到極大的關(guān)注。氮化鎵薄膜能夠以多種不同方式生長(zhǎng)，包括分子束外延(MBE)法和金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積(MOCVD)法。MOCVD是選擇用于為生產(chǎn)LED得到足夠質(zhì)量的薄膜的沉積方法。然而，對(duì)于氮化鎵薄膜的生長(zhǎng)來說，MOCVD法的缺點(diǎn)在于其必須在大約100(TC的溫度操作。只有能夠承受相對(duì)高溫的材料(如合成藍(lán)寶石)可以使用這種方法。遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積(RPECVD)是另一種生長(zhǎng)方法，其能夠用于生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜。當(dāng)要生長(zhǎng)的薄膜是氮化鎵時(shí)，RPECVD技術(shù)能夠使用大約600'C至大約68(TC的生長(zhǎng)溫度，與MOCVD方法的生長(zhǎng)溫度相比該溫度相當(dāng)?shù)停⑶夷軌蚪档脱b置成本。RPECVD方法的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于能夠使用晶格與GaN更緊密匹配的溫度敏感型襯底材料如氧化鋅。雖然由于等離子體源遠(yuǎn)離襯底，RPECVD被廣泛認(rèn)為是避免等離子體中產(chǎn)生的物種損傷薄膜的技術(shù)，但是本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過這種方法生長(zhǎng)的薄膜能夠被甚至相對(duì)低能量的物種(即，在使用氮等離子體的情況中小于14.5eV)嚴(yán)重?fù)p傷。盡管當(dāng)使用RPECVD時(shí)避免了來自電離微粒和高能量電子的損傷，但是作為能量在等離子體源的短距離內(nèi)迅速衰減的結(jié)果，如果到達(dá)襯底的相對(duì)低能量的活性中性氮種所具有的能量高于Ga-N鍵的強(qiáng)度(其為2.2eV)，則其仍然能夠引起損傷。這種損傷可以表現(xiàn)為氮原子從薄膜中丟失、或者鎵原子和氮原子從其優(yōu)選晶格位點(diǎn)被驅(qū)逐并且隨后并入其它非優(yōu)選的晶格位點(diǎn)。因此，當(dāng)使用RPECVD生長(zhǎng)技術(shù)時(shí)，需要進(jìn)一步減少到達(dá)襯底的活性中性氮種(activeneutralnigrogenspecies)的能量。己經(jīng)對(duì)下述方面進(jìn)行了相當(dāng)多的工作GaN薄膜中的晶體大小和氧分離[I];使用ZnO作為緩沖層對(duì)GaN的重結(jié)晶前景[2];以及對(duì)石英和藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的GaN的特性的詳細(xì)對(duì)比[3]。通過RPECVD方法結(jié)合激光CVD方法制造的早期多晶材料可以比得上用非故意摻雜的n型材料生長(zhǎng)制造的早期MBE材料(該非故意摻雜的n型材料的室溫遷移性為100—200cm2/Vs[4]，并且載體濃度為大約1016cm—3)。在PCT/AU2003/000598中，描述了一種制造富鎵氮化鎵薄膜的方法。該方法在大約48(TC至大約90(TC的生長(zhǎng)溫度和其中的氧分壓小于l(T4Torr的氣氛中進(jìn)行。盡管在前述申請(qǐng)所述的方法中非常低的氧分壓已經(jīng)有助于制造具有改進(jìn)質(zhì)量的金屬氮化物薄膜，但是這樣低的氧分壓通常需要在生長(zhǎng)過程中降低系統(tǒng)壓力以實(shí)現(xiàn)低氧分壓。傳統(tǒng)的RPECVD方法的缺點(diǎn)在于，由排氣后仍然存在于系統(tǒng)中的氧(甚至下降至大約10"至l(rSTorr的基礎(chǔ)壓力)、以及從在該方法中用于密封保護(hù)等離子體的石英或鋁密封保護(hù)容器壁和管壁釋放的氧原子所引起的氧污染。這就顯示了一個(gè)問題，即這種氧原子容易摻入氮化鎵薄膜中，使薄膜具有不需要的特性。氧是氮化鎵薄膜中的一種摻雜劑，但是在生長(zhǎng)過程中在用于RPECVD的溫度也可能會(huì)產(chǎn)生高水平的分離。當(dāng)氧在氮化鎵薄膜中的摻雜無法控制時(shí)，其濃度可能會(huì)超過可以容忍或需要的水平，該水平取決于是否需要慘入一定量的氧摻入或者甚至其以很低的濃度存在都是不需要的。甚至當(dāng)電子載體濃度很低時(shí)，由于自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)制，薄膜的電導(dǎo)率可能會(huì)受氧存在的影響，這能夠使電導(dǎo)率和電子遷移性變得非常低。氧污染也可能導(dǎo)致晶體尺寸小或者在特定的生長(zhǎng)條件下甚至形成無定形氮化鎵。在薄膜生長(zhǎng)過程中存在低水平的背景氧(backgroundoxygen)允許在薄膜生長(zhǎng)過程中通過控制輸入慘雜氣體而將摻雜物的水平設(shè)置在裝置的規(guī)格要求水平上。這也保證了晶體的尺寸不受氧分離的限制。當(dāng)由鋁、石英或二氧化硅制成的密封容器或密封管的表面用形成氮等離子體的一部分的高能氮離子(如使用RPECVD方法時(shí)所獲得的)轟擊時(shí)，由于氮離子的高能量，密封容器或密封管表面中的一些化學(xué)結(jié)合的氧原子被釋放或驅(qū)逐出來。這可能導(dǎo)致在容器表面處產(chǎn)生的懸空鍵與氮離子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種化學(xué)反應(yīng)自然地取決于等離子體的類型以及密封容器或密封管的材料類型。該反應(yīng)可以被視為置換反應(yīng)，其中從容器的結(jié)構(gòu)中除去氧，并且置換為氮。Butcher,KSA等人報(bào)道了一項(xiàng)對(duì)于使石英和鋁制的密封保護(hù)容器和管子鈍化的可能性的研究，參見o/Ae/Vosw"ie/"&dOcj^e"Cow^3W7/"o^'owo/(a〃/w附7V"n'i/eG^owwiewoe尸/oywa￡>/z""ce(iC/2em,ca/fe/owZ)e;(w/"o"(通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)的氮化鎵的與等離子體相關(guān)的氧污染的研究)，Phys.Stat.Sol.(c)No1,156-160(2002)。在該文中，作者描述了一種處理鋁密封容器或密封管的方法，其中鋁密封容器或密封管在氮或氨等離子體中處理大約24小時(shí)到幾天的較長(zhǎng)時(shí)間，處理時(shí)間取決于隨后使用所需要的等離子體的類型。當(dāng)使用氨等離子體處理容器或管子時(shí)，容器或管子表面上的一些氧化鋁分子轉(zhuǎn)變成為鋁垸(A1H3)，這是一種不穩(wěn)定的物種，其在空氣中迅速衰解形成氧化鋁和氫氣。當(dāng)使用氮等離子體處理容器或管子時(shí)，容器或管子表面上的一些氧化鋁分子轉(zhuǎn)變?yōu)榈X(A1N)，這限制了攜氧物種的進(jìn)一步演化。然而，在空氣氣氛中，氮化鋁層經(jīng)過一段時(shí)間也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸X和揮發(fā)性氣體產(chǎn)物如氫，這樣在每次生長(zhǎng)氮化鎵薄膜之前不得不重復(fù)進(jìn)行該處理過程。前述Butcher等人的報(bào)道的結(jié)論是，通過使用石英密封管或微波窗生長(zhǎng)的氮化鎵薄膜，即使通過使氮等離子體通過其中來進(jìn)行一些預(yù)處理，氧污染也是不可避免的。考慮到熔融石英和石英的化學(xué)相似性，預(yù)期同樣的情況也會(huì)發(fā)生在烙融石英管中。認(rèn)為石英和熔融石英不適合進(jìn)行鈍化的原因可以歸因于被認(rèn)為在高能氮離子和二氧化硅之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)可以被簡(jiǎn)化如下-SiC>2(固體)+N2(等離子體)>SiO(氣體)+N2O(氣體)..............(1)從方程式(1)中可以看出，兩種反應(yīng)產(chǎn)物都是氣態(tài)的。這些氣態(tài)產(chǎn)物被氮等離子體吹走，這樣，更多二氧化硅暴露于氮等離子體。因此，需要一種生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的方法和裝置，其中氮化鎵薄膜的氧污染被減小至最低程度。在RPECVD系統(tǒng)中，在生長(zhǎng)室中的部分真空下，使用從反應(yīng)物如氨(和/或氮)和三甲基鎵沉積金屬氮化物的反應(yīng)混合物來生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜。薄膜在位于旋轉(zhuǎn)環(huán)上的盤狀襯底上生長(zhǎng)。使用固定加熱器，從下方加熱襯底。遠(yuǎn)程產(chǎn)生氮等離子體，并將其加入生長(zhǎng)室中。在使用分子束外延(MBE)的情況中，生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜的壓力可以低至10-STorr，而對(duì)于RPECVD來說，壓力可以是大約0.1-10Torr。襯底位于加熱器上方大約2至3mm。根據(jù)所使用的技術(shù)，生長(zhǎng)溫度可以為大約900。C至大約1000°C，或者大約500。C至大約1000°C。但是，為在襯底上達(dá)到大約65(TC的預(yù)期生長(zhǎng)溫度，加熱器必須在高得多的溫度工作，這樣，熱量才能夠從下方輻射至襯底上。因此，必須在大約140(TC的溫度運(yùn)行加熱器的情況并不罕見。在加熱襯底中使用的一類常規(guī)加熱器包括加熱元件、或者由纏繞在其邊緣具有凹口的盤狀陶瓷基底上的直徑為大約0.5mm的鎢或鉭金屬線制成的細(xì)絲。由于使用了等離子體，金屬氮化物所生長(zhǎng)的環(huán)境典型地是含有氮原子的還原性氣氛，這種氣氛對(duì)于構(gòu)造材料來說是非常惡劣的。WO2003/097532描述了一種使用RPECVD方法制造富鎵氮化鎵薄膜的方法。該申請(qǐng)?jiān)诖艘胱鳛閰⒖嘉墨I(xiàn)。在WO2003/097532所述的方法中，生長(zhǎng)室內(nèi)使用的壓力越高，條件越惡劣。當(dāng)生長(zhǎng)系統(tǒng)被調(diào)節(jié)至前述工作溫度和惡劣氣體環(huán)境時(shí)，前述常規(guī)加熱器可能甚至在生長(zhǎng)之前的階段就被損壞了。包括由鴨或鉭制成的電阻絲的常規(guī)加熱器，當(dāng)暴露于在這些系統(tǒng)中使用的氣體(其包括來自等離子體的反應(yīng)性氮種和來自金屬有機(jī)物的氫)時(shí)，其會(huì)在所使用的生長(zhǎng)溫度變脆，并且最終破碎?；蛘撸?dāng)其因?yàn)閺慕饘儆袡C(jī)物源氣體或者從其自身可能發(fā)生的一些蒸發(fā)而沉積在鄰近的回路或線圈之間的金屬引起短路時(shí)，其可能發(fā)生燃燒。由于金屬的脆變和膨脹或者由于金屬的蒸發(fā)和在回路之間的凝結(jié)，電阻絲失去作用，引起短路和短路線圈(winding)的過載。因此，需要比加熱元件由鎢或鉭制成的那些加熱器更可靠的加熱器，以使用MBE技術(shù)和RPECVD技術(shù)進(jìn)行金屬氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)。另一種類型的傳統(tǒng)加熱器如美國(guó)專利第6,140,624號(hào)所述。這種加熱器包括由熱解氮化硼制成的介電基體和疊加在該介電基體上的熱解石墨加熱元件。美國(guó)專利第5,343,022號(hào)描述了一種類似的加熱裝置，該加熱裝置由氮化硼介電基體(dielectricbase)和其中包裹的熱解石墨加熱元件組成。在美國(guó)專利第4,777,022號(hào)中，描述了一種外延加熱裝置和方法。該加熱器包括位于核心周圍的電阻線圈，該核心包括由氮化硼、熱解氮化硼或pyrifolyte制成的中空?qǐng)A柱管部分。然而，由于使用了熱解氮化硼和熱解石墨，它們是在高溫下使用化學(xué)汽相淀積技術(shù)、使用適當(dāng)?shù)难谀Ｒ粚咏右粚拥厣L(zhǎng)包括加熱元件的基板而制造的，因此這些加熱器非常昂貴。由于其高成本，對(duì)于使用RPECVD技術(shù)的商品金屬氮化物薄膜的制造來說，這些加熱器在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。因此，需要一種廉價(jià)加熱器，其能夠承受在用于生長(zhǎng)金屬氮化物的RPECVD生長(zhǎng)系統(tǒng)中遇到的惡劣操作條件。
發(fā)明內(nèi)容明的一個(gè)目的是克服或基本改善至少一種上述缺點(diǎn)，或滿足至少一種上述需求。生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜的方法根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的方法，該方法包括下述步驟(a)將選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)加熱至大約400。C至大約750'C的溫度范圍；(b)在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生活性中性氮種；(c)將活性中性氮種輸送至生長(zhǎng)室中；(d)在生長(zhǎng)室中形成反應(yīng)混合物，該反應(yīng)混合物中含有能夠與氮種反應(yīng)形成第(III)族金屬氮化物薄膜的第(III)族金屬物種；以及(e)在使薄膜適用于裝置用途的條件下，在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物薄膜。襯底可以包括位于該襯底上的緩沖層。與襯底的晶格相比，緩沖層的晶格可以與薄膜晶格更緊密地匹配。與適用于裝置用途的第(III)族金屬氮化物薄膜相比，可能不適用于裝置用途的第(III)族金屬氮化物薄膜可能具有大的缺陷密度。與適用于裝置用途的第(III)族金屬氮化物薄膜相比，可能不適用于裝置用途的第(in)族金屬氮化物薄膜可能具有低電子或空穴遷移率。與適用于裝置用途的第(III)族金屬氮化物薄膜相比，可能不適用于裝置用途的第(III)族金屬氮化物薄膜可能具有低能帶間隙。與適用于裝置用途的第(III)族金屬氮化物薄膜相比，可能不適用于裝置用途的第(III)族金屬氮化物薄膜可能具有高氧含量。與在薄膜生長(zhǎng)過程中不會(huì)被來自氮等離子體的氮種嚴(yán)重?fù)p壞的第(III)族金屬氮化物薄膜相比，可能不適用于裝置用途的第(III)族金屬氮化物薄膜可能在薄膜生長(zhǎng)過程中被氮種(nigrogenspecies)嚴(yán)重?fù)p壞。與沒有在襯底或緩沖層(該襯底或緩沖層在生長(zhǎng)第(in)族金屬氮化物薄膜之前就已經(jīng)被來自氮等離子體的氮種嚴(yán)重?fù)p壞)上生長(zhǎng)的第in族氮化物薄膜相比，可能不適用于裝置用途的第(in)族金屬氮化物薄膜可以在襯底或緩沖層(該襯底或緩沖層在生長(zhǎng)第(in)族金屬氮化物薄膜之前已經(jīng)被來自氮等離子體的氮種嚴(yán)重?fù)p壞)上生長(zhǎng)。與預(yù)先對(duì)用于容納氮等離子體的管子進(jìn)行鈍化之后生長(zhǎng)的m族金屬氮化物薄膜相比，可能不適用于裝置用途的第(III)族金屬氮化物薄膜可能在沒有預(yù)先對(duì)用于容納氮等離子體的管子進(jìn)行鈍化的情況中生長(zhǎng)。與使用具有適當(dāng)?shù)退诫s質(zhì)的氮生成的氮等離子體生長(zhǎng)的第(III)族金屬氮化物相比，可能不適用于裝置用途的第(III)族金屬氮化物薄膜可能是使用具有過高水平雜質(zhì)的氮生成的氮等離子體生長(zhǎng)的。與在生長(zhǎng)室中合適的壓力(這種合適的壓力導(dǎo)致生成適用于裝置用途的金屬氮化物薄膜)下生長(zhǎng)的第(III)族金屬氮化物薄膜相比，可能不適用于裝置用途的第(m)族金屬氮化物薄膜可能是在生長(zhǎng)室中過低的壓力下生長(zhǎng)的。與適用于裝置用途的第(in)族金屬氮化物薄膜相比，可能不適用于裝置用途的第(m)族金屬氮化物薄膜可能具有高氧含量。與適用于裝置用途的第(in)族金屬氮化物薄膜相比，可能不適用于裝置用途的第(in)族金屬氮化物薄膜可能是在含有過高氧分壓的氣氛中生長(zhǎng)的。與作為半導(dǎo)體的適用于裝置用途的第ni金屬氮化物薄膜相比，可能不適用于裝置用途的第(in)族金屬氮化物薄膜可能是絕緣的。與可以不需要的另外的退火步驟的適用于裝置用途的第(ni)族金屬氮化物薄膜相比，可能不適用于裝置用途的第(in)族金屬氮化物薄膜可能需要另外的退火步驟?？赡懿贿m用于裝置用途的第(in)族金屬氮化物薄膜可能是不顯示第(in)族金屬氮化物的結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)特性的第(in)族金屬氮化物薄膜?？梢赃m用于裝置用途的第(m)族金屬氮化物薄膜可以是顯示第(m)族金屬氮化物結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)特性的第(in)族金屬氮化物薄膜?？赡懿贿m用于裝置用途的第(m)族金屬氮化物薄膜可以是下述第(in)族金屬氮化物薄膜其中該薄膜在襯底或緩沖層上生長(zhǎng)，因此在該薄膜和襯底或緩沖層之間存在巨大的晶格失配(latticemismatch)?？梢赃m用于裝置用途的第(III)族金屬氮化物薄膜可以是下述第(III)族金屬氮化物薄膜其中該薄膜在襯底或緩沖層上生長(zhǎng)，因此在該薄膜和襯底或緩沖層之間存在很小的晶格失配或不存在晶格失配。可能不適用于裝置用途的第(III)族金屬氮化物薄膜可以是下述第(III)族金屬薄膜其中該薄膜顯示柱狀結(jié)構(gòu)(M.A.Sanchez-GarciaE.Calleja，E.Monroy,FJ.Sanchez,F.Calle，E.Munoz禾口R.Beresford,J.Cryst.Growth,183,23，1998)。可以適用于裝置用途的第(in)族金屬氮化物薄膜可以是其中的薄膜不顯示柱狀結(jié)構(gòu)的薄膜。適用于裝置用途的薄膜可以進(jìn)一步進(jìn)行加工步驟，如摻雜、退火等。步驟(e)可以包括步驟(el):(el)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(in)族金屬氮化物的薄膜該條件使所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低500meV以下，并且使薄膜適用于裝置用途。步驟(e)可以包括步驟(e2):(e2)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低500meV以下，并且使薄膜適用于裝置用途，其中在所述的形成過程中，使用選自下述條件中的至少一種(i)目標(biāo)在生長(zhǎng)室中的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間的距離為大約20cm至大約25cm,其中生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約lTorr和大約15Torr之間；(ii)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓小于10—4Torr;(iii)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓在10"Torr至10'"Torr的范圍內(nèi)；(iv)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(v)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約2Torr和大約5Torr之間；(vi)擋板或葉輪位于該目標(biāo)和位于遠(yuǎn)處的氮等離子體源之間；以及(vii)所述目標(biāo)位于生長(zhǎng)室內(nèi)，其與遠(yuǎn)處的氮等離子體之間的距離為大約20cm至大約25cm。該薄膜可以特別適用于形成例如LED或其它設(shè)備的設(shè)備。LED可以是藍(lán)光LED或其它色光LED或白光LED。LED可以是GaNLED。LED可以是GaN藍(lán)光LED。該目標(biāo)可以位于生長(zhǎng)室內(nèi)，其與氮等離子體在其中形成的密封管的出口端之間的距離為大約20cm至大約25cm。當(dāng)目標(biāo)與密封管的出口段之間的距離為大約20cm至大約25cm時(shí)，其中可以生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力可以使該薄膜適用于裝置用途。目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與密封管(containmenttube)出口端之間的距離可以小于大約20cm，或者與密封管出口端之間的距離可以大于大約25cm。當(dāng)目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與密封管出口端之間的距離小于大約20cm(例如，在大約20cm和大約10cm之間、或者在大約20cm和大約15cm之間、或者在20cm和17cm之間)時(shí)，其中可以生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力可以使該薄膜適用于裝置用途(在這種情況中，生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力可能比當(dāng)薄膜/目標(biāo)與密封管出口端的距離在大約20cm和25cm之間時(shí)的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力高一些，以便減少電離氮種和中性氮種對(duì)在目標(biāo)上生長(zhǎng)的薄膜的損壞，例如，如果對(duì)20cm—25cm的距離來說3—5Torr是生長(zhǎng)室內(nèi)的合適壓力，則對(duì)20cm—17cm的距離來說，在生長(zhǎng)室內(nèi)5_10Torr是合適的，盡管應(yīng)當(dāng)意識(shí)到合適的工作壓力范圍和最佳壓力需要通過試驗(yàn)確定)。當(dāng)目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與密封管出口端之間的距離超過大約25cm時(shí)(例如，在大約25cm和大約50cm之間、或者在大約25cm和大約40cm之間、或者在25cm和30cm之間、或者在25cm和28cm之間)時(shí)，其中可以生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力可以使該薄膜適用于裝置用途(在這種情況中，生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力可能與當(dāng)薄膜/目標(biāo)與密封管出口端之間的距離在大約20cm和25cm之間時(shí)的生長(zhǎng)室內(nèi)壓力相同或者比其低一些，以便減少電離氮種和中性氮種對(duì)薄膜的損壞，例如，如果對(duì)于20cm—25cm的距離來說3—5Torr是生長(zhǎng)室內(nèi)的合適壓力，則對(duì)25cm—35cm的距離來說，在生長(zhǎng)室內(nèi)l一3Torr是合適的，盡管應(yīng)當(dāng)意識(shí)到合適的工作壓力范圍和最佳壓力需要通過試驗(yàn)確定)。擋板或葉輪可以位于目標(biāo)和密封管出口端之間。擋板或葉輪的位置可以接近密封管出口端的附近(例如，0—10cm、l一8cm、1—6cm)。步驟(e)可以包括步驟(e3):(e3)在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜，其中所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低70至40meV，并且該薄膜適用于裝置用途。步驟(e)可以包括步驟(e4):(e4)在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜，其中所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低70至40meV，并且該薄膜適用于裝置用途。步驟(e)可以包括步驟(e5):(e5)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使薄膜是半導(dǎo)體薄膜并且適用于裝置用途，其中該金屬選自鎵、銦、鎵和鋁的組合、鎵和銦的組合、銦和鋁的組合、以及鎵和銦和鋁的組合。步驟(e)可以包括步驟(e6):(e6)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使薄膜是半導(dǎo)體薄膜并且適用于裝置用途，其中該金屬選自鎵、銦、鎵和鋁的組合、鎵和銦的組合、銦和鋁的組合、以及鎵和銦和鋁的組合，其中在所述的形成過程中，使用選自下述條件中的至少一種(i)目標(biāo)在生長(zhǎng)室中的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間的距離為大約20cm至大約25cm，并且其中生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(ii)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓小于10-4Torr;(iii)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓在10"Torr至10—11Torr的范圍內(nèi)；(iv)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(v)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約2Torr和大約5Torr之間；(vi)擋板或葉輪位于該目標(biāo)和位于遠(yuǎn)處的氮等離子體源之間；以及(vii)目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與遠(yuǎn)處的氮等離子體之間的距離為大約20cm至大約25cm。步驟(e)可以包括步驟(e7)(e7)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使薄膜的電阻率在大約0.0001和1(^ohm.cm之間并且使薄膜適用于裝置用途，其中該金屬選自鎵、銦、鎵和鋁的組合、鎵和銦的組合、銦和鋁的組合、以及鎵和銦和鋁的組合。步驟(e)可以包括步驟(e8):(e8)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使薄膜的電阻率在大約0.0001和1(/ohm.cm之間并且使薄膜適用于裝置用途，其中該金屬選自鎵、銦、鎵和鋁的組合、鎵和銦的組合、銦和鋁的組合、以及鎵和銦和鋁的組合，其中在所述的形成過程中，使用選自下述條件中的至少一種-(i)目標(biāo)在生長(zhǎng)室中的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間的距離為大約20cm至大約25cm，其中生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(ii)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓小于10"Torr;(iii)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓在10"Torr至10—"Torr的范圍內(nèi)；(iv)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(v)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約2Torr和大約5Torr之間；(vi)擋板或葉輪位于目標(biāo)和遠(yuǎn)處的氮等離子體源之間；以及(vii)目標(biāo)在生長(zhǎng)室中的位置與遠(yuǎn)處的氮等離子體之間的距離為大約20cm至大約25cm。步驟(e)可以包括步驟(e9):(e9)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使薄膜顯示第(m)族金屬氮化物的結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)特性并且適用于裝置用途。步驟(e)可以包括步驟(el0):(e10)在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜，其中該薄膜顯示第(III)族金屬氮化物的結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)特性，并且該薄膜適用于裝置用途，其中在所述的形成過程中，使用選自下列條件中的至少一種(i)目標(biāo)在生長(zhǎng)室中的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間的距離為大約20cm至大約25cm，其中生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(ii)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓小于10-4Torr;(iii)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓在1()4Torr至10"'Torr的范圍內(nèi)；(iv)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(v)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約2Torr和大約5Torr之間；(vi)擋板或葉輪位于目標(biāo)和遠(yuǎn)處的氮等離子體源之間；以及(vii)目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與遠(yuǎn)處的氮等離子體之間的距離為大約20cm至大約25cm。步驟(e)可以包括步驟(ell):(ell)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使薄膜顯示小于1.6原子％的氧濃度，其中該薄膜適用于裝置用途。步驟(e)可以包括步驟(el2):(el2)在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜，其中該薄膜顯示氧濃度小于1.6原子％，并且其中該薄膜適用于裝置用途，其中在所述的形成過程中，使用選自下列條件中的至少一種(i)目標(biāo)在生長(zhǎng)室中的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間的距離為大約20cm至大約25cm，其中生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(ii)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓小于10"Torr;(iii)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓在10"Torr至10—UTorr的范圍內(nèi)；(iv)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(v)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約2Torr和大約5Torr之間；(vi)擋板或葉輪位于目標(biāo)和遠(yuǎn)處的氮等離子體源之間；以及(vii)目標(biāo)在生長(zhǎng)室的位置與遠(yuǎn)處的氮等離子體之間的距離為大約20cm至大約25cm。步驟(b)可以包括步驟(bl):(bl)在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生活性中性氮種，其中該等離子體是從氮?dú)馍傻?，該氮?dú)庵邪ǖ碾s質(zhì)小于或等于10份/10億份氮。步驟(C)可以包括步驟(Cl):(Cl)將活性中性氮種經(jīng)密封管輸送至生長(zhǎng)室中，所述的密封管包括選自石英管(silicatube)、石英管(quartztube)和氮化硼管的管子，所述的管子具有內(nèi)表面。在步驟(a)之前，可以進(jìn)行步驟(a')，步驟(a')包括(a')將密封管內(nèi)表面的至少一部分與氮等離子體在大約lOmTorr至大約100Torr的壓力下接觸大約1小時(shí)至100小時(shí)的一段時(shí)間，將密封管內(nèi)表面的至少一部分與氮等離子體接觸使得密封管中的至少部分二氧化硅與氮等離子體中的氮離子反應(yīng)，從而使至少部分二氧化硅在大約10mTorr至大約100Torr的壓力下轉(zhuǎn)變?yōu)椴会尫叛踉踊蛘哚尫泡^少氧原子的物種。步驟(c)可以包括步驟(c2):(c2)將活性中性氮種輸送至生長(zhǎng)室中，使得活性中性氮種沿通道直接通往目標(biāo)的中心區(qū)域，該通道的位置與包含目標(biāo)的平面基本上成45度至直角的角度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的方法，該方法包括下述步驟一將選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)加熱至大約40(TC至大約750。C的溫度范圍內(nèi)；—在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生活性中性氮種；—將活性中性氮種輸送至生長(zhǎng)室中；一在生長(zhǎng)室中形成反應(yīng)混合物，該反應(yīng)混合物中含有能夠與氮種反應(yīng)形成第(III)族金屬氮化物薄膜的第(III)族金屬物種；以及一在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物薄膜該條件使所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低大約500meV以下。這些條件可以包括選自下述的一種或多種條件(i)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力；(ii)其中，目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間存在一定距離；(iii)其中擋板或葉輪位于目標(biāo)和用于遠(yuǎn)程產(chǎn)生氮等離子體的源之間；(iv)目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的溫度；以及(V)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓，從而使所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比己確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低大約500meV以下。所測(cè)量的薄膜的能帶間隙可以比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低大約450meV以下、大約400meV以下、大約350meV以下、大約300meV以下、大約250meV以下、大約200meV以下、大約175meV以下、大約150meV以下、大約125meV以下、大約100meV以下或者大約80meV以下。所測(cè)量的能帶間隙可以比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低500-400、500-300、500-200、500-100、500-80、500-60、500-50、500-40、500-30、500-20、500-10、450-400、400-300、400-200、400-100、400-80、400-60、400-50、400-40、400-30、400-20、400-10、300-250、300-200、300-100、300-80、300-60、300-50、300-40、300-30、300-20、300-10、250-210、250-200、250-100、250-80、250-60、250-50、250-40、250-30、250-20、250-10、200-175、200-150、200-125、200-100、200-80、200-70、200-60、200-40、200-30、200-10、150-120、150-100、150-90、150-80、150-60、150-50、150-40、150-30、150-20、150-10、100-90、100-80、100-70、100-60、100-50、100-40、100-30、100-20、100-10、75-70、75-60、75-50、75-40、75-30、75-20、75-10、65-60、65-50、65-40、65-30、65-20、65-10、60-40、55-40、55-45或53-47meV。所測(cè)量的能帶間隙可以比已確定的第(in)族金屬氮化物的能帶間隙低大約500、475、450、425、400、375、350、325、300、275、250、225、200、175、150、125、100、90、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5meV。在形成第(III)族金屬氮化物薄膜的過程中，生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力可以保持在，例如，大約O.l至大約15Torr、0.5至10Torr、1至7Torr、1.5至5Torr、2至4Torr或2.5至3.5Torr的范圍內(nèi)。生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓可以小于10-2、10-3、10-4、l(T5、l(T6、l(T7、l(T8、l(T9、10-10、10-11或10"2Torr。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的方法，該方法包括下述步驟一將選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)加熱至大約40(TC至大約75(TC的溫度范圍內(nèi)；一在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生活性中性氮種；—將活性中性氮種輸送至生長(zhǎng)室中；一在生長(zhǎng)室中形成反應(yīng)混合物，該反應(yīng)混合物中含有能夠與氮種反應(yīng)形成第(III)族金屬氮化物薄膜的第(III)族金屬物種；以及一在一定壓力下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜，其中所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低大約500meV以下。第(III)族金屬可以是鎵。產(chǎn)生氮等離子體的等離子體產(chǎn)生區(qū)域相對(duì)于目標(biāo)的位置、氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置與目標(biāo)之間的距離、以及生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力可以如下所述到達(dá)目標(biāo)的在等離子體產(chǎn)生區(qū)域中產(chǎn)生的活性中性氮種，在薄膜生長(zhǎng)過程中的平均能量小于或大致等于第(m)族金屬氮化物的第(III)族金屬-氮化物的鍵能，或者在薄膜生長(zhǎng)之前的平均能量小于或大致等于襯底上緩沖層的鍵能?；钚灾行缘N的平均能量可以小于或大致等于第(III)族金屬氮化物的第(III)族金屬-氮化物的鍵能，但是大于襯底的熱能。來自氮等離子體的活性中性氮種可以是電中性化學(xué)活性的物種。在氮化鎵的情況中，通過增加氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置與目標(biāo)之間的距離與增加生長(zhǎng)室內(nèi)壓力的結(jié)合，可以基本防止來自氮等離子體的平均能量大于或等于大約2.2eV的電中性化學(xué)活性的物種在氮化鎵薄膜生長(zhǎng)的過程中到達(dá)襯底。氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置與目標(biāo)之間的距離為大約20至25cm、生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約2Torr和大約4Torr之間、并且擋板或葉輪位于目標(biāo)和用于遠(yuǎn)程產(chǎn)生氮等離子體的源之間，這已經(jīng)顯示出在氮化鎵薄膜的生長(zhǎng)方面工作良好。增加氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置與目標(biāo)之間的距離、以及增加生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力使分子碰撞數(shù)目增加，該分子碰撞是由來自等離子體的電中性化學(xué)活性物種與處在熱能狀態(tài)的背景氣體物種之間經(jīng)受的碰撞，因此電中性化學(xué)活性物種的總平均能量降低了。電中性化學(xué)活性物種在氮的情況中可以是原子氮。這種平均能量的降低必須與電中性化學(xué)活性物種的有限壽命相平衡，這樣電中性化學(xué)活性物種在相互反應(yīng)之前與第(III)族金屬反應(yīng)形成非反應(yīng)性物種，后者不會(huì)參與薄膜的生長(zhǎng)。通過使用一塊或多塊擋板或葉輪，來自氮等離子體的平均能量大于大約2.2eV(在GaN的情況中，這是需要在GaN生長(zhǎng)的過程中到達(dá)襯底的電中性化學(xué)活性物種的平均能量上限)的電中性化學(xué)活性物種的能量可以在其到達(dá)襯底之前大幅降低。擋板或葉輪通過誘導(dǎo)與低能表面和其它低能氣體物種的進(jìn)一步碰撞，降低了電中性化學(xué)活性物種的平均能量。在與GaN薄膜生長(zhǎng)有關(guān)的一個(gè)實(shí)施方式中，來自氮等離子體的平均能量大于大約2.2eV的電中性化學(xué)活性物種在到達(dá)目標(biāo)前可以通過下述方式降低其能量(i)控制生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力，(ii)選擇目標(biāo)和氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間的合適距離，以及(iii)同時(shí)使用一塊或多塊位于目標(biāo)和用于遠(yuǎn)程產(chǎn)生氮等離子體的源之間的擋板和/或葉輪。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的方法，該方法包括下述步驟—將選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)加熱至大約40(TC至大約750°C的溫度范圍內(nèi)；—在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生活性中性氮種；—將活性中性氮種輸送至生長(zhǎng)室中；—在生長(zhǎng)室中形成反應(yīng)混合物，該反應(yīng)混合物中含有能夠與氮種反應(yīng)形成第(III)族金屬氮化物薄膜的第(III)族金屬物種，以及—在使薄膜是半導(dǎo)體薄膜的條件下，在所加熱的目標(biāo)上形成金屬氮化物薄膜，其中該金屬選自鎵、銦、鎵和鋁的組合、鎵和銦的組合、銦和鋁的組合、以及鎵和銦和鋁的組合，其中該薄膜是半導(dǎo)體薄膜。表<table>tableseeoriginaldocumentpage112</column></row><table>自下列的一種或多種條件(i)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力；(ii)其中目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間存在一段距離；(iii)其中擋板或葉輪位于目標(biāo)和用于遠(yuǎn)程產(chǎn)生氮等離子體的源之間；(iv)目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的溫度；以及(v)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓。薄膜的晶體結(jié)構(gòu)可以是纖鋅礦(wurtzite)結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)。薄膜不能是無定形膜。第(III)族金屬氮化物可以包括GaN、InN、A1N或其合金，并且可以是纖鋅礦結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)或顯示纖鋅礦結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)或其組合的X-線衍射反射特性。第(III)族金屬氮化物可以包括GaN、InN、A1N或其合金，并且可以是纖鋅礦結(jié)構(gòu)或顯示GaN、InN、A1N或其合金的纖鋅礦結(jié)構(gòu)特征的X-線衍射反射特性。所測(cè)量的薄膜能帶間隙可以比己確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低大約500meV以下。薄膜可以是半導(dǎo)體薄膜(除了在A1N的情況中是絕緣的之外)。氧分壓可以小于icr2、i(T3、i(T4、io-5、io-6、i(T7、io'8、10—9、io-1Q、l(T"或l(T12Torr。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的方法，該方法包括下述步驟一將選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)加熱至大約400°C至大約750°C的溫度范圍內(nèi)；一在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生活性中性氮種；一將活性中性氮種輸送至生長(zhǎng)室中；一在生長(zhǎng)室中形成反應(yīng)混合物，該反應(yīng)混合物中含有能夠與氮種反應(yīng)形成第(III)族金屬氮化物薄膜的第(III)族金屬物種，以及一在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物薄膜該條件使薄膜顯示小于1.6原子％的氧濃度。該條件可以包括選自下列的一種或多種條件(i)生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力；(ii)其中目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間存在一段距離；(iii)其中擋板或葉輪位于目標(biāo)和用于遠(yuǎn)程產(chǎn)生氮等離子體的源之間；(iv)目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的溫度；以及(v)生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓，從而使薄膜顯示的氧濃度低于1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.075、0.05、0.038、0,030、0.010、0.007、0.005、0.003、0.0009、0.0007、0.0005、0.0003或0.0001原子％。生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓可以小于10'2、l(T3、l(T4、10-5、10-6、10—7、10-8、10-9、IO'10、lO-"或10-12Torr。生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓可以在10—2-l(T1210-2匿10—■li1(T2-l(T'1210-2-.1010-3-io-12、10-3-10"1、i(r3-io-1()、io-4-.10.-12.10-iiio-4-■10.-1010-5-.10-1210-5-io-11、10-5-10-10、10-6-10-12、10-6-.10.-1110-6-10..1010-7-.10'.12IO義■10.-1110-7-io-10、10-8畫10-12、10-8-10-11、io義10-.1010-9-l(T■1210隱9-l(T11io-9-10io-10-io-12、l0-io_10-ii或10-U-10"Torr的范圍內(nèi)。該薄膜顯示的氧濃度范圍可以是1.59-0.01、1.4-0.01、1.3-0.01、1.2-0.01、l.l畫O.Ol、1-0.01、0.9-0.01、0.8-0.01、0.7-0.01、0.6-0.01、0.5-0.01、0.4-0.01、0.3-0.01、0.2-0.01、0.1-0.01、0.075-0.01、1.59-0.02、1.4-0.02、1.3-0.02、1.2-0.02、1.1-0.02、1-0.02、0.9-0.02、0.8-0.02、0.7-0.02、0,6-0.02、0.5-0.02、0.4-0.02、0.3-0.02、0.2-0.02、0.1-0.02、0.075-0.02、1.59-0.03、1.4-0.03、1.3-0.03、1.2-0.03、1.1-0.03、1-0.03、0.9-0.03、0.8-0.03、0.7-0.03、0.6-0.03、0.5-0.03、0.4-0.03、0.3-0.03、0.2-0.03、0.1-0.03、0.075-0.03、1,59-0.038、1.59-0.0001、1.59-0.0009、1.59-0.001、1.59-0.003、1.59-0.005、1.59-0.009、1.59-0.01、1.0-0.038、1.0-0.0001、1.0-0.0009、1.0-0.001、1,0-0.003、1.0-0.005、1.0-0.009、1.0-0.01、0.5-0.038、0.5-0.0001、0.5-0.0009、0.5-0.001、0.5-0.003、0.5-0.005、0.5-0.009、0.5-0.01、0.1-0.038、0.1-0.0001、0.1-0.0009、O.l陽O週、O.l-O扁、0.1-0.005、0.1-0.009、O.l隱O.Ol、0.05-0.038、0.05-0.0001、0.05-0.0009、0.05-0.001、0.05-0.003、0.05-0.005、0.05-0.009或0.05-0.01原子Q^。該薄膜可以是包括n型摻雜物的n型薄膜。該薄膜可以是包括P型摻雜物的P型薄膜(在p型薄膜的情況中，需要單獨(dú)的p型摻雜步驟)。薄膜中的載體濃度可以在10夂10"載體/cm3、1017-102()載體/^3、107-10"載體/cm3、5X1017-1021載體/cm3、5X10"畫102o載體/cm3、5乂1017-1019載體/^3、1017-1018載體/cm3、10"畫10"載體/cm3、7X10"-l(T載體/cm3、1018-102°載體/(^13或1019-102()載體/cm3的范圍內(nèi)。載體濃度可以是供體或受體載體濃度。該薄膜可以適用于裝置用途。薄膜的氧濃度可己通過SIMS測(cè)量。本發(fā)明還提供了一種第(III)族金屬氮化物薄膜(例如，GaN薄膜)，其中該薄膜顯示的氧濃度低于1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.075、0.05、0.038、0.030、0.010、0.007、0.005、0.003、0.0009、0.0007、0.0005、0.0003、或0.0001原子％。該薄膜顯示的氧濃度范圍為1.59-0.01、1.4-0.01、1.3-0.01、1.2-0.01、1.1-0.01、1-0.01、0.9-0.01、0.8-0.01、0.7-0.01、0.6-0.01、0.5-0.01、0.4-0.01、0.3-0.01、0.2-0.01、0.1-0.01、0,075-0.01、1.59-0.02、1.4-0.02、1.3-0.02、1.2-0.02、1,1-0,02、1-0.02、0.9-0.02、0.8-0.02、0.7-0.02、0,6-0.02、0.5-0.02、0.4-0.02、0.3-0.02、0.2-0.02、0.1-0.02、0.075-0.02、1.59-0,03、1.4-0.03、1.3-0.03、1.2-0.03、11-0.03、1-0.03、0.9-0.03、0,8-0.03、0.7-0.03、0.6-0.03、0.5-0.03、0.4-0,03、0.3-0.03、0.2-0.03、0.1-0.03、0.075-0.03、1.59-0.038、1.59-0.0001、1.59-0.0009、1.59-0.001、1.59-0.003、1.59-0.005、1.59-0.009、1,59-0.01、1.0-0.038、1.0-0.0001、1.0-0.0009、1.0-0.001、1.0-0.003、1.0-0.005、1.0-0.009、1.0-0.01、0.5-0.038、0.5-0.0001、0.5-0.0009、0.5畫0.001、0.5-0.003、0.5-0.005、0.5-0.009、0.5-0.01、0.1-0.038、0.1-0.0001、0.1-0.0009、0.1-0.001、0.1-0.003、0.1-0.005、0,1-0.009、0.1-0.01、0.05-0.038、0.05-0.0001、0.05-0.0009、0.05-0.001、0.05-0.003、0.05-0.005、0.05-0.009或0.05-0.01原子％。該薄膜可以是包括n型摻雜物的n型薄膜。該薄膜可以是包括p型摻雜物的p型薄膜(在p型薄膜的情況中，需要單獨(dú)的p型摻雜步驟)。薄膜中的載體濃度可以在1016-1021載體/cm3、10'7-l()20載體/cm3、1017-1021載體/cm3、5X1017-102，/cm3、5X10'7-l。2o載體/cm3、5X1017-1019載體/cm3、10"-108載體/cm3、10"-10'9載體/cm3、7X1017-1019載體/cm3、1018-102()載體/0113或1019-102()載體/咖3的范圍內(nèi)。載體濃度可以是供體或受體載體濃度。該薄膜可以適用于裝置用途。薄膜顯示第(III)族金屬氮化物的結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)特性或第(III)族金屬氮化物的結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)特性的X-線衍射反射特性。氧濃度低于1.6原子％的薄膜的結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)可以是纖鋅礦結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)。該薄膜不是無定形膜。第(III)族金屬氮化物可以包括GaN、InN、A1N或其合金，并且可以是纖鋅礦結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)或顯示纖鋅礦結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)或其組合的X-線衍射反射特性。第(III)族金屬氮化物可以包括GaN、InN、A1N或其合金，并且可以是纖鋅礦結(jié)構(gòu)或顯示GaN、InN、A1N或其合金的纖鋅礦結(jié)構(gòu)特征的X-線衍射反射特性。所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低大約500meV以下。薄膜可以是半導(dǎo)體薄膜(除了在A1N的情況中是絕緣的之外)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)第(m)族金屬氮化物薄膜的方法，該方法包括下述步驟—將選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)加熱至大約40(TC至大約75(TC的溫度范圍內(nèi)；一在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生活性中性氮種，其中該等離子體從下述氮?dú)庵挟a(chǎn)生該氮?dú)庵邪ǖ碾s質(zhì)少于或等于10份/10億份氮；一將活性中性氮種輸送至生長(zhǎng)室中；一在生長(zhǎng)室中形成反應(yīng)混合物，該反應(yīng)混合物中含有能夠與氮種反應(yīng)形成第(III)族金屬氮化物薄膜的第(III)族金屬物種；以及一在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物薄膜。等離子體可以從下述氮?dú)庵挟a(chǎn)生該氮?dú)庵邪ǖ碾s質(zhì)少于或等于9、8、7、6、5、4、3、2、1、0.7、0.5、0.3、0.1、0.08、0.05傷、/IO億份氮。這些份數(shù)可以基于體積體積、重量重量、摩爾摩爾或者它們的組合。薄膜可以顯示第(III)族金屬氮化物的結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)特性或第(III)族金屬氮化物結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)特性的X-線衍射反射特性。薄膜的晶體結(jié)構(gòu)可以是纖鋅礦結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)。薄膜不能是無定形膜。第(III)族金屬氮化物可以包括GaN、InN、A1N或其合金，并且可以是纖鋅礦結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)或者顯示纖鋅礦結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)或其組合的X-線衍射反射特性。第(III)族金屬氮化物可以包括GaN、InN、A1N或其合金，并且可以是纖鋅礦結(jié)構(gòu)或者顯示GaN、InN、A1N或其合金的纖鋅礦結(jié)構(gòu)特性的X-線衍射反射特性。所測(cè)量的薄膜的能帶間隙可以比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低大約500meV以下。薄膜可以是半導(dǎo)體薄膜(除了在A1N的情況中是絕緣的之外)。薄膜的氧濃度可以小于1.59原子％。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)第(ni)族金屬氮化物薄膜的方法，該方法包括下述步驟一將選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)加熱至大約400°C至大約750°C的溫度范圍內(nèi)；一在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生活性中性氮種；一將活性中性氮種經(jīng)密封管輸送至生長(zhǎng)室中，所述的密封管包括硅管、石英管或氮化硼管，并且具有內(nèi)表面；一在生長(zhǎng)室中形成反應(yīng)混合物，該反應(yīng)混合物中含有能夠與氮種反應(yīng)形成第(III)族金屬氮化物薄膜的第(III)族金屬物種，以及一在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物薄膜；其中在該過程之前或之中，密封管內(nèi)表面的至少一部分可以與氮等離子體相接觸，其中該接觸步驟在大約10mTorr至大約100Torr的壓力下進(jìn)行大約1小時(shí)至100小時(shí)的時(shí)間，該接觸步驟使密封管中的至少一部分二氧化硅與氮等離子體中的氮離子反應(yīng)，從而使至少一部分二氧化硅在大約10mTorr至大約100Torr的壓力下轉(zhuǎn)變?yōu)椴会尫叛踉踊蜥尫藕苌傺踉拥奈锓N。襯底或包括緩沖層的襯底可以使用根據(jù)本發(fā)明第七方面的加熱器加熱。等離子體可以從下述氮?dú)猱a(chǎn)生該氮?dú)庵邪ǖ碾s質(zhì)少于或等于9、8、7、6、5、4、3、2、1、0.7、0.5、0.3、0.1、0.08、0.05份/10億份氮。這些份數(shù)可以基于體積體積、重量重量、摩爾摩爾或其組合。薄膜可以顯示第(III)族金屬氮化物的結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)特性或第(III)族金屬氮化物結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)特性的X-線衍射反射特性。薄膜的結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)可以是纖鋅礦結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)。薄膜不可以是無定形膜。第(III)族金屬氮化物可以包括GaN、InN、AIN或其合金，并且可以是纖鋅礦結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)或者顯示纖鋅礦結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)或其組合的X-線衍射反射特性。第(III)族金屬氮化物可以包括GaN、InN、A1N或其合金，并且可以是纖鋅礦結(jié)構(gòu)或者顯示GaN、InN、AIN或其合金的纖鋅礦結(jié)構(gòu)特性的X-線衍射反射特性。所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低大約500meV以下。薄膜可以是半導(dǎo)體薄膜(除了在AIN的情況中是絕緣的之外)。薄膜的氧濃度可以小于1.59原子％。二氧化硅可以轉(zhuǎn)變?yōu)榈镂锓N。所加熱的襯底可以在薄膜的形成過程中旋轉(zhuǎn)。所加熱的襯底可以以下述范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)速率范圍可以是每分鐘0.1至100、0.5-50、0.5-20、0.5-10、0.5-5、0.5-3、1-100、1-70、1-50、1-30、1-20、1-15、1-10、1-7、1-5、l-3或l-2次旋轉(zhuǎn)。所加熱的襯底在薄膜的形成過程中可以是靜止的。在薄膜生長(zhǎng)過程中到達(dá)襯底的在等離子體產(chǎn)生區(qū)域產(chǎn)生的活性中性氮種(nitrogenspecies)的平均能量可以小于或大致等于第(III)族金屬氮化物的鍵能，或者在薄膜生長(zhǎng)之前到達(dá)襯底的在等離子體產(chǎn)生區(qū)域中產(chǎn)生的活性中性氮種的平均能量可以小于或大致等于襯底上緩沖層的鍵能?；钚灾行缘N可以是氮原子。目前已確定的GaN(纖鋅礦型)的能帶間隙為大約3.4eV，GaN(立方型)為大約3.1eV，AIN(纖鋅礦型)為大約6,2eV，AIN(立方型)為大約5.2eV，InN(纖鋅礦型)為大約1.7eV(盡管在文獻(xiàn)中已經(jīng)報(bào)道該能帶間隙的變化可以低至0.65eV)，InN(立方型)為大約1.5eV。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，在文獻(xiàn)中己經(jīng)報(bào)道了這些數(shù)值的一些變化，可以更好地理解的是，已確定的能帶間隙可能根據(jù)InN的材料特性發(fā)生改變，可以獲得較好質(zhì)量的材料用于分析。在三元合金和四元合金的情況中，指定組合物和晶體結(jié)構(gòu)的已確定的能帶間隙可以從文獻(xiàn)中確定。在GaAIN(纖鋅礦型，也可稱為六角型)的情況中，例如，能帶間隙將根據(jù)合金中Ga和Al的相對(duì)量而在3.4eV和6.2eV之間。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的方法，該方法包括下述步驟-一將選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)加熱至大約400。C至大約750°C的溫度范圍內(nèi)；一在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生活性中性氮種；一將活性中性氮種輸送至生長(zhǎng)室中；一在生長(zhǎng)室中形成反應(yīng)混合物，該反應(yīng)混合物中含有能夠與氮種反應(yīng)形成第(III)族金屬氮化物薄膜的第(III)族金屬物種；以及一在所加熱的目標(biāo)上形成第(m)族金屬氮化物薄膜，其中活性中性氮種和/或反應(yīng)混合物沿通道直接通往目標(biāo)的中心區(qū)域，該通道的位置與包含襯底的平面基本成45度至直角的角度。該方法可以包括在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物薄膜，其中活性中性氮種和/或反應(yīng)混合物沿通道直接通往目標(biāo)的中心區(qū)域，該通道的位置與包含目標(biāo)的平面基本上成下述范圍內(nèi)的角度該角度范圍可以是50度至直角、60度至直角、70度至直角、80度至直角、85度至直角。該方法可以包括在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物薄膜，其中活性中性氮種和/或反應(yīng)混合物沿通道直接通往目標(biāo)的中心區(qū)域，該通道的位置與包含目標(biāo)的平面基本成直角。下述信息應(yīng)用于第一方面及其實(shí)施方式襯底可以包括布置在基礎(chǔ)襯底(basesubstrate)或基礎(chǔ)襯底的緩沖層上的一層或多層金屬氮化物薄膜?；A(chǔ)襯底可以選自藍(lán)寶石、二氧化硅、鈉鈣玻璃、硼硅玻璃、硅、玻璃、合成藍(lán)寶石、石英和具有與第(III)族金屬氮化物緊密匹配的晶格的結(jié)晶物質(zhì)。第(III)族金屬物種可以是烷基第(III)族金屬物種，例如，Q-C5三烷基-第(III)族金屬(其中該金屬是Ga、Al和/或In)。鎵種(galliumspecies)可以是垸基鎵，例如，C廣C5三烷基鎵、三甲基鎵、三乙基鎵、乙基二甲基鎵或三丙基鎵、或者它們的混合物。銦種(indiumspecies)可以是烷基銦，例如，C廣C5三烷基銦、三甲基銦、三乙基銦、乙基二甲基銦或三丙基銦、或者它們的混合物。鋁種(aluminiumspecies)可以是烷基鋁，例如，CrC5三烷基鋁、三甲基鋁、三乙基鋁、乙基二甲基鋁或三丙基鋁、或它們的混合物?？梢允褂猛榛壏N和/或烷基銦種和/或烷基鋁種中至少兩種的混合物。溫度可以在大約40(TC和680。C之間、或者大約500。C和大約670°。之間、大約520。C和67(TC之間、或者大約53(TC和67(TC之間或者大約54(TC和670'C之間、或者大約55(TC和670"C之間、或者大約560。C和670。C之間、570。C和670。C之間、580。C和670。C之間、590。C和670。C之間、600。C和670。C之間、610。C和670。C之間、620。C和670°C之間、630。C和66(TC之間或者640。C和660。C之間。溫度可以是大約600、605、610、615、620、625、630、635、640、645、650、655或660。C。在第(III)族金屬氮化物薄膜形成的過程中，生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力可以保持在大約O.l、0.5、1.0、1.5、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3,0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3,7、3.8、3,9、4.1、4.2、4.3、4,4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5或10Torr。襯底可以選自藍(lán)寶石、二氧化硅、鈉鈣玻璃、硼硅玻璃、硅、玻璃、合成藍(lán)寶石、石英和具有與第(m)族金屬氮化物緊密匹配的晶格的結(jié)晶物質(zhì)。在氮化鎵的情況中，襯底可以是，例如，氧化鋅、SiC、氮化鎵、HfN、AlGaN。襯底可以包括位于襯底上的氧化鋅、氮化鉿、SiC等的緩沖層。當(dāng)要生長(zhǎng)的薄膜是可選擇的第(III)族金屬(例如，鋁或銦)氮化物薄膜時(shí)，到達(dá)襯底的在氮等離子體中產(chǎn)生的活性中性氮種可以具有下述平均能量該平均能量小于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能。金屬氮化物可以包括氮化鎵、氮化銦、氮化鋁、氮化鎵鋁、氮化鎵銦、氮化銦鋁或氮化銦鎵鋁。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種根據(jù)本發(fā)明前述任意方面所規(guī)定的方法獲得的氮化鎵薄膜。所獲得的氮化鎵薄膜可以具有下述測(cè)量的能帶間隙所測(cè)量的能帶間隙比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低大約450meV以下、大約400meV以下、大約350meV以下、大約300meV以下、大約250meV以下、大約200meV以下、大約175meV以下、大約150meV以下、大約125meV以下、大約100meV以下或者大約80meV以下。所測(cè)量的能帶間隙可以比已確定的第an)金屬氮化物的能帶間隙低500-400、500-300、500-200、500-100、500-80、500-60、500-50、500-40、500-30、500-20、500-10、450-400、400-300、400-200、400-100、400-80、400-60、400-50、400-40、400-30、400-20、400-10、300-250、300-200、300-100、300-80、300-60、300-50、300-40、300-30、300-20、300-10、250-210、250-200、250-100、250-80、250-60、250-50、250-40、250-30、250-20、250-10、200-175、200-150、200-125、200-100、200-80、200-70、200-60、200-40、200-30、200-10、150-120、150-100、150-卯、150-80、150-60、150-50、150-40、150-30、150-20、150-10、100-90、100-80、100-70、100-60、100-50、100-40、100-30、100-20、100-10、75-70、75-60、75-50、75-40、75-30、75-20、75-10、65-60、65-50、65-40、65-30、65-20、65-10、60-40、55-40、55-45或53-47meV。所測(cè)量的能帶間隙可以比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低大約500、475、450、425、400、375、350、325、300、275、250、225、200、175、150、125、100、90、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5meV。獲得的氮化鎵薄膜的薄膜電阻率可以在104-0.0001、103-0.0001、102陽0.0001、10-0.0001、1-0.0001、0.1-0.0001、104-0.001、103-0.001、102-0扁、10'-0扁、1-0.001、0.1-0.001、O.Ol隱O頻、0.05-0.001、104-0.002、103-0.002、102-0.002、101.0.002、1-0.002、0.1-0.002、0.01-0.002或0.05-0.002ohm.cm之間。獲得的氮化鎵薄膜顯示的氧濃度可以低于1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.075、0,05或0.038原子％。本發(fā)明方法中的每一種均可以在不存在氨的情況中實(shí)施。該方法可以在不存在氫的情況中實(shí)施，除了可能包含在第(III)族金屬物種中的氫之外。氫氣和氨不可以加入至生長(zhǎng)室內(nèi)。在上述本發(fā)明方法的每一種中，氮前體是來自氮等離子體的活性中性氮種。在上述本發(fā)明方法的每一種中，氮前體是來自微波產(chǎn)生的氮等離子體的活性中性氮種。在上述本發(fā)明方法的每一種中，在微波產(chǎn)生的氮等離子體和襯底之間可以使用擋板或葉輪。氮前體不可以來自含氫氮種。氮前體不可以來自，例如，氨、肼、垸基肼(例如，二甲基肼、二乙基肼、甲基乙基肼)或其混合物的氮種。通過本發(fā)明的方法生長(zhǎng)的GaN和InN及其混合物的薄膜以及Ga、In和Al的三元薄膜可以是半導(dǎo)體性的，而不需要另外的退火步驟。全長(zhǎng)^^氮眾^^^^^游^"f根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置，該裝置包括(a)生長(zhǎng)室；(b)選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)，該目標(biāo)位于生長(zhǎng)室內(nèi)；(c)加熱器，其用于將目標(biāo)加熱至大約40(TC至大約75(TC的溫度范圍，該加熱器位于生長(zhǎng)室內(nèi)；(d)真空系統(tǒng)，其用于排出生長(zhǎng)室中的氣體；(e)密封管(containmenttube)，其由石英、二氧化硅或氮化硼制成，并且與生長(zhǎng)室流體連通，該密封管用于將遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生的活性中性氮種流輸送至生長(zhǎng)室內(nèi)；(f)用于在生長(zhǎng)室內(nèi)形成反應(yīng)混合物的裝置，該反應(yīng)混合物包含能夠與氮種反應(yīng)形成第(III)族金屬氮化物薄膜的第(III)族金屬物種，從而在使薄膜適用于裝置用途的條件下形成位于所加熱目標(biāo)上的第(III)族金屬氮化物的薄膜。該裝置可以進(jìn)一步包括用于在操作過程中將生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力控制在大約0.1Torr至大約10Torr的范圍內(nèi)的裝置，從而使薄膜適用于裝置用途。該裝置可以進(jìn)一步包括用于在第(in)族金屬氮化物薄膜生長(zhǎng)過程中基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)襯底的裝置，從而使薄膜適用于裝置用途。該裝置可以進(jìn)一步包括用于控制生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓以使薄膜顯示低于大約1.6原子％的氧濃度的裝置，從而使薄膜適用于裝置用途。該裝置可以進(jìn)一步包括用于從包括少于或等于10份/10億份氮的雜質(zhì)的氮?dú)猱a(chǎn)生氮等離子體的裝置，從而使薄膜適用于裝置用途。加熱器可以是電阻加熱器，其包括具有上表面的電阻基板，該基板由選自下列物質(zhì)的材料制成或包括選自下列物質(zhì)的材料硼、硅或鋁的氮化物或碳化物的壓縮顆?；蚱浣M合；以及位于基板上表面或與其相連的加熱元件，其包括具有選定電阻的導(dǎo)電部件，以便當(dāng)電流通過加熱元件時(shí)產(chǎn)生熱量，其中該部件由碳纖維制成或包括碳纖維。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置，該裝置包括一生長(zhǎng)室；—選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)，在使用中該目標(biāo)位于生長(zhǎng)室內(nèi)部，襯底或緩沖層的晶體結(jié)構(gòu)適合在其上生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜；一真空系統(tǒng)，用于排出生長(zhǎng)室中的氣體；一密封管，其由石英、二氧化硅或氮化硼制成，并且與生長(zhǎng)室流體連通，該密封管用于將活性中性氮種流輸送至生長(zhǎng)室內(nèi)；一用于在裝置操作過程中在目標(biāo)附近提供金屬氮化物蒸汽的裝置，以便在目標(biāo)上形成固體金屬氮化物薄膜；以及一用于使薄膜適用于裝置用途的裝置。該裝置可以進(jìn)一步包括樣品轉(zhuǎn)移室，其在襯底在生長(zhǎng)室內(nèi)定位之前收納襯底。該裝置可以另外包括適用于將樣品轉(zhuǎn)移室與周圍環(huán)境隔離的預(yù)真空鎖(loadlock),其通過從轉(zhuǎn)移室排出空氣而準(zhǔn)備樣品，隨后將樣品從樣品轉(zhuǎn)移室轉(zhuǎn)移至生長(zhǎng)室。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置，其包括一生長(zhǎng)室；一選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)，在使用中該目標(biāo)可位于生長(zhǎng)室內(nèi)，襯底或緩沖層的晶體結(jié)構(gòu)適合在其上生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜;—真空系統(tǒng)，其用于排出生長(zhǎng)室中的氣體；一密封管，其由石英、二氧化硅或氮化硼制成，并且與生長(zhǎng)室流體連通，該密封管用于將活性中性氮種流輸送至生長(zhǎng)室內(nèi)；一用于在裝置操作過程中在目標(biāo)附近提供金屬氮化物蒸汽的裝置，以便在目標(biāo)上形成固體金屬氮化物薄膜；以及—用于在操作過程中將生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力控制在大約0.1Torr至大約10Torr的范圍內(nèi)的裝置，從而使薄膜適用于裝置用途。用于控制生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力的裝置可以是與生長(zhǎng)室連通的閥門，所述閥門與真空泵相連。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置，其包括-一生長(zhǎng)室；—選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)，在使用中該目標(biāo)可位于生長(zhǎng)室內(nèi)，襯底或緩沖層的晶體結(jié)構(gòu)適合在其上生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜；一真空系統(tǒng)，用于排出生長(zhǎng)室中的氣體；—密封管，其由石英、二氧化硅或氮化硼制成，并且與生長(zhǎng)室流體連通，該密封管用于將活性中性氮種流輸送至生長(zhǎng)室內(nèi)；一用于在裝置操作過程中在目標(biāo)附近提供金屬氮化物蒸汽的裝置，以便在目標(biāo)上形成固體金屬氮化物薄膜；以及一用于在第(III)族金屬氮化物薄膜生長(zhǎng)過程中基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)襯底的裝置，從而使薄膜適用于裝置用途。當(dāng)?shù)?III)族金屬氮化物薄膜是氮化鎵時(shí)，平均能量小于或等于大約2.2eV的活性中性氮種可以到達(dá)目標(biāo)。當(dāng)?shù)?III)族金屬氮化物薄膜是氮化鋁時(shí)，平均能量小于或等于大約2.88eV的活性中性氮種可以到達(dá)目標(biāo)。當(dāng)?shù)?III)族金屬氮化物薄膜是氮化銦時(shí)，平均能量小于或等于大約1.93eV的活性中性氮種可以到達(dá)目標(biāo)。用于基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)目標(biāo)的裝置，可以包括至少一個(gè)葉輪或至少一塊擋板、或其組合。擋板或葉輪可以位于目標(biāo)和用于遠(yuǎn)程產(chǎn)生氮等離子體的源之間。葉輪可以對(duì)活性中性氮種施加離心力。葉輪可以基本防止從氮等離子體發(fā)射出來的活性中性氮種沿直線或"瞄準(zhǔn)線"遷移至目標(biāo)上。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種生長(zhǎng)第(in)族金屬氮化物薄膜的裝置，其包括—生長(zhǎng)室；一選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)，在使用中該目標(biāo)可位于生長(zhǎng)室內(nèi)，襯底或緩沖層的晶體結(jié)構(gòu)適合在其上生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜；—真空系統(tǒng)，其用于從生長(zhǎng)室中排氣；一密封管，其由石英、二氧化硅或氮化硼制成，并且與生長(zhǎng)室流體連通，該密封管用于將活性中性氮種流輸送至生長(zhǎng)室內(nèi)；一用于將襯底加熱至40(TC和75(TC之間的溫度的裝置，從而使薄膜適用于裝置用途。用于加熱襯底的裝置可以是根據(jù)本發(fā)明第七方面的加熱器。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置，其包括一生長(zhǎng)室；一選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)，在使用中該目標(biāo)可位于生長(zhǎng)室內(nèi)，襯底或緩沖層的晶體結(jié)構(gòu)適合在其上生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜；一真空系統(tǒng)，其用于從生長(zhǎng)室中排氣；一密封管，其由石英、二氧化硅或氮化硼制成，并且與生長(zhǎng)室流體連通，該密封管用于將活性中性氮種流輸送至生長(zhǎng)室內(nèi)；一用于在裝置操作過程中在目標(biāo)附近提供金屬氮化物蒸汽的裝置，以便在目標(biāo)上形成固體金屬氮化物薄膜；以及一用于控制生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓以便使薄膜顯示低于大約1.6原子%的氧濃度的裝置，從而使薄膜適用于裝置用途。用于控制生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓的裝置可以包括將密封管內(nèi)表面的至少一部分與氮等離子體接觸，其中該接觸步驟在大約10mTorr至大約100Torr的壓力下實(shí)施大約1小時(shí)至100小時(shí)的時(shí)間，該接觸步驟使密封管中的至少一部分二氧化硅與氮等離子體中的氮離子反應(yīng)，從而使至少一部分二氧化硅在大約10mTorr至大約100Torr的壓力下轉(zhuǎn)變?yōu)椴会尫叛踉踊蜥尫泡^少氧原子的化學(xué)物種。氧分壓可以小于10—2、10-3、l(T4、10-5、10-6、10-7、l(T8、l(T9、10-10、IO"'或10"2Torr。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置，其包括—生長(zhǎng)室；一選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)，在使用中該目標(biāo)可位于生長(zhǎng)室內(nèi)，襯底或緩沖層的晶體結(jié)構(gòu)適合在其上生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜；一真空系統(tǒng)，其用于從生長(zhǎng)室中排氣；一密封管，其由石英、二氧化硅或氮化硼制成，并且與生長(zhǎng)室流體連通，該密封管用于將活性中性氮種流輸送至生長(zhǎng)室內(nèi)；—用于在裝置操作過程中在目標(biāo)附近提供金屬氮化物蒸汽的裝置，以便在目標(biāo)上形成固體金屬氮化物薄膜；以及—用于從包括少于或等于10份/10億份氮的雜質(zhì)的氮?dú)猱a(chǎn)生氮等離子體的裝置，從而使薄膜適用于裝置用途。用于從包括少于或等于10份/10億份氮的雜質(zhì)的氮?dú)猱a(chǎn)生氮等離子體的裝置可以包括，例如，用氣體凈化器如金屬沸石凈化器(例如，硅酸鎳基沸石凈化器)凈化用于產(chǎn)生等離子體的氮?dú)?。在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置，其包括-—生長(zhǎng)室；一選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)，在使用中該目標(biāo)可位于生長(zhǎng)室內(nèi)，襯底或緩沖層的晶體結(jié)構(gòu)適合在其上生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜；—真空系統(tǒng)，其用于從生長(zhǎng)室中排氣；一密封管，其由石英、二氧化硅或氮化硼制成，并且與生長(zhǎng)室流體連通，該密封管用于將活性中性氮種流輸送至生長(zhǎng)室內(nèi)；一用于在裝置操作過程中在目標(biāo)附近提供金屬氮化物蒸汽的裝置，以便在目標(biāo)上形成固體金屬氮化物薄膜；并且一其中密封管以下述方式相對(duì)于襯底定位在設(shè)備操作過程中，活性中性氮種沿通道直接通往襯底的中心區(qū)域，該通道的位置與包含襯底的平面基本上成50度至直角的角度，從而使薄膜適用于裝置用途。通道的方向可以與包含襯底的平面基本成直角。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置，其包括一生長(zhǎng)室；—選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)，在使用中該目標(biāo)可位于生長(zhǎng)室內(nèi)，襯底或緩沖層的晶體結(jié)構(gòu)適合在其上生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜；一真空系統(tǒng)，其用于從生長(zhǎng)室中排氣；—密封管，其由石英、二氧化硅或氮化硼制成，并且與生長(zhǎng)室流體連通，該密封管用于將活性中性氮種流輸送至生長(zhǎng)室內(nèi)；一用于在裝置操作過程中在目標(biāo)附近提供金屬氮化物蒸汽的裝置，以便在目標(biāo)上形成固體金屬氮化物薄膜；并且其中用于在裝置操作過程中在襯底附近提供金屬氮化物蒸汽的裝置以下述方式相對(duì)于襯底進(jìn)行定位在設(shè)備操作過程中，金屬氮化物蒸汽沿通道直接通往襯底的中心區(qū)域，該通道的位置與包含襯底的平面基本成45度至直角的角度，從而使薄膜適用于裝置用途。平面的方向可以與包含襯底的平面成直角。RPECVD被廣泛地認(rèn)為是一種低損傷生長(zhǎng)技術(shù)，然而，本發(fā)明人已經(jīng)觀察到使用RPECVD方法生長(zhǎng)的薄膜能夠被由微波產(chǎn)生的等離子體形成的彈性和高能活性中性氮種所損壞。這促使本發(fā)明人考慮了許多防止這些物種到達(dá)薄膜、同時(shí)仍然允許平均能量低的物種能夠與用于形成金屬氮化物的三甲基鎵(或三甲基銦或三甲基鋁)反應(yīng)的方式。微波和RF等離子體源用于氮化物半導(dǎo)體的分子束外延(MBE)生長(zhǎng)。它們使用了具有小洞的出口孔以在等離子體側(cè)保持高壓，同時(shí)活性物種束被引導(dǎo)入操作壓力相對(duì)低的室(1(T5Torr)內(nèi)。用于在MBE系統(tǒng)中生長(zhǎng)的活性物種經(jīng)常被引導(dǎo)到擋板周圍，很顯然能夠使其路徑限制在這些MBE系統(tǒng)中使用的閘門(shutter)周圍。也可以使用供小面積MBE源使用的開口將活性中性氮種引導(dǎo)到用于膜生長(zhǎng)的極大的面積上。然而，MBE使用了低得多的壓力，不管是否使用擋板和閘門，這種壓力都會(huì)導(dǎo)致彈性和高能活性中性氮種的損傷。并不期望對(duì)RPECVD也應(yīng)該保持相似的狀況(活性中性氮種能夠被引導(dǎo)到用于膜生長(zhǎng)得極大的面積上)，因?yàn)榛钚晕锓N離開等離子體區(qū)域的條件與使用粒子束的MBE相比更接近于流態(tài)條件。RPECVD中使用的較高生長(zhǎng)壓力似乎不會(huì)妨礙在微波等離子體中形成的彈性活性中性氮種重新引導(dǎo)進(jìn)行大面積生長(zhǎng)，同時(shí)基本防止對(duì)薄膜的損傷。用于基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(ni)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)襯底的裝置可以包括一塊或多塊擋板和/或葉輪以便將等離子體流重新引導(dǎo)至更大的區(qū)域，以便沉積更均勻的金屬氮化物薄膜。一塊或多塊擋板或葉輪可以用于使等離子體或其一個(gè)或多個(gè)成分放射狀地從中央?yún)^(qū)域如導(dǎo)管、管道或軟管的中心線移位。或者，風(fēng)扇形式的葉輪(包括安裝在等離子體通道中并與其成一定角度的刃片或翅片)可以用于基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)襯底。擋板或葉輪可以用于將第(III)族金屬氮化物薄膜的生長(zhǎng)區(qū)域增加至更大的面積，同時(shí)仍然使用相對(duì)小面積的等離子體源。第三方面的裝置相對(duì)于MBE系統(tǒng)的固有優(yōu)勢(shì)在于在生長(zhǎng)室內(nèi)使用較高的生長(zhǎng)壓力，這限制了薄膜生長(zhǎng)過程中的薄膜損壞。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置極大地改善了通過RPECVD法生長(zhǎng)的GaN的質(zhì)量和均勻性。較高的薄膜均勻性能使GaN的沉積面積大于常規(guī)所能達(dá)到的面積。根據(jù)本發(fā)明的方法中的改進(jìn)的生長(zhǎng)條件已經(jīng)允許成功使用了ZnO緩沖層，得到了質(zhì)量?jī)?yōu)異的GaN薄膜。形成根據(jù)本發(fā)明的生長(zhǎng)系統(tǒng)的一部分的擋板或葉輪能夠使薄膜在直徑為大約4英寸的表面區(qū)域上生長(zhǎng)，這個(gè)面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人們之前認(rèn)為小面積微波等離子體源有可能達(dá)到的面積。通過根據(jù)本發(fā)明的方法生長(zhǎng)的GaN薄膜有可能提供晶格匹配和熱匹配層以進(jìn)一步進(jìn)行高質(zhì)量GaN的外延生長(zhǎng)，該高質(zhì)量GaN在不同的異質(zhì)結(jié)構(gòu)裝置上具有低位錯(cuò)密度。根據(jù)本發(fā)明的沉積方法是基于傳統(tǒng)的MOCVD生長(zhǎng)，但是允許金屬氮化物在大約400-650'C的較低溫度沉積。遠(yuǎn)離襯底支架的準(zhǔn)分子激光可以用于增加氣體分子向自由基的解離。低溫第(III)族金屬氮化物生長(zhǎng)，例如GaN生長(zhǎng)，具有一定的實(shí)踐優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)包括使用成本較低的裝置和襯底、使用緩沖層(例如ZnO、SiC、HfN、GaN、AlGaN等)的可能性、較低的雜質(zhì)含量、當(dāng)生長(zhǎng)薄層時(shí)較明顯的界面、以及在GaN薄膜和襯底之間較低的熱應(yīng)力。其主要的缺點(diǎn)是薄膜與襯底之間的附著力較弱，以及在生長(zhǎng)過程中有可能摻入較高程度的氫、氧和碳。錄眾根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種處理由石英或二氧化硅制成或包括石英或二氧化硅的目標(biāo)的方法，該方法包括下述步驟—將目標(biāo)表面的至少一部分與氮等離子體在大約10mTorr至大約100Torr的壓力下接觸大約1小時(shí)至大約100小時(shí)的時(shí)間；和—使目標(biāo)表面中的至少一部分二氧化硅與氮等離子體中的氮離子反應(yīng)，從而使這些二氧化硅中的至少一部分在所述壓力下轉(zhuǎn)變?yōu)椴会尫叛踉踊蜥尫藕苌傺踉拥奈锓N。就第三方面來說，該目標(biāo)可以是任何包括可釋放氧原子的目標(biāo)。接觸步驟優(yōu)選在接近前述壓力范圍的下限的壓力下進(jìn)行。為了避免物種在所述壓力下復(fù)原為釋放氧原子或釋放較多氧原子的物種，該目標(biāo)優(yōu)選在氮流中保持在前述大約10mTorr至大約100Torr的壓力下，或在低于l(r6Torr的真空中，并避免接觸空氣、水蒸氣或含有氧的其它任何物質(zhì)或氣體。因此，根據(jù)本發(fā)明這個(gè)方面的方法可以包括在目標(biāo)表面部分轉(zhuǎn)變?yōu)樗鑫锓N后，防止目標(biāo)表面與空氣、水蒸氣或含氧的物質(zhì)或氣體接觸的步驟。二氧化硅可以轉(zhuǎn)變成氮化物物種。目標(biāo)可以是密封保護(hù)容器或密封管。密封容器或密封管可以適用于上述RPECVD方法中，以便在生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜的步驟之前或之中將包括電中性但化學(xué)活性的物種的氮等離子體引入生長(zhǎng)室中。該金屬可以是鎵。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜的方法，該金屬選自鎵、鋁、銦及其組合，該方法包括下述步驟-一將由石英或二氧化硅制成或者包括石英或二氧化硅的等離子體密封管內(nèi)表面的至少一部分與氮等離子體接觸，其中該接觸步驟在大約10mTorr至大約100Torr的壓力下進(jìn)行大約1小時(shí)至大約100小時(shí)；然后，一在生長(zhǎng)室內(nèi)提供得合適襯底上，從金屬氮化物蒸汽中沉積固體金屬氮化物的薄膜，同時(shí)將包括電中性但化學(xué)活性的物種的氮等離子體通過該管導(dǎo)入生長(zhǎng)室內(nèi)。接觸步驟優(yōu)選在接近前述壓力范圍下限的壓力下進(jìn)行。時(shí)間可以是大約5、7、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、27、30、33、36、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100小時(shí)或更多。為避免物種在所述壓力下復(fù)原為釋放氧原子或者比所述物種釋放更多氧原子的物種，該目標(biāo)優(yōu)選在氮流中保持在前述大約10mTorr至大約100Torr的壓力下，或在低于10'6Torr的真空中，同時(shí)避免接觸空氣、水蒸氣或含有氧的其它任何物質(zhì)或氣體。接觸步驟可在大約IO(TC至大約1000。C的溫度進(jìn)行。在接觸步驟中，當(dāng)?shù)入x子體存在于該管中并通過該管向生長(zhǎng)室內(nèi)供應(yīng)電中性但化學(xué)活性的物種時(shí)，該管表面中存在的二氧化硅的至少一部分可以轉(zhuǎn)變?yōu)椴会尫叛踉踊蜥尫泡^少氧原子的物種。二氧化硅所轉(zhuǎn)變成的物種可以是氮化物類物種。通過使金屬有機(jī)物蒸汽如三甲基鎵與氨流在氮等離子體的存在下反應(yīng)，可以形成金屬氮化物薄膜。該金屬可以是鎵。根據(jù)本發(fā)明第四方面的方法可以包括重復(fù)進(jìn)行接觸步驟和/或沉積步驟的步驟，直至固體金屬氮化物薄膜中存在的氧降低至需要的水平，該水平可以由固體金屬氮化物薄膜中氧原子與氮原子的比例來測(cè)定。在金屬氮化物為氮化鎵的情況中，需要的水平可以是在距離氮化鎵薄膜表面超過大約300nm的深度處低于大約0.1。根據(jù)本發(fā)明第四方面的方法可以包括在襯底上沉積金屬氮化物薄膜之前，使襯底經(jīng)受真空的步驟。如果存在氮流，真空中的壓力可以是大約10mTorr至大約100Torr，或者在不存在任何被故意引入生長(zhǎng)室的氣體的情況中，該壓力可以小于106Torr。襯底可以在生長(zhǎng)室內(nèi)或在獨(dú)立室(其可以是加料室或預(yù)真空鎖的形式)內(nèi)經(jīng)受真空。根據(jù)本發(fā)明第四方面的方法可以進(jìn)一步包括在襯底已經(jīng)如上經(jīng)受真空之后將其從獨(dú)立室、加料室或預(yù)真空鎖轉(zhuǎn)移至生長(zhǎng)室的步驟。該方法可以進(jìn)一步包括防止襯底在己經(jīng)經(jīng)受真空后與攜氧物種接觸的步驟。而且，該方法可以包括在襯底上生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜之前將其加熱或以另外的方式對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理的步驟。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種對(duì)由石英或二氧化硅制成或者包括石英或二氧化硅的目標(biāo)表面的至少一部分進(jìn)行處理或使其鈍化的裝置，該裝置包括用于在氮等離子體與該表面或該表面一部分之間提供接觸的接觸裝置。該裝置可以進(jìn)一步包括用于在該目標(biāo)表面的至少一部分的存在下提供真空的真空系統(tǒng)。當(dāng)該裝置使用時(shí)和當(dāng)其不使用時(shí)，真空系統(tǒng)可以用于在該表面存在時(shí)提供真空。氮等離子體可以包括電中性但化學(xué)活性的物種。該裝置可以包括能夠產(chǎn)生氮等離子體的等離子體發(fā)生器。該裝置可以進(jìn)一步包括與密封容器或密封管連通的生長(zhǎng)室，以便在RPECVD方法的操作過程中，在合適的襯底上生長(zhǎng)氮化鎵薄膜。該裝置可以在大約10mTorr至大約100Torr的壓力下操作。或者，或另外，該裝置可以用于在大約500'C至1000。C的溫度運(yùn)行大約0.5分鐘至大約100小時(shí)。該裝置內(nèi)的氧分壓可以小于10—2、10—3、10—4、10—5、10—6、10—7、l(T8、l(T9、10-10、10—"或l(T12Torr。該裝置內(nèi)的氧分壓可以在l(T3-10-12Torr、10-3-10-11丁0汀、10-3-l(T9Torr、l(y4-10-9Torr、10°-l(TTorr、1(T-l(TTorr、1(TM(T"Torr、10國(guó)'畫l(T"Torr、1(T-1(T"Toit、10—7-10-UTorr、5xl(T7-10"0Torr、l(T7-l(r9Torr、l(T3-10-8Torr、](T3-l(T8Torr、10-5-l(T8Torr、10-6-l(T8Torr、l(T7-l(r8Torr、10-3-l(T7Torr、10-4-10-7Torr、10-5-10-7Torr、10-6-l(T7Torr、l(T2-l(r9Torr、l(r3-l(r9Torr、l(T4-l(T9Torr、10.5-l(T9Torr、l(T6-l(T9Torr、10-7-l(T9Torr、10-2-l(T10Torr、l(T3-l(T10Torr、10-4_10-ioTorr、10-5_10-ioTorr、10-6-lO"。Torr或10-7-10"0Torr之間。該裝置可以進(jìn)一步包括用于在氮化鎵在合適襯底上生長(zhǎng)之前收納該合適襯底的樣品轉(zhuǎn)移室?；蛘?，或另外，該裝置可以包括預(yù)真空鎖，其用于將樣品轉(zhuǎn)移室與周圍環(huán)境分隔開，并且用于通過從轉(zhuǎn)移室中排出空氣以準(zhǔn)備樣品，隨后將樣品從樣品轉(zhuǎn)移室轉(zhuǎn)移至生長(zhǎng)室。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜的裝置，該金屬選自鎵、鋁、銦及其組合，該裝置包括一生長(zhǎng)室；一在使用中位于生長(zhǎng)室內(nèi)的襯底，該襯底的晶體結(jié)構(gòu)適合在其上生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜；一真空系統(tǒng)，其用于從生長(zhǎng)室中排氣；一由石英或二氧化硅制成的密封容器或密封管，其與生長(zhǎng)室流體連通，該密封容器或密封管用于將活性中性氮種流導(dǎo)入至生長(zhǎng)室內(nèi)；和一用于在裝置操作過程中在襯底附近提供金屬氮化物蒸汽的裝置，以便使固體金屬氮化物薄膜沉積在襯底上，其中密封容器或密封管內(nèi)表面的至少一部分已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殁g化物種，該鈍化物種在使用中不會(huì)釋放氧原子或釋放較少的氧原子。氮等離子體可以包括電中性但化學(xué)活性的物種。電中性但化學(xué)活性的物種可以是氮原子。向鈍化物種的轉(zhuǎn)變可以通過將密封容器或密封管的表面或其一部分與氮等離子體在大約10mTorr至大約100Torr的壓力下接觸大約1小時(shí)至100小時(shí)而進(jìn)行。鈍化物種可以是氮化物類物種。用于在生長(zhǎng)室內(nèi)提供氮化鎵蒸汽的裝置可以包括允許三甲基鎵流進(jìn)入生長(zhǎng)室、襯底上游區(qū)的管子；并且，在一些實(shí)施方式中，可以包括在裝置操作過程中允許氨流進(jìn)入生長(zhǎng)室以便與三甲基鎵反應(yīng)，從而形成氮化鎵蒸汽的管子。密封容器或密封管與氮等離子體接觸時(shí)的壓力可以在大約10mTorr和大約10Torr之間，或者在大約1Torr和大約10Torr之間。壓力優(yōu)選低于10Torr，合適的是大約1Torr至大約5Torr。根據(jù)本發(fā)明第六方面的裝置可以進(jìn)一步包括真空系統(tǒng)，其用于在目標(biāo)表面的至少一部分存在時(shí)提供真空。當(dāng)裝置在使用中和不使用時(shí)，真空系統(tǒng)可以用于在表面存在時(shí)提供真空。根據(jù)本發(fā)明第六方面的裝置可以進(jìn)一步包括加料室或預(yù)真空鎖，它們可以用于在襯底被轉(zhuǎn)移進(jìn)生長(zhǎng)室之前對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。加料室或預(yù)真空鎖能夠在襯底被轉(zhuǎn)移至生長(zhǎng)室內(nèi)之前被抽成真空。該裝置可以包括將襯底從加料室或預(yù)真空鎖轉(zhuǎn)移進(jìn)生長(zhǎng)室內(nèi)的轉(zhuǎn)移裝置。轉(zhuǎn)移裝置可以是一對(duì)鉗子、傳送裝置、閘板(shutter)或合適的運(yùn)載裝置或者提升或下降裝置的形式。根據(jù)本發(fā)明第三方面的方法可以在大約IO(TC至大約120(TC的溫度在密封容器或密封管的表面上實(shí)施。溫度可以從大約IO(TC至大約卯0。C，或者從大約IO(TC至大約800°C,或者從大約10(TC至70(TC。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，密封容器或密封管表面上的溫度為大約20(TC至大約600°C。石英密封容器或密封管的溫度一般在操作過程中升高到大約20(TC，但當(dāng)二氧化硅或石英含有雜質(zhì)或當(dāng)從等離子體傳遞至管的熱量較大時(shí)，其可能升高到前述溫度范圍內(nèi)的較高溫度。應(yīng)當(dāng)理解，等離子體的溫度一般比管或密封容器的前述溫度更高。而且，應(yīng)當(dāng)理解，經(jīng)過從密封容器或密封管最初與等離子體接觸直到其表面用氮充分化學(xué)鈍化的一段時(shí)間，密封容器或密封管的表面溫度可能會(huì)升高，從等離子體向密封容器或密封管的熱傳遞可能會(huì)對(duì)該過程有輔助作用。氮可以具有高純度。為保證在根據(jù)本發(fā)明的裝置中生長(zhǎng)的氮化鎵薄膜含有盡可能少的雜質(zhì)并且具有盡可能少的缺陷，用于氮等離子體的氮?dú)鈨?yōu)選具有高純度。其優(yōu)選含有少于10份/IO億份的總雜質(zhì)，更優(yōu)選少于大約5份/10億份的總雜質(zhì)，進(jìn)一步優(yōu)選少于1份/10億份的總雜質(zhì)。因此，任何水分、氧、二氧化碳或者可能存在的任何其它雜質(zhì)，均優(yōu)選在氮轉(zhuǎn)變成等離子體之前被去除。為防止密封容器或密封管表面的再氧化，優(yōu)選將其與空氣隔離，并且優(yōu)選在不使用時(shí)保持在真空中。經(jīng)常用來容納氮等離子體的標(biāo)準(zhǔn)尺寸管的外徑為大約1英寸(大約25mm)。管徑大的缺點(diǎn)在于，其可能會(huì)允許微波通過進(jìn)入生長(zhǎng)室內(nèi)，考慮到其對(duì)氮化鎵薄膜的不利影響，這是不希望的。但是，在存在仍然含有微波的磁場(chǎng)時(shí)，可以使用較大的管，并且當(dāng)使用較低射頻或DC電磁激發(fā)來替代微波時(shí)也可以使用較大的管。氮等離子體可以通過使用微波而使用磁控管形成。磁控管的額定功率可以達(dá)到大約500瓦特。磁控管的功率可以為大約450至大約700瓦特，如果磁控管的功率高于大約700瓦特，往往會(huì)使密封管或密封容器的溫度升高，這是不被希望的，因?yàn)槠淇赡軙?huì)導(dǎo)致氧項(xiàng)目(oxygenitems)從密封管或容器表面的趕出(dislodgement)增加。為保證氮等離子體穩(wěn)定，磁控管的功率被提高到下述水平在該水平等離子體呈粉紅色。在一些情況中，等離子體也可以是橙色。等離子體可以通過使用合適的電磁輻射能帶寬度產(chǎn)生。因此，電磁輻射的頻率頻率可以在大約0.1赫茲至大約IO千兆赫的范圍內(nèi)。微波的頻率托選在大約2千兆赫至大約3千兆赫的范圍內(nèi)。在需要不同頻率的電磁輻射的情況中，例如射頻(大約13.56兆赫)或使用DC等離子體發(fā)生器(0兆赫)的情況，頻率可以更低一些。理想的是，在鈍化之前將所有水蒸氣從裝置中去除以避免在之后的任何時(shí)候水蒸氣和其它含氧物種進(jìn)入系統(tǒng)中。相信水分子本身能夠附著在密封管或密封容器的壁上，并且對(duì)系統(tǒng)中的總壓力沒有什么作用。通過在根據(jù)本發(fā)明的裝置中加入預(yù)真空鎖，即使不能完全避免裝置中水蒸氣的增加也能夠?qū)⑵錅p小到最低程度。根據(jù)本發(fā)明的裝置中的氧分壓可以小于10—7TOrr。裝置中的氧分壓可以小于10-3、l(T4、10-5、10陽6、l(T7、10陽8、10隱9、l(T10、10-11或10-12Torr。裝置中的氧分壓可以在10-3-10-12、10-3-l(T11、10-3-10-10、10-4陽10'10、10-5醫(yī)10-10、10-6-10-10、10-7-10-10、10-8-10-10或者10-9-10"。Torr的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的鈍化方法優(yōu)選在與氮化鎵薄膜生長(zhǎng)的壓力大約相同的壓力下進(jìn)行?；蛘撸梢允褂貌煌膲毫?。通常，在低壓下產(chǎn)生的等離子體得到的氮原子的每個(gè)離子具有較多能量，盡管離子較少。最佳壓力取決于密封容器或密封管的尺寸。一般來說，鈍化壓力越高，密封容器或密封管的表面接觸氮等離子體的時(shí)間就可以越短，而鈍化壓力越低，需要實(shí)施鈍化處理以便在密封容器或密封管的表面獲得滿意的氮化作用的時(shí)間則需要越長(zhǎng)。確定最佳壓力要考慮密封管或容器的尺寸、微波能量、以及所使用的材料的強(qiáng)度和特性。最佳壓力還取決于系統(tǒng)如何優(yōu)化。剩余氣體分析儀或等離子體發(fā)射光譜可以用于測(cè)定用于產(chǎn)生等離子體的氮的質(zhì)己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明第二方面的方法生長(zhǎng)時(shí)，在由二氧化硅石英(silicaquartz)制成的密封容器或密封管的表面(其已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行鈍化)上，能夠得到氮化鎵薄膜，該薄膜的氧濃度小于1019個(gè)原子/^3。如果新的二氧化硅石英密封容器或密封管的表面沒有被鈍化，使用這種密封容器或密封管通過RPECVD方法生長(zhǎng)的氮化鎵薄膜中的氧濃度可以是幾個(gè)百分點(diǎn)。為制造LED，氧濃度為10"的氮化鎵薄膜是可以接受的。但是，對(duì)于激光二極管來說，氧濃度需要小于10"個(gè)原子/cc。氮化鎵薄膜中的氧濃度越低，其導(dǎo)電率越低。理想的是，生長(zhǎng)具有低導(dǎo)電性的氮化鎵薄膜。氧不是氮化鎵的良好質(zhì)量的摻雜劑，因?yàn)樗纱銣绻獍l(fā)射。優(yōu)選使用硅作為摻雜劑。為制造LED，可以使用高水平的硅摻雜氮化鎵薄膜。對(duì)于這些應(yīng)用來說，必須具有非常低的氧濃度。理想的是，獲得摻雜水平非常低的氮化鎵薄膜、而殘余載體具有非常高的遷移率。理想的是，氮化鎵薄膜中的電子遷移率高于大約50，優(yōu)選在大約50至大約1200的范圍內(nèi)。在RF等離子體中產(chǎn)生的離子往往比在微波等離子體中產(chǎn)生的離子具有高得多的能量，并且對(duì)石英穿透更多。微波提供能夠去除凈化氮?dú)夥肿拥碾娮拥碾妶?chǎng)。產(chǎn)生等離子體的是電磁輻射的電場(chǎng)。如果氮等離子體是閃爍的，則功率太低并且應(yīng)該提高功率。如果顏色仍然是亮粉色(brightpink)，則功率處于令人滿意的水平。橙色表明在氮等離子體中發(fā)生了較高能量轉(zhuǎn)換，因此等離子體是更高能的。等離子體和襯底之間的距離應(yīng)該足以防止來自等離子體的離子到達(dá)氮化鎵薄膜，因?yàn)樗鼈兪歉吣艿牟⑶夷軌蛞鸨∧さ膿p壞。在二氧化硅或石英中的雜質(zhì)越多，當(dāng)?shù)入x子體在管或容器內(nèi)產(chǎn)生時(shí)，其溫度往往會(huì)越高。金屬沸石凈化器可以用于凈化用于產(chǎn)生等離子體的氮?dú)?。為?zhǔn)備真空系統(tǒng)，可以首先達(dá)到較高的溫度，同時(shí)通過將空氣從裝置中泵出直至壓力降低至前述壓力范圍內(nèi)的工作壓力而保持在真空。氮化鎵薄膜使用RPECVD方法在大約65(TC的溫度下生長(zhǎng)。在傳統(tǒng)MO。VD方法中，生長(zhǎng)溫度為大約1000°C。本發(fā)明的范圍內(nèi)包括使用RF等離子體和DC等離子體。本發(fā)明的范圍內(nèi)還包括使用頻率為大約2.45GHz的微波，其不包含在磁場(chǎng)中。在這種情況中，密封管的直徑可以在大約0.5cm至大約2-3cm的量級(jí)。如果必須防止微波透射進(jìn)生長(zhǎng)區(qū)域，則甚至可能需要小于0.5cm的直徑。對(duì)于較高的微波頻率來說，需要較小的管徑來防止微波傳輸進(jìn)入生長(zhǎng)室內(nèi)，而對(duì)于較低的微波頻率來說，可以使用較大的管徑。又或者，可以使用RF螺旋源(Heliconsource)。這種源可以使用30cm直徑的管工作。如果使用磁約束，例如在使用ECR(電子回旋共振)等離子體源的情況中，微波也可以使用這種直徑的管工作，因?yàn)樵诖偶s束區(qū)域中微波功率可以被等離子體更有效地吸收。適當(dāng)注意約束和等離子體的均勻性，可以使用高達(dá)大約60cm的較大直徑。在RPECVD方法中使用較高的真空條件，并且因?yàn)轭A(yù)真空鎖所導(dǎo)致的密封容器或密封管很少與空氣接觸，因此樣品襯底在被導(dǎo)入進(jìn)主生長(zhǎng)室(其不接觸空氣)之前被置于單獨(dú)容器中，在熔融石英或石英表面發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)被認(rèn)為是SiC>2(固體)+N2(等離子體)>SixNy(固體)+N20(氣體)'"'.........(2)人們還認(rèn)為，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，SixNy物種積聚在密封容器或密封管的表面上，這樣，很少的Si02可以用于產(chǎn)生一氧化二氮，因此從表面釋放的氧量減少并且容器或管被鈍化。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于，用于容納等離子體的石英(或熔融石英)是"鈍化的"，即，它被變成化學(xué)惰性的，這樣在氮化鎵薄膜的生長(zhǎng)過程中氧物種不會(huì)以影響薄膜質(zhì)量的水平從石英(二氧化硅)壁上釋放。鈍化法可以用作第一方面及其實(shí)施方式中所述的方法的一部分。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在最初的處理步驟過程之中甚至之后，從管中釋放的氧量的濃度逐漸降低，因?yàn)楣鼙诘牡镱惐砻婵赡鼙烩g化了。鈍化過程可以花費(fèi)0.75至5天或更長(zhǎng)時(shí)間，0.8至3天或1至2天。鈍化過程可以花費(fèi)0.75、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.25、2,5、2.75、3、4.25、4.5、4.75、5、6、7、8、9、10或更多天。而且，還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果將管保持在超高真空(UHV)條件下而不與空氣或含氫的等離子體接觸，并且如果系統(tǒng)在多次薄膜生長(zhǎng)之間不曾閑置很長(zhǎng)時(shí)間，在此之后鈍化仍然保持完整而能夠用于無限次數(shù)的薄膜生長(zhǎng)，因?yàn)樵诿看伪∧どL(zhǎng)過程中氮等離子體的使用會(huì)將其強(qiáng)化。如果由于某些原因，該裝置不得不在多次薄膜生長(zhǎng)之間閑置幾周的時(shí)間，則短時(shí)間的氮等離子體再鈍化(可能持續(xù)1至3小時(shí)，這取決于真空系統(tǒng)中的殘余雜質(zhì))對(duì)于再次降低管壁的氧釋放來說是必須的。但是，如果在任何階段管與空氣接觸，或者在等離子體含有氨或其它與氫相關(guān)的物種(氫類等離子體將會(huì)引起管的侵蝕，這會(huì)除去鈍化層)的情況中，則再鈍化處理將會(huì)再次花費(fèi)0.75至5天或更長(zhǎng)時(shí)間，0.8至3天或1至2天。再鈍化處理可能花費(fèi)0.75、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.25、2.5、2.75、3、4.25、4.5、4.75、5、6、7、8、9、IO或更多天。通常在較舊的UHV環(huán)境中，水蒸氣是主要的殘余攜氧物種，而且相信在生長(zhǎng)系統(tǒng)中與殘余水蒸氣的接觸會(huì)引起SixNy鈍化層的緩慢降解，從而導(dǎo)致氮化物層的水解和氫氧化硅和氧化物物種的形成。因此，如果系統(tǒng)閑置很長(zhǎng)時(shí)間，例如超過2周，則再鈍化需要的時(shí)間將大大超過連續(xù)使用時(shí)所需的時(shí)間，因?yàn)檫@種氫氧化物或氧化物層在管內(nèi)表面上的積聚將會(huì)增多。在較舊的HV系統(tǒng)中存在較高量的殘余水蒸氣，方程式2給出的反應(yīng)路線無法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵诠艿牡^程中，管水解的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)保證了氧會(huì)持續(xù)地再補(bǔ)充至管的表面。系統(tǒng)的連續(xù)再度開放也將管暴露于高水平的水蒸氣中(即使在開放過程中有來自系統(tǒng)的氮?dú)饬鞔嬖?，與新的UHV系統(tǒng)相比，系統(tǒng)的連續(xù)再度開放能夠保證背景水蒸氣水平被再補(bǔ)充至高得多的最低水平。對(duì)于通過REPCVD在650'C使用鈍化管生長(zhǎng)的GaN樣品，次級(jí)離子質(zhì)譜(SIMS)結(jié)果顯示，對(duì)于UHV系統(tǒng)氧水平相當(dāng)?shù)?，與通過金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積在大約IOO(TC下生長(zhǎng)的薄膜相比是很低的。根據(jù)本發(fā)明的裝置允許將RPECVD薄膜生長(zhǎng)法用于氮化物薄膜的生長(zhǎng)而不會(huì)存在來自石英(二氧化硅)等離子體密封管的顯著氧污染。根據(jù)本發(fā)明的方法也提供了下述優(yōu)勢(shì)即，氮化鎵薄膜可以使用RPECVD薄膜生長(zhǎng)法生長(zhǎng)，這意味著薄膜能夠在明顯較低的溫度下生長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)在于，可以使用氮而不是氨作為等離子體源，這就意味著可以避免來源于氨的氫污染。良好質(zhì)量的GaN在較低溫度的生長(zhǎng)將降低GaNLED類室內(nèi)照明的成本。因此，本發(fā)明在下述方面取得了顯著的進(jìn)步本發(fā)明使用RPECVD法生產(chǎn)GaN薄膜，同時(shí)仍然能夠達(dá)到MOCVD法可以達(dá)到的薄膜的相同質(zhì)量。應(yīng)該注意的是，在提到將活性中性氮種從氮等離子體移動(dòng)至生長(zhǎng)室內(nèi)時(shí)，術(shù)語"輸送"和"轉(zhuǎn)移"應(yīng)當(dāng)被理解為具有相同的含義。加熱器裝置根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種電阻加熱器，其包括-一具有上表面的電阻基板，該基板由選自下列物質(zhì)的材料制成或者包括選自下列物質(zhì)的材料硼、硅或鋁的氮化物或碳化物的壓縮顆?；蚱浣M合；和一位于基板上表面或與其相連的加熱元件，其包括具有選定電阻的導(dǎo)電部件，以便當(dāng)電流通過該加熱元件時(shí)產(chǎn)生熱量，其中該部件由碳纖維制成或者包括碳纖維。該材料也可以包括耐火復(fù)合材料，其可以包括其它的材料如氧化硼或二硼化鈦。如本文所使用的，短語"位于基板的上表面或與其相連"應(yīng)當(dāng)被理解為包括下述實(shí)施方式其中該加熱元件位于表面之上、位于表面上具有的凹槽之中、包埋在表面之中或者位于表面下的通道內(nèi)。盡管根據(jù)本發(fā)明的電阻加熱器可以在較低溫度下工作，該較低溫度的范圍是環(huán)境溫度之上的任何溫度，其特別適合在侵蝕性工作條件下在高溫使用，如在MBE和RPECVD方法中遇到的那些條件。為在這些和其它需要高溫的應(yīng)用中使用，該加熱器可以在大約IOO(TC至大約160(TC的溫度或者大約IOO(TC至大約1500。C的溫度工作以產(chǎn)生熱量，優(yōu)選大約120(TC至大約150(TC的溫度?；寤蹇梢苑奖愕赜傻鸹虻X的壓縮顆粒成型，其可以在壓縮過程之中或者之后燒結(jié)在一起。在其由壓縮氮化硼制成的情況中，氮化硼可以選自六角氮化硼、立方氮化硼、纖鋅礦型氮化硼和菱形氮化硼。氮化硼往往會(huì)在大約130(TC至大約1400'C的工作溫度變成熾熱狀?；鍍?yōu)選由可加工的、壓縮和燒結(jié)的氮化硼或氮化鋁材料顆粒成型。為了能夠使用傳統(tǒng)金屬切割技術(shù)和鋼廠裝置加工，這些材料需要具有合適的機(jī)械強(qiáng)度、潤(rùn)滑性、彈性、模量、硬度和其它特性。在實(shí)踐中，可加工的陶瓷，例如氮化硼的可加工形式，與金屬相比對(duì)于機(jī)床來說是非常軟的，因?yàn)樵跈C(jī)床刃口下它們會(huì)破碎成粉末。熱解氮化硼非常堅(jiān)硬易碎，不易被破碎成粉末形式，因此經(jīng)常需要使用帶有金剛石刃口的裝置來對(duì)其進(jìn)行加工。在熱壓狀態(tài)下，六角氮化硼(h-BN)容易加工，因此可以從熱壓坯段成型為帶有復(fù)合物的基板。假定能夠防止表面氧化，h-BN不會(huì)被大多數(shù)熔融金屬、玻璃和鹽打濕，因此其對(duì)化學(xué)侵蝕具有高耐受性。其還具有高介電擊穿強(qiáng)度、高體積電阻率和良好的化學(xué)惰性。六角氮化硼與立方氮化硼的典型特性的比較如下表l<table>tableseeoriginaldocumentpage53</column></row><table>此表中h-BN的數(shù)據(jù)是從熱壓樣品取得的。因?yàn)檫@是一種高方向性成形工藝，因此這些特性是各向異性的，即，其在與壓制方向相對(duì)的各個(gè)方向上是不同的?；诖嗽?，在實(shí)踐中一些數(shù)值比特性附表中報(bào)道的數(shù)值要高。熱解氮化硼通常具有非常少的雜質(zhì)(<100份/百萬份)，而可加工的氮化硼經(jīng)常含有高得多的水平的雜質(zhì)，例如在百分量級(jí)。其例子是，在一種情況中大約5wt^至10wt%(典型的是6wt^)的硼酸鈣可以用作粘合劑，并且在另一種情況中使用差不多1wt^至10wt。^(典型的是大約5wt%)的氧化硼(參見，例如http:〃www,advceramics.com/geac/products/bn—shapes/)。對(duì)于在生長(zhǎng)室中未使用大量氨的應(yīng)用來說，用于基板的材料的純度可以比熱解氮化硼低，條件是在生長(zhǎng)過程中加熱器的工作溫度不超過大約1500°C。如上所述，基板可以選擇由氮化鋁制成。氮化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)比一氮化硼高，并且能夠更好地分配加熱元件在工作條件下產(chǎn)生的熱量。由于其非常高的導(dǎo)熱系數(shù)與其有效的電絕緣作用的結(jié)合，氮化鋁特別受到關(guān)注。由氮化鋁制成的基板可易通過干壓成型和燒結(jié)制造、或者通過使用合適的燒結(jié)助劑熱壓成型而生產(chǎn)。該材料在大約70(TC以上發(fā)生表面氧化。氮化鋁具有非常好的導(dǎo)熱系數(shù)。其熱膨脹系數(shù)與硅相似。其還具有良好的介電特性和良好的耐腐蝕性。它在MBE和RPECVD方法中遇到的氣氛中是穩(wěn)定的。與熱解氮化硼相比，氮化物和碳化物的熱壓(燒結(jié))顆粒通常含有較高濃度的雜質(zhì)。在薄膜通過分子束外延(MBE)生長(zhǎng)的情況中，背景真空比在RPECVD生長(zhǎng)的情況中的真空低得多。令人驚奇的是，在RPECVD方法中，使用氮化物或者碳化物的熱壓顆粒并非是不利的，因?yàn)槠潆s質(zhì)對(duì)使用根據(jù)本發(fā)明的加熱器生長(zhǎng)的金屬氮化物薄膜的質(zhì)量不會(huì)有任何顯著作用。在根據(jù)本發(fā)明的加熱器用于MBE方法中的情況中，應(yīng)該注意僅僅使用下述材料該材料不會(huì)導(dǎo)致在該方法中在其中所使用的相對(duì)低壓條件下生長(zhǎng)的薄膜的污染。氮化物或碳化物的熱壓和燒結(jié)顆?？梢酝ㄟ^壓緊它們的含有稀土金屬氧化物之類的添加劑的合適粉末而制成。當(dāng)?shù)锘蛱蓟镱w粒的粉末被熱壓時(shí)，其粉粒之間的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化和鍵演化(bondingevolution)使其緊密并且非常穩(wěn)定，以便用作散熱器。與熱解氮化硼相比，熱壓顆粒材料非常廉價(jià)。在基板由可加工的六角氮化硼制成的情況中，基板的導(dǎo)熱系數(shù)在25r可以是大約11W/m.。K至大約70W/m.°K，優(yōu)選大約20W/m.。K至大約60W/m.°K，更優(yōu)選大約30W/m.°K至大約50W/mZK。優(yōu)選前述范圍內(nèi)較高的導(dǎo)熱系數(shù)。在基板由可加工的立方氮化硼制成的情況中，基板的軸向?qū)嵯禂?shù)在25""C可以是50W/m.。K至大約150W/m.°K，優(yōu)選大約100W/m.。K，估計(jì)大約105W/m.。K。優(yōu)選前述范圍內(nèi)較高的導(dǎo)熱系數(shù)。在基板由可加工的氮化鋁制成的情況中，基板的導(dǎo)熱系數(shù)在25°C可以是大約100W/m.°K至大約250W/m.°K，優(yōu)選大約150W/m.°K至大約200W/nL。K之間，估計(jì)大約175W/m.°K。優(yōu)選前述范圍內(nèi)較高的導(dǎo)熱系數(shù)?；宓碾娮杪蕛?yōu)選非常高，以防止其將加熱元件短路。因此，該基板的電阻率可以是至少大約100Q.cm，優(yōu)選至少大約1KQ.cm。在使用氮化硼的情況中，其電阻率可以是大約108-1013Q.cm，如上表1所述?；蹇梢酝ㄟ^下述方式制造在大約1GPa至大約100GPa(優(yōu)選大約7.7GPa)的壓力和大約130(TC至大約1700°C(優(yōu)選大約1400°C至大約1600°C，優(yōu)選大約1500°C)的溫度壓制或澆鑄氮化硼或氮化鋁或碳化硅顆粒以使使顆粒燒結(jié)，并且經(jīng)過冷卻至周圍條件而形成固體基質(zhì)。以此方式，可以將獨(dú)立的碳化物或氮化物顆粒結(jié)合在一起?？杉庸さ膲嚎s氮化硼可以從GE-AdvancedCeramics公司、Saint-GobainCeramics公司、InternationalCeramicEngineering公司等處獲得。凹槽基板可以具有形成于其上表面的凹槽，并且加熱元件可以位于其中。凹槽可以在壓縮后被加工到基板的上表面中。加工步驟可以是研磨過程?；蛘?，凹槽可以通過合適模具中的互補(bǔ)脊(complementaryridge)或者用于使基板成形的壓機(jī)(例如基板在其中被熱壓的壓機(jī))來形成。凹槽可以具有任何形狀。在加熱元件的長(zhǎng)度超過上表面的直徑或?qū)挾鹊那闆r中，加熱元件可以成形為形成螺旋形、螺旋、環(huán)、圓形物、矩形、正方形或者便于有效地向?qū)⒃谄渖仙L(zhǎng)薄膜的襯底進(jìn)行熱傳遞的其它任何形狀。凹槽可以與爐子的加熱元件具有相同的形狀。在一個(gè)實(shí)施方式中，凹槽成形為使其兩個(gè)末端的位置靠近基板上表面中心。在另一個(gè)實(shí)施方式中，凹槽末端的位置接近上表面的周邊。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式中，凹槽末端位于上表面的相反兩端。凹槽的長(zhǎng)度可以選擇為提供足以容納具有所需電阻的加熱元件的軌跡長(zhǎng)度。長(zhǎng)度可以根據(jù)加熱器的尺寸、制造加熱元件的材料的電阻率、在工作溫度下通過加熱元件的電流、需要的工作溫度和其它考慮因素而變化。使用彈性碳纖維作為加熱元件的優(yōu)勢(shì)在于，凹槽可以是彎曲的或者可以如上所述地成形，以便可以在下方定位，并且覆蓋襯底內(nèi)面(underside)的區(qū)域或與該區(qū)域相對(duì)，其中當(dāng)樣品在該襯底上表面上生長(zhǎng)時(shí)，其必須從下方加熱。因此，凹槽的長(zhǎng)度可以在非常寬的范圍內(nèi)變化。在基板的表面上可以提供多于一個(gè)的凹槽，并且它們可以是獨(dú)立的或者相互連接的。每個(gè)凹槽均可以容納加熱元件，并且這些加熱元件加熱襯底的能力可以相同或不同。加熱元件可以與不同的電路相連，這樣它們可以相互獨(dú)立地工作。凹槽的深度可以足夠容納加熱元件的整體厚度，或者它可以比加熱元件的厚度淺一些。加熱元件加熱元件可以包括碳纖維或碳纖維束。作為另一種選擇，其可以由碳化硅制成。碳化硅具有一些理想的特性，例如熱膨脹系數(shù)低、變形小、化學(xué)特性穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、易安裝保養(yǎng)等。碳化硅加熱元件可以用于大約IO(TC至大約160(TC的溫度，典型地用于前述范圍內(nèi)的較高溫度，例如大約60(TC至大約160(TC范圍的溫度，特別是大約IOO(TC和大約1600。C之間的溫度，或者大約120(TC和大約1500'C之間的溫度。它們可以直接在空氣氣氛中使用而不需要任何保護(hù)性填充氣體。作為另一種可選方案，用石墨或碳浸漬的陶瓷材料可以用作加熱元件。陶瓷元件中所浸漬的碳或石墨的量或百分比可以變化以適應(yīng)特殊應(yīng)用或在加熱元件中提供需要的電阻率。加熱元件可以用氮化硼顆粒填塞在凹槽內(nèi)，這些顆粒可以是漿糊的形式。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，加熱元件包括由聚丙烯腈制成的碳纖維。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于建造飛機(jī)模型的市售碳纖維是特別合適的。加熱元件可以包括復(fù)數(shù)股或復(fù)數(shù)根碳纖維，它們可以編織形成繩索樣復(fù)合材料。加熱元件可以包括高達(dá)大約12000根單股碳纖維。碳纖維可以密封在合適外囊中，該外囊能夠承受加熱器的工作溫度和生長(zhǎng)室的惡劣工作條件。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，TorayCarbonFibresAmerica,Inc供應(yīng)的編號(hào)為T300-1000的ToraycaTM碳纖維工作良好。碳纖維的軸向熱膨脹系數(shù)為大約-0.4至大約-1.0X10—VeK。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，-0.41Xl(T6/°K的熱膨脹系數(shù)足夠低到保證當(dāng)碳纖維在RPECVD生長(zhǎng)系統(tǒng)中經(jīng)受工作溫度時(shí)不會(huì)在凹槽內(nèi)彎曲。碳纖維的長(zhǎng)度可以作為需要由加熱器傳遞的熱量的函數(shù)來計(jì)算。在RPECVD生長(zhǎng)系統(tǒng)中使用的加熱器所需要的總電阻為大約10至20ohm。這對(duì)于在生長(zhǎng)室內(nèi)保持低電壓和電流來說是有益的。碳纖維可以具有大約0.1至大約10X1(T3Q.cm的電阻率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，編織碳纖維包括大約1000至大約3000根纖維，每根纖維的電阻率為大約1.7X10—3Q.Cm，該編織碳纖維在大約31cm的方便長(zhǎng)度上提供大約12至20Q的電阻，因此，當(dāng)其用50V的電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生大約125至200瓦特的熱量。碳纖維通常被制成在其縱向上具有意外的強(qiáng)度，并且不是為了其用作加熱器加熱元件的潛在用途。在根據(jù)本發(fā)明的加熱器中，強(qiáng)度并不被特別關(guān)注，而是特別關(guān)注電導(dǎo)率。在常規(guī)應(yīng)用中可能對(duì)其使用很重要的一些碳纖維特性包括，其強(qiáng)度、模量、密度、均勻性(機(jī)械性能)、對(duì)環(huán)境侵蝕的耐受性和與其它材料的相容性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些特性通常不與其在根據(jù)本發(fā)明的加熱器中用作加熱元件的用途相沖突。碳纖維可以是由許多細(xì)絲組成的電纜的形式，以便當(dāng)在基板的凹槽中處理、圍繞拐角纏繞時(shí)能夠得到足夠的強(qiáng)度，并且使其能夠在用電路與加熱器建立電連接時(shí)保持在凹槽中。碳纖維優(yōu)選進(jìn)行預(yù)編織以避免其在處理和安裝在加熱器中的同時(shí)被磨損。其導(dǎo)熱系數(shù)可以為大約0.01至大約0.1Cal/cm,s.。C，優(yōu)選在大約0.025Cal/cm,s.。C的區(qū)域。其電導(dǎo)率可以是大約1000^acm至大約10000iiacm,，優(yōu)選在大約1700jaQ.cm的區(qū)域。碳纖維可以是，例如，Hexcd或ToraycaTM碳纖維。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由EurocarbonBV制造并編號(hào)為T300的碳纖維給出良好的結(jié)果。多禾中編織電纜可以從EurocarbonBV(www.eurocarbon.com)通過商業(yè)途徑獲得?？梢允褂幂p重量的編織碳纖維(3KT300)或中等重量的編織碳纖維(6KT300)。編織碳纖維的直徑(在大約45'C測(cè)量)可以為大約5mm至大約15mm，其重量可以為大約7g/m至大約20g/m。在50%FV時(shí)的厚度可以在大約0.31mm至大約0.48mm之間變化?？梢允褂玫钠渌愋偷奶祭w維可以如表2所示市售PAN類碳纖維的強(qiáng)度和模量表S~拉伸模量(Gpa)拉伸強(qiáng)度(Gpa)生產(chǎn)國(guó)標(biāo)準(zhǔn)模量(<265GPa)(也稱為"高強(qiáng)度")T3002303.53法國(guó)/'日本T7002355.3日本HTA2383.95德國(guó)UTS2404.8曰本34-7002344.5曰本/^美國(guó)AS42414.0美國(guó)T650-352414.55美國(guó)Panex332283.6美國(guó)/z匈牙利F3C2283.8美國(guó)TR50S2354.83曰本TR30S2344.41日本高模量(320-440GPa)M-403922.74日本M40J3774.41法國(guó)/日本HMA3583.0日本UMS25263954.56日本MS403404.8日本HR403814.8日本中等模量(265-320GPa)T腸2945.94M30S2945.49IMS2954.12/5.5MR40/MR502894.4/5.1腿/IM73035.1/5.3IM93105.3T650-422卯4.82T402卯5.65超高模量(440GPa)M46J4364.21UMS35364354.5HS404414.4UHMS4413.45信息來源于生產(chǎn)商的數(shù)據(jù)庫(kù)來源DavidCripps，SPSystems(http:〃www.spsystems.com)日本本本本國(guó)曰曰曰美國(guó)國(guó)本本國(guó)國(guó)國(guó)國(guó)法法日日美美美美在根據(jù)本發(fā)明的加熱器用于MBE或RPECVD方法的情況中，加熱器元件可以包括3至20束單絲，每一束單絲可以包括50至50000根絲。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由12束(每一束由1000根單絲組成)組成的編織碳纖維電纜工作性能特別好。碳纖維的兩端可以與電路連接。連接可以經(jīng)由鉑或金的金屬絲或連接片?；蛘?，可以經(jīng)由下述方法提供接觸將鉬片巻成圓柱體，將金屬絲或加熱元件的一端伸進(jìn)圓柱體的一端內(nèi)，并且在其被扣緊在金屬絲末端和加熱元件上之前，將接觸絲或鉑絲或金絲導(dǎo)入圓柱體的另一山一順°如果使用鉑絲，其可以具有足夠的直徑和足夠短的長(zhǎng)度以保證不會(huì)顯著地增大加熱元件的總電阻，因?yàn)殂K具有相對(duì)高的電阻率，并且如果加熱元件和連接片的溫度升高至鉑的熔點(diǎn)以上，其有可能會(huì)熔化。編織碳纖維可以圍繞凹槽的曲線猛力牽拉，以防止碳纖維滑出凹槽，并在其自身上發(fā)生短路。在MBE和RPECVD方法中遇到的氣氛通常是還原性的。碳纖維在上述方法中遇到的還原條件下不會(huì)被損壞。其也不會(huì)在RPECVD或MBE方法中使用的氣體中發(fā)生脆變。但是，當(dāng)加熱器在氧化氣氛中使用時(shí)，碳纖維可能會(huì)有被氧化的風(fēng)險(xiǎn)，使用碳化硅而不是碳纖維作為建造加熱元件的材料是有益的。覆層加熱器可以進(jìn)一步包括覆蓋加熱元件的傳熱覆層。傳熱覆層可以方便地由藍(lán)寶石或石英制成。其尺寸可以防止或至少阻止碳從加熱元件上蒸發(fā)、或者在生長(zhǎng)在生長(zhǎng)室內(nèi)的襯底上的金屬氮化物層上冷凝。覆層可以是導(dǎo)熱的，以便在金屬氮化物的晶體生長(zhǎng)過程中在襯底上提供均一和均勻的溫度分布。傳熱覆層可以由藍(lán)寶石或石英制成。在覆層由藍(lán)寶石或石英制成的情況中，覆層的熱的透射率為大約60%至大約90%，這取決于其厚度。厚度可以在大約50微米至大約2毫米之間變化。在厚度為大約500微米的情況中，透射率可以是大約85%?；蛘撸穸瓤梢允?00微米、200微米、300微米、400微米、600微米、700微米、800微米、900微米、l毫米、1.5毫米等。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，藍(lán)寶石是一種建造覆層的良好材料，因?yàn)樗哂懈邔?dǎo)熱性，并且允許加熱元件產(chǎn)生的大部分熱量通過輻射傳遞至在其上生長(zhǎng)薄膜的襯底。氮化硼作為加熱元件覆層工作性能不佳。覆層不能由非常純的材料制成，只要其中有雜質(zhì)就不會(huì)吸收太多的熱量。加熱元件輻射的熱量被覆層吸收的量?jī)?yōu)選不超過大約20%，更優(yōu)選不超過大約15%，進(jìn)一步優(yōu)選不超過大約10%，更進(jìn)一步優(yōu)選不超過大約5%。支撐體基板可以位于由合適材料如陶瓷材料、氧化鋁、二氧化硅等制成的支撐體上，以便將加熱器與其環(huán)境隔離，并且保證加熱元件所產(chǎn)生的大部分熱量直接到達(dá)其上發(fā)生薄膜生長(zhǎng)的襯底。熱電偶加熱器也可以包括一個(gè)或多個(gè)測(cè)量溫度的熱電偶。一個(gè)熱電偶可以與基板上表面相連接。另一個(gè)可以與覆層的上表面相連接。熱電偶可以與加熱器的任何部分相連接。一個(gè)或多個(gè)熱電偶可以與加熱器連接。另一個(gè)熱電偶可以與其上生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜的襯底相連接。另一個(gè)熱電偶可以與加熱元件連接，盡管這是不被希望的，特別是在加熱元件由碳纖維制成的情況中。為確定當(dāng)金屬氮化物薄膜在其上生長(zhǎng)時(shí)襯底溫度如何，一個(gè)熱電偶可以與襯底相連接，同時(shí)另一個(gè)可以與加熱器任何方便的部分相連接，這樣襯底溫度和加熱器特定部分溫度之間的關(guān)系就可以在操作過程中確定。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，加熱器上可以安置熱電偶的方便部分是基板的支撐體。為了相對(duì)于加熱器部分的溫度來校準(zhǔn)襯底溫度，襯底溫度和加熱器上安置了其它熱電偶的部分的溫度之間的關(guān)系可以在一定溫度范圍內(nèi)測(cè)定，這樣在正常工作條件下，當(dāng)薄膜在襯底上生長(zhǎng)時(shí)，在校正溫度關(guān)系的過程中，熱電偶不與襯底連接，而是僅與其所連接的加熱器部分連接。根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了一種加熱目標(biāo)的方法，該方法包括下述步驟一將具有上表面的電阻基板放置在目標(biāo)附近，其中該基板由選自下列的材料制成硼或鋁的氮化物或碳化物或其組合的壓縮燒結(jié)顆粒;—將加熱元件安置在基板的上表面上或與其相連，該加熱元件包括導(dǎo)電元件，該導(dǎo)電元件具有的電阻足以在電流通過加熱元件時(shí)產(chǎn)生熱量，該加熱元件由選自下列的材料制成碳纖維、碳化硅和浸漬了石墨的陶瓷材料；以及—使電流流過該加熱元件，從而將加熱元件產(chǎn)生的熱量傳遞至目標(biāo)。目標(biāo)可以是在MBE或RPECVD方法中用于生長(zhǎng)氮化鎵、氮化銦或氮化鋁薄膜的襯底。目標(biāo)可以是根據(jù)前述方法之一的生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的襯底。根據(jù)本發(fā)明的加熱方法可以進(jìn)一步包括用覆層覆蓋加熱元件的步驟。根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供了一種制造加熱器的方法，該方法包括下述步驟—將選自硼或鋁的氮化物或碳化物或其組合的顆粒材料壓縮形成具有上表面的基板；一將加熱元件安置在基板的上表面上或與其相連，該加熱元件包括導(dǎo)電元件，該導(dǎo)電元件具有的電阻足以在電流通過加熱元件時(shí)產(chǎn)生熱量，其中該加熱元件由選自下列的材料制成碳纖維、碳化硅和浸漬了石墨的陶瓷材料；以及一提供將加熱元件與電路連接的電觸點(diǎn)(contact),以便在使用中使電流通過加熱元件，從而產(chǎn)生熱量。上表面可以配有凹槽，并且根據(jù)本發(fā)明的制造加熱器的方法可以包括將加熱元件安置在凹槽中的步驟。制造加熱器的方法也可以包括將碳纖維的末端與化學(xué)惰性的金屬絲末端連接以提供與電路的連接的步驟。金屬絲可以由選自鉑系金屬的任何合適的金屬制成。連接可以通過下述方法實(shí)現(xiàn)將合適的箔(例如由鉬或鉑系金屬制成的箔)帶巻成管子，將加熱元件的一端插入至該管的一端中，并且將由惰性材料制成的金屬絲插入進(jìn)另一端，分別將該管的兩端夾緊固定在加熱元件和金屬絲的兩端上。當(dāng)需要使加熱器運(yùn)行時(shí)，金屬絲可以與電路連接。根據(jù)本發(fā)明的第十方面，提供了一種在侵蝕性氣氛中使用的加熱器的制造方法，其中該方法包括下述步驟一從選自硼或鋁的氮化物或氮化物或其組合的壓縮燒結(jié)顆粒的材料形成電阻基板；和一將加熱元件安置在基板的上表面上或與其相連，該加熱元件包括導(dǎo)電元件，該導(dǎo)電元件具有一定的電阻，這樣在電流通過加熱元件時(shí)產(chǎn)生熱量，其中該加熱元件由選自下列的材料制成碳纖維、碳化硅和浸漬了石墨的陶瓷材料?；蹇梢詮挠膳鸹蜾X的氮化物或碳化物或其組合的燒結(jié)顆粒制成的晶片或盤切割而成。基板可以是圓盤的形式。然后，可以將凹槽加工或研磨在其上表面中。根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，提供了一種在侵蝕性氣氛中使用的加熱器的制造方法，其中該方法包括下述步驟一提供由選自硼或鋁的氮化物或氮化物或其組合的壓縮燒結(jié)顆粒的材料制成的電阻基板；和一將加熱元件安置在基板的上表面上或與其相連，該加熱元件包括導(dǎo)電元件，該導(dǎo)電元件具有一定的電阻，這樣在電流通過加熱元件時(shí)產(chǎn)生熱量，其中該加熱元件由選自下列的材料制成碳纖維、碳化硅和浸漬了石墨的陶瓷材料。該方法可以進(jìn)一步包括將傳熱覆層放置在基板上表面之上和/或加熱元件上的步驟。或者，或另外，覆層可以位于支撐體上。作為進(jìn)一步可選的步驟，基板可以位于支撐體上。應(yīng)用加熱器可以形成RPECVD生長(zhǎng)系統(tǒng)的一部分。RPECVD生長(zhǎng)系統(tǒng)可以適用于半導(dǎo)體氮化物的外延生長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的加熱器的一個(gè)實(shí)施方式適合在大約10"Torr到低至大約lX10々Torr的真空中使用，或者甚至更低，例如l(T8、l(T9、10'1QTorr。另一個(gè)實(shí)施方式可以在惡劣的氧化氣氛中使用。在此實(shí)施方式中，優(yōu)選使用碳化硅元件。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以在金屬氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)過程中包括游離金屬有機(jī)物和氮自由基的環(huán)境中使用。優(yōu)點(diǎn)根據(jù)本發(fā)明的加熱器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是顯著降低了材料的成本。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是加熱器可以相當(dāng)容易地進(jìn)行制造，因?yàn)榛迨菑哪軌蚴褂脴?biāo)準(zhǔn)鋼切削裝置加工的材料制成的。當(dāng)使用碳纖維加熱元件時(shí)，其能夠適用于幾乎任何形狀的凹槽。根據(jù)本發(fā)明的加熱器可以在需要輻射加熱系統(tǒng)的惡劣氣態(tài)氣氛的情況中使用。現(xiàn)在通過實(shí)施例的方式，參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選形式，其中圖1是使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的方法，在ZnO/二氧化硅襯底上生長(zhǎng)的兩種GaN樣品在20構(gòu)型中的X-線衍射分析，該GaN樣品分別在63(TC和65(TC生長(zhǎng)，其中在X-線衍射分析中觀察到了(0002)和(0004)反射，這種表現(xiàn)表明，在65(TC生長(zhǎng)的樣品比在63(TC生長(zhǎng)的樣品表現(xiàn)出較尖銳的FWHM;圖2(a)、(b)和(c)是三種優(yōu)化GaN層的表面3D1jam2AFM圖像，這三種GaN層分別在下述襯底上生長(zhǎng)a)ZnO/鈉鈣玻璃襯底，其典型的均方根粗糙度為19至27nm;b)ZnO/藍(lán)寶石襯底，其典型的均方根粗糙度為9至13nm，和3)ZnO/二氧化硅襯底，其典型的均方根粗糙度為1nm。圖3顯示了分別在63(TC和650。C生長(zhǎng)的GaN薄膜的SIMS氧離子信號(hào)，氧離子信號(hào)是以氮離子產(chǎn)量的比例顯示的，并將前述GaN薄膜的氧離子信號(hào)與通過MOCVD生長(zhǎng)和通過EMCORE和TDI制造的市售GaN薄膜樣品獲得的氧離子信號(hào)進(jìn)行比較；圖4描繪了使用根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式，在ZnO/二氧化硅襯底上生長(zhǎng)的GaN樣品的室溫光致發(fā)光密度和光學(xué)吸收的平方的研究；圖5通過比較的方式，描繪了兩種不同的GaN樣品和參考圖3中提到的兩種市售樣品在短波長(zhǎng)能帶間隙處的室溫光致發(fā)光密度譜；圖6通過比較的方式，描繪了三種不同的GaN樣品和參考圖3中提到的兩種市售樣品在中間能帶間隙處的室溫光致發(fā)光密度譜；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的擋板的俯視圖；圖8是用來容納根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的擋板或葉輪的外殼的側(cè)視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的葉輪的等軸側(cè)視圖；圖10是包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖9的葉輪的外殼的等軸、圖lla是包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的葉輪的外殼的俯視圖；圖llb是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的擋板的側(cè)視圖；圖12a是根據(jù)本發(fā)明的生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置的一個(gè)實(shí)施方式的圖解示意圖；圖12b是根據(jù)本發(fā)明的生長(zhǎng)第(in)族金屬氮化物薄膜的裝置的一個(gè)實(shí)施方式的圖解示意圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置的另一個(gè)實(shí)施方式的三維示意圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置的一個(gè)實(shí)施方式的圖解示意圖；圖15是顯示在距離根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置中生長(zhǎng)的氮化鎵薄膜表面的深度不斷增加下，氧原子與氮原子之比的圖表；圖16是原子質(zhì)譜分析的比較圖，其顯示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式和根據(jù)傳統(tǒng)PRECVD方法的舊的和新的RPECVD中由于殘氣的存在而產(chǎn)生的背景信號(hào)；圖17是在1Torr下生長(zhǎng)的氮化鎵薄膜和在3Torr下生長(zhǎng)的氮化鎵薄膜能量相對(duì)于吸收系數(shù)均方的曲線圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的加熱器的圖解正視圖；圖19是形成圖18的加熱器一部分的基板的圖解示意圖；圖20是顯示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的沒有覆層的加熱器的正視圖的照片；和圖21是形成圖20的加熱器一部分的基板的正視圖的照片，其顯示了由位于在基板表面(沒有覆層)中研磨出的凹槽中的由編織碳纖維制成的加熱元件。具體實(shí)施方式對(duì)于圖7，其顯示了擋板70，其用于基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)襯底。擋板70具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并且將位于圖12a和12b中顯示的RPECVD連接件1220的下端。擋板70包括外表面71和內(nèi)表面72。環(huán)狀板73被固定在內(nèi)表面72上，該環(huán)狀板可以由氮化硼制成，并且可以包括一系列孔74以允許活性中性氮種經(jīng)過其而通過。對(duì)于圖8，其顯示了外殼102的側(cè)視圖，其可以容納圖10中顯示的葉輪90或圖7中顯示的擋板70。對(duì)于圖9，其顯示了風(fēng)扇形葉輪90，其可以用于基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)襯底。葉輪90由復(fù)數(shù)個(gè)刃片92組成，這些刃片彼此錯(cuò)位(offset)以便為活性中性氮種的散射提供表面，這種散射導(dǎo)致活性中性氮種平均能量的降低。在一個(gè)實(shí)施方式中，葉輪90可以適合旋轉(zhuǎn)。對(duì)于圖10，其顯示了包括葉輪90的外殼102。外殼102和位于其中的葉輪卯，可以包括用于基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)襯底的裝置1222(參見圖12a和12b)。對(duì)于圖lla，其顯示了具有刃片92的葉輪90和可以用于基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)襯底的外殼結(jié)構(gòu)110。對(duì)于圖llb，其顯示了外殼102，其將包括圖12a和12b中的裝置1222，該裝置用于基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)襯底。外殼102是擋板的形式，其包括突起103和104，并且適用于使活性中性氮種流重新取向。箭頭105描繪了來自氮等離子體源的活性中性氮種流的方向。對(duì)于圖12a(還有圖12b)，其顯示了用于生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置1200。該裝置包括生長(zhǎng)室1202，襯底支架1204位于該生長(zhǎng)室中，襯底1206位于該支架上。襯底支架1204可以位于加熱器上(未顯示)。襯底1206所具有的晶體結(jié)構(gòu)適合在其上生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜。真空泵1208用于在生長(zhǎng)室1202中形成反應(yīng)混合物之前對(duì)其進(jìn)行排氣。該裝置還包括密封管道1210和遠(yuǎn)程氮等離子體源1212，該遠(yuǎn)程氮等離子體源包括微波動(dòng)力源1214(其可以是在2.45GHz下運(yùn)行的磁控管)、以及微波波導(dǎo)1216。襯底的位置與等離子體離開遠(yuǎn)程氮等離子體源1212的位置之間的距離為大約20cm至25cm。氮?dú)鈴倪M(jìn)氣口1211被導(dǎo)入密封管1210中。生長(zhǎng)室1202還包括用于在襯底1206附近提供含有第(III)族金屬物種(如三甲基鎵)的混合物的裝置1218(其可以是噴頭)。噴頭可直接位于襯底之上的位置。在一個(gè)實(shí)施方式中，噴頭可以包括其中具有一系列孔的環(huán)形物。該孔朝向襯底，以允許第(III)族金屬物種在朝向襯底1206的方向上經(jīng)其中通過。環(huán)形物允許來自等離子體源1212的活性中性氮種經(jīng)過環(huán)中央的空間朝向襯底1206行進(jìn)。在一個(gè)可選的實(shí)施方式中，裝置1218可以位于生長(zhǎng)室1202的一端。遠(yuǎn)程氮等離子體源1212和密封管道1210的作用是建立和引導(dǎo)活性中性氮種流經(jīng)RPECVD連接件1220進(jìn)入生長(zhǎng)室內(nèi)，該連接件可操作地與裝置1222相關(guān)，該裝置1222用于基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)襯底1206。用于基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)襯底1206的裝置1222可以是如圖7禾nlib中所繪的擋板，或是如圖8至lla中所繪的葉輪。擋板可以由氮化硼制成，并且可以包括復(fù)數(shù)個(gè)孔。葉輪可以是包括刃片的風(fēng)扇形式，這些刃片的作用可以是對(duì)其中行進(jìn)的分子施加離心力。生長(zhǎng)室1202內(nèi)的襯底1206的溫度在大約480'C至大約68(TC的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選大約650。C。該裝置可以另外包括激光1226以誘發(fā)由反應(yīng)混合物形成的第(III)族金屬氮化物在襯底上的沉積。在使用中，真空泵1208用于在生長(zhǎng)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)大約l(T7Torr的壓力。然后，在真空抽吸的過程中，襯底被加熱至大約65(TC的生長(zhǎng)溫度。當(dāng)達(dá)到所需壓力時(shí)，薄膜生長(zhǎng)可以開始。等離子體源氣體(氮)被經(jīng)由進(jìn)氣口1211導(dǎo)入進(jìn)密封管道1210的頂部，其通過微波動(dòng)力源(microwavepowersource)1214進(jìn)行微波電離。通過導(dǎo)入氣體，將生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力保持在3Torr。將微波動(dòng)力源1214打開以啟動(dòng)等離子體。等離子體包括高能電子和離子、以及電中性原子氮和被激發(fā)的分子氮。電子和高能離子在等離子體產(chǎn)生區(qū)域的外部迅速衰減，因此這些物種很少能夠到達(dá)密封管道1210的下部區(qū)域。電中性的原子氮和被激發(fā)的分子氮經(jīng)RPECVD連接件行進(jìn)至用于基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種到達(dá)襯底1206的裝置1222，該裝置1222可以是葉輪裝置如圖8至10或圖lla中所繪的葉輪裝置。現(xiàn)在，等離子體開始操作，第(III)族金屬物種(其可以是三甲基鎵)經(jīng)噴頭1218被導(dǎo)入，使薄膜開始在襯底1206的表面上生長(zhǎng)。應(yīng)該注意的是，在此實(shí)施方式中，氨或氫(除了作為三甲基鎵而加入的氫的情況之外)不能被加入至生長(zhǎng)室1202內(nèi)。在圖12中描繪的裝置中，等離子體源在遠(yuǎn)處，即，薄膜在其上生長(zhǎng)的襯底沒有被浸沒在等離子體中。如上所述，由該源產(chǎn)生的等離子體物種是高度活性的，并且當(dāng)薄膜與這些物種接觸時(shí)能夠引起薄膜的損傷。這些物種包括高能電子和離子、加上電中性原子氮和被激發(fā)的分子氮。襯底的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間存在一些距離(20至25cm)，而高能離子和電子在等離子體產(chǎn)生區(qū)域的外部迅速地衰減，這樣它們不能到達(dá)襯底。來自等離子體的可見光發(fā)射被限制在等離子體產(chǎn)生區(qū)域自身和所謂的余輝區(qū)之內(nèi)。生長(zhǎng)室內(nèi)容納襯底的區(qū)域沒有與等離子體相關(guān)的可見光發(fā)射，因?yàn)榇嬖谟谏L(zhǎng)室內(nèi)的氣體分子處于下述壓力下在該壓力下與低能活性中性氮種的碰撞保證了高能離子物種被限制在等離子體產(chǎn)生的區(qū)域附近。對(duì)于氮等離子體，一級(jí)電離電位是14.53eV。當(dāng)所有的氮等離子體均跌落至此能量之下時(shí)，不能夠發(fā)生進(jìn)一步的可見光等離子體發(fā)射。因此，到達(dá)襯底的中性原子氮和被激發(fā)的分子氮的能量小于14.53eV。對(duì)于在3Torr的壓力下的GaN生長(zhǎng)，已經(jīng)注意到，在圖12中的噴頭1218處導(dǎo)入三甲基鎵，導(dǎo)致與鎵的存在有關(guān)的強(qiáng)可見光發(fā)射。鎵的一級(jí)電離能為6.00eV，因此在鎵原子上入射的中性氮種的平均能量大于6.00eV。但是，由于生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力、生長(zhǎng)室內(nèi)襯底的位置與氮等離子體離開氮等離子體產(chǎn)生區(qū)域的位置之間的關(guān)系、以及擋板或葉輪的使用的綜合效應(yīng)，這種發(fā)射不會(huì)到達(dá)襯底，因此，到達(dá)襯底的活性中性氮種的平均能量小于6.00eV。GaN的鍵能為大約2.2eV，因此在生長(zhǎng)的薄膜表面上入射的活性中性氮種應(yīng)該理想地具有稍低于此數(shù)值的能量，以防止在薄膜生長(zhǎng)過程中氮從該表面上解離(即，防止在薄膜生長(zhǎng)過程中對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的損傷)。生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力可以被調(diào)節(jié)至合適的數(shù)值(例如，比在生長(zhǎng)過程中薄膜會(huì)被損傷的情況中更高的數(shù)值)以保證滿足此條件(即，低于正在生長(zhǎng)的薄膜的鍵能，在GaN薄膜的情況中低于大約2.2eV),因?yàn)樵谳^高壓力下，在被激發(fā)的活性中性氮種和低能氣體物種之間發(fā)生更多的碰撞，從而導(dǎo)致被激發(fā)物種的能量下降?；蛘撸r底與氮等離子體離開氮等離子體產(chǎn)生區(qū)域的位置之間的距離可以進(jìn)行調(diào)節(jié)(例如，二氧化硅密封管的出口位置與襯底之間的距離可以被調(diào)節(jié)為比在生長(zhǎng)過程中薄膜會(huì)被損傷的情況中更長(zhǎng)一些)以保證滿足此條件(即，低于正在生長(zhǎng)的薄膜的鍵能，在GaN薄膜的情況中低于大約2.2eV)?；蛘?，生長(zhǎng)室內(nèi)壓力和襯底與氮等離子體離開氮等離子體產(chǎn)生區(qū)域的位置之間的距離二者均可以被調(diào)節(jié)至合適值以保證滿足此條件(即，低于生長(zhǎng)的薄膜的鍵能，在GaN薄膜的情況中低于大約2.2eV)。如果有足夠量的活性中性氮種流到GaN表面以補(bǔ)償損失的氮，則能夠適應(yīng)略高于2.2eV的能量，但是這種情況并不是理想的。到達(dá)襯底的中性原子物種的平均能量可以與襯底的熱能一樣低(通過襯底上的溫度確定)。具有9.SeV的N-N鍵能的被激發(fā)分子物種的平均能量對(duì)于參與薄膜的生長(zhǎng)而不引起薄膜損傷來說太高了，除非對(duì)于低能分子氮來說，一定程度的催化作用輔助薄膜表面上的分子解離。當(dāng)需要使所生產(chǎn)的薄膜質(zhì)量最佳化時(shí)，對(duì)于指定的葉輪排列、以及指定的襯底與氮等離子體離開氮等離子體產(chǎn)生區(qū)域的位置之間的距離，必須確定在生長(zhǎng)室內(nèi)使用的最佳壓力。為確定這種壓力，必須進(jìn)行多次反復(fù)試驗(yàn)，其中在每次試驗(yàn)后分析獲得的薄膜的物理特性。通過調(diào)整生長(zhǎng)室的壓力，有可能調(diào)整從等離子體中發(fā)出的活性中性氮種的平均能量，從而影響第(III)族金屬氮化物薄膜的特性。例如，當(dāng)需要生產(chǎn)基本清澈和無黃色的高質(zhì)量薄膜時(shí)，壓力將設(shè)定在大約3Torr，并且襯底與氮等離子體離開氮等離子體產(chǎn)生區(qū)域的位置之間的距離為25cm。或者，如果需要制備具有絕緣特性的薄膜，壓力可低至大約lTorr，并且距離為25cm，以便使更多高能物種到達(dá)襯底。這種平均能量調(diào)整性能的結(jié)果是，當(dāng)在具有氧化鋅緩沖層(其粘結(jié)強(qiáng)度為大約1.61eV)的襯底上生長(zhǎng)薄膜時(shí)，可以提高生長(zhǎng)室的初始?jí)毫?，這樣防止平均能量大于1.61eV的物種到達(dá)氧化鋅層和引起損傷。一旦薄膜開始生長(zhǎng)并且第(III)族金屬氮化物層覆蓋緩沖層，則降低壓力以便增加到達(dá)襯底的物種的平均能量。當(dāng)生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜時(shí)，需要將化學(xué)活性物種的平均能量保持在襯底的熱能之上。對(duì)于圖12b，其顯示了一種裝置，其按照?qǐng)D12a進(jìn)一步包括用于將多種第(III)族金屬物種或者甚至摻雜物引入生長(zhǎng)室中的裝置。因此，本發(fā)明也能生長(zhǎng)混合的第(III)族金屬氮化物薄膜，例如，氮化鋁鎵、氮化銦鎵等。噴頭1218與導(dǎo)管1219的一端連接，另一端與分配器1221連接。分配器1221具有多個(gè)進(jìn)口1223、1225和1227以導(dǎo)入多種第(III)族金屬物種或摻雜劑，例如三甲基銦、三甲基鎵、三甲基鋁、三甲胺鋁烷(trimethylaminealane)、三乙基鎵等；或者GaN的p-型摻雜物，例如對(duì)于GaN，鈣、鈹、碳或鎂(通過加入環(huán)戊二烯鎂)；或者對(duì)于n-型GaN，摻雜物是硅、氧、硒、硫、碲或鍺。在氮化鎵的情況中，由于其低電離水平、高活化效率(在大多數(shù)情況中超過90%)和低擴(kuò)散率，在薄膜生長(zhǎng)過程中n-型摻雜的最佳選擇是硅。對(duì)于p-型摻雜，在薄膜生長(zhǎng)過程中使用鎂或鈣摻雜物達(dá)到最高濃度。第(III)族金屬物種的加入量可以為大約每1200-2500個(gè)活性中性氮種原子中加入大約1個(gè)院子，或者大約1:1200,1:1500、1:1700、1:1800、1:1900、1:2000、1:2100、1:2200、1:2300、1:2400或1:2500。圖13顯示了根據(jù)本發(fā)明的生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的裝置310。裝置310包括加料室或預(yù)真空鎖312，其適用于在使用樣品轉(zhuǎn)移裝置316將襯底通過生長(zhǎng)室進(jìn)口314.1導(dǎo)入進(jìn)生長(zhǎng)室314中之前或?qū)⒁r底從生長(zhǎng)室314中去除之后容納襯底。樣品在可轉(zhuǎn)移的樣品支架317上轉(zhuǎn)移。加料室或預(yù)真空鎖312可以是圓柱管的形式，其配有用蓋子312.1遮蓋的上部進(jìn)口、在其遠(yuǎn)端(相對(duì)于生長(zhǎng)室314)上的凸緣312.2、以及在其近端上的凸緣312.3。凸緣312.3設(shè)置有通道，樣品轉(zhuǎn)移裝置316.1的臂316通過該通道延伸。加料室或預(yù)真空鎖312與預(yù)真空鎖真空系統(tǒng)318相連，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)在加料室或預(yù)真空鎖312內(nèi)產(chǎn)生真空。真空系統(tǒng)318包括一組預(yù)真空鎖真空閥門318.1、318.2，其以下述方式與加料室或預(yù)真空鎖312功能地連接該連接方式允許在需要時(shí)使空氣進(jìn)入加料室或預(yù)真空鎖312，或當(dāng)需要在將樣品轉(zhuǎn)移至生長(zhǎng)室314之前準(zhǔn)備樣品時(shí)隔離加料室或預(yù)真空鎖312。生長(zhǎng)室可以通過生長(zhǎng)室閘門閥320的方式而從加料室或預(yù)真空鎖312隔離開。當(dāng)需要時(shí)，可以通過生長(zhǎng)室真空系統(tǒng)322的方式在生長(zhǎng)室中產(chǎn)生真空。生長(zhǎng)室配有生長(zhǎng)室真空計(jì)324，這樣生長(zhǎng)室314內(nèi)的壓力可以被測(cè)量。通過與噴頭327相連的管326，能夠?qū)⑷谆壓蛽诫s物導(dǎo)入進(jìn)生長(zhǎng)室內(nèi)?？赊D(zhuǎn)移的樣品支架317被放置在加熱器328的頂部，后者本身受生長(zhǎng)室314中的加熱器平臺(tái)330的支撐。提供加熱器328以便在需要時(shí)將樣品加熱至高達(dá)750。C的溫度。提供熱電偶332以測(cè)量樣品支架328的溫度。加熱器328可以是本發(fā)明第七方面的加熱器。在薄膜生長(zhǎng)過程中，生長(zhǎng)室314內(nèi)的壓力可以通過壓力控制閥334的方式控制?；钚灾行缘N可以通過由石英制成的等離子體密封管336導(dǎo)入生長(zhǎng)室內(nèi)。提供微波源338和相關(guān)的波導(dǎo)340以使凈化的氮源339(例如小于1份/10億份雜質(zhì)的氮)電離，從而形成等離子體，該等離子體除電離粒子和電子以外，還含有電中性化學(xué)活性物種。電中性化學(xué)活性物種經(jīng)密封管336導(dǎo)入生長(zhǎng)室314中。在使用中，在將空氣經(jīng)空氣進(jìn)氣閥318.1導(dǎo)入加料室312后，樣品通過可移除的蓋子312.1導(dǎo)入。預(yù)真空鎖真空系統(tǒng)318經(jīng)預(yù)真空鎖隔離閥318.2從加料室中隔離開，同時(shí)通過閥318.1導(dǎo)入空氣。樣品裝載在樣品支架317上并置于加料室或預(yù)真空鎖312內(nèi)。然后，關(guān)閉加料室空氣進(jìn)氣閥318.1，并在適當(dāng)位置放置蓋子312.1。打開預(yù)真空鎖隔離閥318.2，并且預(yù)真空鎖真空系統(tǒng)318對(duì)加料室312降壓。一旦真空降低至低值(例如，10-2至10-3Torr)，預(yù)真空鎖泵隔離閥318.2關(guān)閉；然后，生長(zhǎng)室閘門閥320打開，使用樣品轉(zhuǎn)移裝置316將樣品和石墨樣品支架轉(zhuǎn)移進(jìn)主生長(zhǎng)室314中。然后，樣品支架317(與樣品一起)被放置在加熱器平臺(tái)330(其支撐加熱器328)上。然后，從生長(zhǎng)室314去除樣品轉(zhuǎn)移裝置316，并關(guān)閉生長(zhǎng)室閘門閥320。通過包括渦輪泵的真空系統(tǒng)對(duì)生長(zhǎng)室314進(jìn)行單獨(dú)抽氣，該渦輪泵由旋轉(zhuǎn)泵備用，通過渦輪-旋轉(zhuǎn)閥相互連接。生長(zhǎng)室與真空系統(tǒng)經(jīng)渦輪閘門閥相連。在此操作階段，渦輪閘門閥和渦輪-旋轉(zhuǎn)閥打開，壓力控制閥關(guān)閉。然后，將生長(zhǎng)室314降低至其基礎(chǔ)壓力。主生長(zhǎng)室314除了修理和維護(hù)的情況以外，不再對(duì)大氣開放。在此真空抽氣期間，樣品被加熱至生長(zhǎng)溫度(大約65(TC)，用熱電偶332監(jiān)測(cè)加熱器溫度。熱電偶332通過真空饋通被導(dǎo)入，在其附近加熱器連接器也被饋通入主生長(zhǎng)室內(nèi)。當(dāng)達(dá)到良好的基礎(chǔ)壓力時(shí)，薄膜生長(zhǎng)可以開始。等離子體源氣體(氮)經(jīng)等離子體密封管被導(dǎo)入室頂部，其通過微波源338迸行氮?dú)獾奈⒉婋x。打開微波源以啟動(dòng)等離子體。等離子體中產(chǎn)生的高能離子迅速衰減，并且不會(huì)離開等離子體產(chǎn)生區(qū)域。壽命較長(zhǎng)的自由基和原子氮能夠在等離子體對(duì)撞區(qū)之外行進(jìn)，并且能夠與金屬有機(jī)物反應(yīng)在樣品和樣品支架上產(chǎn)生氮化物物質(zhì)金屬有機(jī)物和摻雜物源氣體/蒸汽通過與生長(zhǎng)室314頂部連接的氣體管道326被導(dǎo)入。當(dāng)氣體被導(dǎo)入主生長(zhǎng)室時(shí)，渦輪閘門閥和渦輪-旋轉(zhuǎn)泵閥關(guān)閉，壓力控制閥設(shè)定為保持恒壓。室真空計(jì)342監(jiān)測(cè)薄膜生長(zhǎng)過程中的壓力。在圖13所示裝置的一個(gè)可選用途中，通過可去除的蓋子312.1將襯底(其可以包括緩沖層如氧化鋅)導(dǎo)入至襯底支架317上，該襯底支架317最初放置在加料室或預(yù)真空鎖312中。預(yù)真空鎖真空系統(tǒng)318經(jīng)預(yù)真空鎖隔離閥318.2從加料室或預(yù)真空鎖312中隔離，同時(shí)空氣通過加料室空氣進(jìn)氣閥318.1被導(dǎo)入。然后關(guān)閉加料室空氣進(jìn)氣閥318.1，并在合適位置放置蓋子312.1。打開預(yù)真空鎖隔離閥318.2，并且預(yù)真空鎖真空系統(tǒng)318將加料室或預(yù)真空鎖312降壓至低于5Xl(r2Torr的壓力。然后，預(yù)真空鎖真空系統(tǒng)318從加料室或預(yù)真空鎖312隔離。一旦真空達(dá)到大約10々至l(^Torr的值(盡管優(yōu)選較低的水平)，預(yù)真空鎖泵隔離閥318.2關(guān)閉，打開生長(zhǎng)室閘門閥320，使用樣品轉(zhuǎn)移裝置316將襯底支架317轉(zhuǎn)移至主生長(zhǎng)室314，并放置在加熱器平臺(tái)330(其支撐加熱器328)上。然后，樣品轉(zhuǎn)移裝置316從生長(zhǎng)室314中撤出，關(guān)閉生長(zhǎng)室閘門閥320，以將其從加料室或預(yù)真空鎖312中隔離。通過包括渦輪分子泵的真空系統(tǒng)對(duì)生長(zhǎng)室314進(jìn)行單獨(dú)抽氣，該渦輪泵由旋轉(zhuǎn)泵備用，通過渦輪-旋轉(zhuǎn)閥相互連接。生長(zhǎng)室314與真空系統(tǒng)經(jīng)渦輪閘門閥相連。在此操作階段，渦輪閘門閥和渦輪-旋轉(zhuǎn)閥打開，壓力控制閥關(guān)閉。可以達(dá)到大約10^Torr的真空。然后，將加熱器328設(shè)定在所需的溫度以完成薄膜的生長(zhǎng)，對(duì)于氮化鎵薄膜來說該溫度可以是大約650。C。加熱器328可以是圖18至20中顯示的類型。對(duì)于位于加熱器328附近的熱電偶332來說，可以使用標(biāo)準(zhǔn)曲線來估計(jì)樣品溫度。在生長(zhǎng)之前，襯底(例如，包括可以在65(TC軟化的玻璃形式的襯底)的加熱時(shí)間必須要保持大約一個(gè)小時(shí)，以避免可能在65(TC下較長(zhǎng)時(shí)間后出現(xiàn)的ZnO緩沖層的分解。ZnO分解的證據(jù)是，觀察到ZnO在暴露于65(TC后從絕緣狀態(tài)改變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。這種改變發(fā)生的部分原因是氧從ZnO中流失。在嚴(yán)重的情況下，ZnO可以一起流失。如果襯底被放置過夜或更長(zhǎng)的時(shí)間，樣品可以保持在大約300-40(TC的較低溫度下。在此溫度下，通過從襯底表面解吸弱結(jié)合雜質(zhì)(尤其是水蒸氣)，生長(zhǎng)室314的真空被改善。偶爾，薄膜生長(zhǎng)最初采取400-600'C的較低溫度以減少ZnO緩沖層的分解，直至氮化鎵保護(hù)層覆蓋ZnO。然后，將溫度提高至較高的最終生長(zhǎng)溫度以便加速薄膜生長(zhǎng)。襯底可以保持在薄膜將要生長(zhǎng)的溫度，直至達(dá)到至少5X1(T6Torr的真空。如果襯底已經(jīng)在大約300-400。C的溫度范圍內(nèi)保持一段時(shí)間，則在薄膜將要生長(zhǎng)的溫度下需要不超過1小時(shí)的時(shí)間來達(dá)到至少5X10'6Torr的真空。襯底應(yīng)該在薄膜將要生長(zhǎng)的溫度至少保持1小時(shí)以便使樣品溫度穩(wěn)定。ZnO緩沖層的輕微分解是可以容忍的，實(shí)際上使ZnO稍微分解一些是有好處的，這樣能保證該層的n-型導(dǎo)電率。因此，盡管一定要不損傷ZnO緩沖層，但是在能夠促進(jìn)GaN生長(zhǎng)的條件下也可以開始薄膜生長(zhǎng)。高于3Torr的生長(zhǎng)壓力是優(yōu)選的，以便防止對(duì)ZnO緩沖層的損傷。一旦達(dá)到至少5X10"Torr的真空，薄膜生長(zhǎng)可以開始。等離子體氣體源(氮)經(jīng)等離子體密封管336導(dǎo)入至生長(zhǎng)室314的頂部，接受通過微波源338得到的微波電離能量。對(duì)于氮化鎵薄膜的生長(zhǎng)，可以經(jīng)等離子體密封管336導(dǎo)入600標(biāo)準(zhǔn)立方厘米氮流速(sccm)的氮?dú)?，在此情況中其中氮經(jīng)葉輪(其如圖9中所繪，但未顯示在圖13中)，在4英寸直徑的區(qū)域輸送。一旦氮?dú)忾_始流動(dòng)，渦輪閘門閥和渦輪-旋轉(zhuǎn)泵閥關(guān)閉，渦輪泵停機(jī)。然后，氮?dú)鈴氖覂?nèi)通過自動(dòng)閥被直接排至旋轉(zhuǎn)泵。高精度Baratron壓力計(jì)監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)室314中的壓力。優(yōu)選生長(zhǎng)室314的壓力設(shè)定在大約3Torr，該閥將保持在該數(shù)值的大約1%之內(nèi)。在氣流開始流動(dòng)和設(shè)定加工溫度后，襯底的溫度可以再平衡至生長(zhǎng)溫度(例如，650°C)幾分鐘。氣流的導(dǎo)熱系數(shù)將即刻影響襯底溫度，因此生長(zhǎng)溫度可以需要被調(diào)節(jié)以適合此溫度。也需要在薄膜開始生長(zhǎng)之前使氮流過系統(tǒng)5-10分鐘，以便吹掉在氣體輸送系統(tǒng)之外積累的任何攜氧物種。在開始生長(zhǎng)之前大約10分鐘，管326和噴頭327可以用載體氣體(例如，氮)通過繞過生長(zhǎng)系統(tǒng)的氣體管道(未顯示)清洗。其作用是沖掉任何積累的攜氧物種。在此階段，氮等離子體將燃燒，在3Torr的壓力下生長(zhǎng)足以在氮化鎵薄膜生長(zhǎng)的過程中防止活性中性氮種損傷薄膜。在薄膜生長(zhǎng)過程中，襯底可以旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在，第(III)族金屬物種由旁路管道經(jīng)管326和噴頭327切換至生長(zhǎng)室。當(dāng)以5.0sccm的流速生長(zhǎng)氮化鎵薄膜時(shí)，可以使用三甲基鎵作為鎵源，其中三甲基鎵以大約每250至2000個(gè)氮原子中大約1個(gè)三甲基鎵原子的比率被攜帶于氮流之中。也可以使用其它攜鎵物種，例如三氯化鎵和氫化鎵，盡管后一來源的存活時(shí)間太短而必須在生長(zhǎng)室內(nèi)制備，因?yàn)槠洳荒鼙槐４嫒魏慰筛兄囊欢螘r(shí)間。在可選的實(shí)施方式中，也以可使用銦和鋁的金屬有機(jī)物物種。應(yīng)該注意的是，還要避免與氫化鎵源一起進(jìn)入生長(zhǎng)室的任何分子氫，因?yàn)樗鼤?huì)影響生長(zhǎng)室的環(huán)境負(fù)荷(conditioning)。隨著等離子體的燃燒，第(III)族金屬有機(jī)物種進(jìn)入生長(zhǎng)室，薄膜生長(zhǎng)開始。在所述的生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)4小時(shí)，得到0.5微米厚的薄膜。通過向等離子體輸送較高的功率，或者使用不同的激發(fā)源(其能夠更有效地產(chǎn)生這種物種)，從而可以通過增加等離子體中產(chǎn)生的活性中性氮種的數(shù)目，達(dá)到更高的生長(zhǎng)速率。在薄膜生長(zhǎng)期結(jié)束時(shí)，再次將第(III)族金屬有機(jī)物種切換至旁路管道，這樣它不會(huì)流進(jìn)生長(zhǎng)室中。然后，將襯底冷卻，氮等離子體源仍然打開，因?yàn)樵谏L(zhǎng)溫度和真空條件下樣品表面會(huì)發(fā)生氮流失。由于等離子體源仍開啟，避免了這種氮從表面的流失。當(dāng)溫度降到大約300-40(TC以下時(shí)，關(guān)閉等離子體，氮流暫時(shí)被引導(dǎo)通過渦輪分子泵。打開渦輪分子泵，關(guān)閉等離子體氣流。然后，生長(zhǎng)室的壓力降低至背景壓力。一旦樣品被冷卻至低于10(TC的溫度，預(yù)真空鎖和主生長(zhǎng)室之間的閘門閥重新打開(使用與上述裝載襯底的相同步驟，預(yù)真空鎖的壓力已經(jīng)被預(yù)先降低至低于5X10'2Torr)，并且將樣品從加熱器328去除并轉(zhuǎn)移至加料室或預(yù)真空鎖312中。然后，預(yù)真空鎖和生長(zhǎng)室之間的生長(zhǎng)室閘門閥320關(guān)閉，預(yù)真空鎖經(jīng)預(yù)真空鎖真空閥318.1排氣至大氣壓，以便從加料室或預(yù)真空鎖312去除襯底支架317，該襯底支架317包括其上具有薄膜的襯底。在氮化鎵薄膜開始生長(zhǎng)之前或生長(zhǎng)過程中，可以使用下述實(shí)施例7中所述的方法，以便減少可以由管引起的氧污染。可以通過使氮等離子體通過密封管336運(yùn)行20至48小時(shí)而進(jìn)行處理。該過程可以如下進(jìn)行生長(zhǎng)室314被抽氣至大約8X10-s至2Xl(^Torr的基礎(chǔ)壓力(如果從大氣壓開始抽氣，則至少抽氣16小時(shí))，然后將凈化的氮通過等離子體密封管336導(dǎo)入進(jìn)生長(zhǎng)室內(nèi)。然后，氮等離子體燃燒，系統(tǒng)在下述狀態(tài)保持20-48小時(shí):用氮離子和自由基轟擊密封管336內(nèi)表面并與其反應(yīng)。對(duì)于圖14，其顯示了一種根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置IO。裝置IO包括用于容納氮等離子體的石英管12，該氮等離子體是通過使經(jīng)進(jìn)口管道14導(dǎo)入石英管12的超純氮?dú)饨?jīng)受石英管12內(nèi)部的電場(chǎng)而產(chǎn)生的，該電場(chǎng)由下述微波引起該微波由磁控管16產(chǎn)生，并且通過波導(dǎo)18被導(dǎo)入至石英管12。石英管12與生長(zhǎng)室20連接，氣體從該生長(zhǎng)室中通過出口22而被排出到真空系統(tǒng)。在生長(zhǎng)室中提供了加熱器24，以加熱要在其上生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的襯底。含金屬源(選自鎵、鋁和銦)的金屬有機(jī)物蒸汽經(jīng)襯底加熱器24之上的氣體噴頭26導(dǎo)入。在使用中，在氮化鎵薄膜在生長(zhǎng)室20中生長(zhǎng)之前，首先通過出口22將裝置10排氣至大約l(T6T0rr的真空水平而對(duì)該裝置進(jìn)行準(zhǔn)備。排氣后，用加熱帶或類似裝置(其可以從外部施加)將裝置10的組件加熱至接近或超過IO(TC的溫度，以驅(qū)除可能存在于裝置10中的任何水分?；蛘?，可以使用內(nèi)加熱器來完成此目的。當(dāng)真空降至〈10"Torr，通過進(jìn)口管道14導(dǎo)入氮?dú)獠⑶以谑⒐?2中產(chǎn)生等離子體，這樣可以使管12鈍化。鈍化處理持續(xù)一段時(shí)間，該時(shí)間范圍可以是幾小時(shí)至幾天，這取決于石英管12和生長(zhǎng)室20的內(nèi)部是否已經(jīng)接觸大氣壓下的空氣和水分，并且取決于鈍化處理之前獲得的真空水平。對(duì)于圖15，其顯示了四條跡線，一條顯示通過RPECVD方法在63(TC的溫度生長(zhǎng)的氮化鎵樣品，另一條顯示通過RPECVD方法在650'C的溫度生長(zhǎng)的氮化鎵樣品，而另外兩條跡線顯示Emcore公司和TDI公司通過MOCVD生長(zhǎng)的市售GaN樣品。要注意到，在630'C的溫度生長(zhǎng)的氮化鎵樣品在遠(yuǎn)離表面的大部分平坦區(qū)比在65(TC的溫度生長(zhǎng)的氮化鎵樣品具有高得多的氧/氮原子比。這是因?yàn)椋?3(TC樣品與65(TC樣品相比生長(zhǎng)速率較低，因此在630"C樣品的生長(zhǎng)過程中發(fā)生較高的氧摻入。但是，對(duì)于兩種RPECVD樣品來說，大部分樣品中的氧顯示在通過MOCVD生長(zhǎng)的現(xiàn)有市售GaN材料的典型測(cè)量水平之間。對(duì)于傳統(tǒng)RPECVD方法和根據(jù)本發(fā)明的方法，真空泵的廢氣(或殘氣)均使用四極質(zhì)譜儀RGA進(jìn)行殘氣(RGA)分析。結(jié)果繪制在圖16中。如圖可見，對(duì)于在傳統(tǒng)系統(tǒng)中生長(zhǎng)的薄膜樣品，峰出現(xiàn)在44處。其可以被歸屬為C02和/或N20。對(duì)于在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中生長(zhǎng)的薄膜樣品，在28處的峰是由氮引起的。對(duì)于在傳統(tǒng)系統(tǒng)中生長(zhǎng)的薄膜樣品，在16-19處的峰與水相關(guān)。對(duì)于在傳統(tǒng)系統(tǒng)中生長(zhǎng)的薄膜樣品，在12處的峰可能是由于殘氣分析儀上的碳污染引起的，因此與根據(jù)本發(fā)明的方法無關(guān)。對(duì)于兩種樣品，在2處的峰是由氫引起的。在根據(jù)本發(fā)明的襯底上生長(zhǎng)的金屬氮化物薄膜可以適用于裝置用途，例如LED，包括p-n結(jié)LED、藍(lán)光LED(包括GaNLED)、雙異質(zhì)結(jié)LED和金屬-絕緣層-半導(dǎo)體LED;普通照明應(yīng)用；激光二極管；SIS裝置、光電檢測(cè)器；以及晶體管，包括雙極晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管；以及其它合適裝置。本發(fā)明的方法可以用于制備電子和光子裝置。在圖18中，其顯示了根據(jù)本發(fā)明的加熱器IO。加熱器10包括具有上表面14的盤狀壓縮氮化硼基板12，在其中已經(jīng)加工有凹槽16。凹槽16具有第一端18和第二端20。第一端18和第二端20都位于盤狀基板12中心附近。提供了插針24和26以附加覆層28。(在一個(gè)可選的實(shí)施方式中，插針24和26可以替換為位于圓柱形側(cè)壁的遠(yuǎn)端并且從氮化硼基板的周圍向上伸出的凹槽或側(cè)翼。凹進(jìn)區(qū)域在操作位置上可以容納藍(lán)寶石蓋板，在該操作位置上蓋板覆蓋加熱元件)。編織碳纖維加熱元件30從凹槽16的第一端18延伸至其第二端20。為避免混淆，在圖2中沒有顯示編織碳纖維加熱元件30。覆層28由藍(lán)寶石制成，并且在使用中對(duì)編織碳纖維加熱元件30輻射的熱量是傳導(dǎo)性的(tmnsmissive)。在實(shí)踐中，覆層28的厚度選擇為能夠?qū)⒏矊?8中雜質(zhì)水平所能允許的熱能傳導(dǎo)至襯底，同時(shí)保持足夠的機(jī)械強(qiáng)度以正常的處理覆層28?；?2、加熱元件30和覆層28均置于盤狀陶瓷支撐體32上，后者是電和熱絕緣的。覆層28將熱量向上輻射至襯底，在那里發(fā)生晶核化。編織碳纖維加熱元件30由覆層28固定在凹槽16中，以防止加熱元件30與其自身發(fā)生短路。覆層28也可以用于均勻地分配由加熱元件30產(chǎn)生的熱量。熱電偶可以位于覆層28的上表面或者需要測(cè)量溫度的任何其它位置上。可以進(jìn)一步提供多個(gè)熱電偶以測(cè)定加熱器各部分溫度之間的關(guān)系。在工作條件下，在一定溫度范圍內(nèi)測(cè)定加熱器上表面和/或其它部分相對(duì)于要在其上生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜的襯底的溫度之間的溫度關(guān)系，這樣，當(dāng)要生長(zhǎng)金屬氮化物薄膜時(shí)，僅通過加熱器該部件的溫度就可以估計(jì)襯底的溫度。因?yàn)榧訜嵩碾娮杪孰S時(shí)間而發(fā)生變化，并且在碳纖維加熱元件的情況中，電阻率變化相當(dāng)大，特別是開始時(shí)，必須重新校準(zhǔn)襯底溫度和完成校準(zhǔn)的加熱器部件溫度之間的溫度關(guān)系。加熱器10可以用于遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積系統(tǒng)(RPECVD生長(zhǎng)系統(tǒng))，在該系統(tǒng)中在來自反應(yīng)物如活化氮和三甲基鎵的形成氮化鎵的反應(yīng)混合物的存在下，氮化鎵薄膜在生長(zhǎng)室內(nèi)生長(zhǎng)。在使用中，覆層28防止或阻止編織碳纖維加熱元件30的蒸發(fā)和蒸汽在要在生長(zhǎng)室內(nèi)襯底上生長(zhǎng)的樣品上的沉積。在使用中，加熱器與電路相連，電流通過其中。為防止第一次使用時(shí)對(duì)加熱器的損傷，優(yōu)選在加熱元件的表面上逐漸加熱至大約10(TC至大約30(TC的溫度，優(yōu)選大約150"C至大約250。C，更優(yōu)選大約20(TC，并且在該溫度或前述溫度范圍內(nèi)保持足夠的時(shí)間，以保證所有過量的水、其它材料和氫(包括化學(xué)結(jié)合形式的氫，例如水)在溫度升高到工作溫度(該溫度可以超過IOO(TC)之前被驅(qū)除。時(shí)間可以是5分鐘至大約24小時(shí)，優(yōu)選大約30分鐘至大約10小時(shí)，更優(yōu)選至少大約1小時(shí)。在加熱器工作期間，加熱元件的溫度可以通過控制流過加熱器的電流來控制。實(shí)施例對(duì)比實(shí)施例1-暴露于用于生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的生長(zhǎng)室內(nèi)部的生長(zhǎng)條件的金膜將薄蒸發(fā)金膜(thingoldfilm)暴露于國(guó)際PCT專利申請(qǐng)第PCT/AU2003/000598號(hào)中所述的方法中使用的等離子體條件中。這些條件包括生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力為大約1Torr，但是沒有三甲基鎵的存在。使用與有三甲基鎵存在時(shí)的薄膜生長(zhǎng)相同的條件，得到的GaN薄膜稍微有些黃色。對(duì)于金膜，當(dāng)將其從其所沉積的玻璃襯底上剝離時(shí)，觀察到有損壞。當(dāng)剝離該薄膜時(shí)，玻璃襯底處于室溫。相信在薄膜生長(zhǎng)過程中，遠(yuǎn)程等離子體移動(dòng)過程中入射的氮種仍然是非常高能的，盡管在等離子體源和襯底之間存在相當(dāng)大的距離(大約25cm)。實(shí)施例2-在3Torr下使用RPECVD生長(zhǎng)的GaN薄膜重復(fù)實(shí)施例1以生長(zhǎng)氮化鎵薄膜。與實(shí)施例1中使用的1Torr相反，使用大約3Torr的較高生長(zhǎng)壓力，其目的是減少到達(dá)襯底的活性中性氮種的平均能量。相信較高的生長(zhǎng)壓力產(chǎn)生較多的氣體碰撞，從而減少了在氮化鎵薄膜中入射的活性中性氮種的平均能量。生長(zhǎng)條件中的這種變化使薄膜與在1Torr的壓力下生長(zhǎng)的薄膜相比在顏色上立即似乎更為透明。在實(shí)施例1中生長(zhǎng)的薄膜中所觀察到的淺黃色被認(rèn)為是由于樣品稍微富含鎵，或是一些晶體損傷的結(jié)果。在實(shí)施例2中生長(zhǎng)的薄膜的電特性與實(shí)施例1相比極大地提高了，光學(xué)特性也提高了。薄膜質(zhì)量的提高使ZnO緩沖層要被開發(fā)出來的優(yōu)勢(shì)比以前本發(fā)明人相信可能達(dá)到的程度更充分。GaN薄膜在大約65(TC的溫度生長(zhǎng)。在本發(fā)明人意識(shí)到使用RPECVD技術(shù)產(chǎn)生的損傷比以前想到的要大以后，在大約65(TC的溫度生長(zhǎng)的GaN薄膜的質(zhì)量被改善了。實(shí)施例3-在3Torr下使用RPECVD生長(zhǎng)的一系列GaN薄膜在根據(jù)本發(fā)明的裝置中使用根據(jù)本發(fā)明的方法生長(zhǎng)的多種GaN薄膜的結(jié)果顯示在下面并進(jìn)行討論。在該方法中，使用較低的基礎(chǔ)壓力(大約l(T7T0rr)，在氮化鎵薄膜生長(zhǎng)過程中，通過使用由壓力計(jì)的Baritron反饋控制的壓力閥保持對(duì)氣流較好的控制。氮流速為大約600sccm/min。三甲基鎵作為與氮載氣的混合物以大約5sccm/min的流速被導(dǎo)入。三甲基鎵與氮載體的量為大約1:2000，薄膜生長(zhǎng)過程中的壓力為3Torr。裝置在其幾何形狀上與以前用于生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的裝置不同，尤其是引入的氣體和等離子體進(jìn)料的方向。在所使用的裝置中，引入的氣體和等離子體進(jìn)料是向下定向至襯底支架上而不是穿過它。下面是在相同條件下(除了壓力從lTorr變化至3Torr以外)在ZnO/藍(lán)寶石襯底上的兩種特殊氮化鎵薄膜的物理性能的詳細(xì)情況。在兩種情況中，都不使用葉輪，生長(zhǎng)溫度為65(TC，來自等離子體的氮流為150sccm，來自樣品支架上方噴頭的三甲基鎵/氮流為5sccm(1三甲基鎵原子76氮原子)，在65(TC基礎(chǔ)壓力小于7X10^Torr。在1Torr的生長(zhǎng)壓力下的第一生長(zhǎng)得到的樣品顏色黃色非常明顯，并且全部都是絕緣的(電阻率大于104ohm.cm)。紫外-可見光透射測(cè)量表明能帶間隙為3.35eV，其稍低于3.40eV的可接受數(shù)值。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，較低的能帶間隙通常是富鎵材料的指標(biāo)。同樣，在2.9eV和3.35eV之間的吸收邊沿之下，證據(jù)是在吸收數(shù)據(jù)中的強(qiáng)譜帶拖尾(見圖17)。在3Torr生長(zhǎng)壓力下的第二生長(zhǎng)產(chǎn)生了黃色非常淺的樣品(其可能是由于干擾帶的原因而不是晶體缺陷)，其是高度導(dǎo)電的(電阻率=3.2X10—3ohm.cm)，并且具有很高的載體濃度1.2X1019cm—3，但是該載體濃度的遷移率很高，為162cm2/V.s。所測(cè)量的能帶間隙很高，為3.55eV，其發(fā)生是因?yàn)楹芨叩妮d體濃度引起了輕微的Moss-Burstein漂移。對(duì)于此樣品，與在lTorr生長(zhǎng)的樣品相比，譜帶拖尾大大減少。本發(fā)明人對(duì)上述結(jié)果的解釋是，由平均能量高于GaN鍵能的活性中性氮種(對(duì)于在1Torr下生長(zhǎng)的薄膜，其能夠到達(dá)襯底)產(chǎn)生的損傷引起該樣品明顯的氮流失，從而引起了黃變和低能帶間隙。高水平的損傷引起了補(bǔ)償缺陷的產(chǎn)生，其極大地增加了樣品的電阻率。在3Torr的較高壓力下，損傷被極大地減少了，這樣補(bǔ)償缺陷就不太明顯，并且能達(dá)到很高的背景載體濃度。對(duì)于該載體濃度，電子遷移率是很高的，這代表與補(bǔ)償中心相關(guān)的缺陷水平很低。實(shí)施例3的試驗(yàn)細(xì)節(jié)一系列GaN樣品在UHVRPECVD系統(tǒng)中生長(zhǎng)。在開始薄膜生長(zhǎng)之前，沉積室在所需的650。C襯底溫度被預(yù)先抽氣至大約2X10々Torr的基礎(chǔ)壓力。對(duì)于所有的薄膜生長(zhǎng)，生長(zhǎng)壓力都為3Torr。三甲基鎵與氮載氣一起通過樣品支架上方環(huán)形的噴頭被導(dǎo)入進(jìn)室內(nèi)，流速為5sccm。通過微波等離子體從生長(zhǎng)系統(tǒng)的頂部(在使用葉輪時(shí)，流速為600sccm)導(dǎo)入150sccm的氮流。生長(zhǎng)速率為大約2nm/h。所有薄膜的最終厚度在0.8至2iim之間。GaN薄膜生長(zhǎng)在各種襯底上藍(lán)寶石、二氧化硅、鈉鈣玻璃和硼硅酸鹽玻璃。在所有襯底上，進(jìn)行另外使用50nm厚的ZnORF濺射緩沖層或不使用任何緩沖層的研究。結(jié)果在GaN沉積過程中生長(zhǎng)溫度和壓力是很重要的參數(shù)。在襯底和襯底支架之間需要適當(dāng)?shù)臒峤佑|。最佳的GaN薄膜在65(TC生長(zhǎng)。對(duì)于在比此溫度低幾度的溫度進(jìn)行的生長(zhǎng)，GaN薄膜的晶體質(zhì)量較差，顯示在室溫下沒有光致發(fā)光反應(yīng)。與其它襯底相比，在650。C的生長(zhǎng)對(duì)于鈉鈣玻璃襯底是非常有害的，因?yàn)檫@種類型的玻璃的軟化點(diǎn)非常接近于生長(zhǎng)溫度。在所有樣品上進(jìn)行光學(xué)吸收測(cè)量。對(duì)于所有樣品，光學(xué)密度均方與能譜[5]的對(duì)比得到的光學(xué)能量間隙數(shù)值在3.35至3.40eV之間。已確定的纖鋅礦型GaN的能帶間隙為3.40eV。例子圖表顯示在圖4中。X-線衍射、AFM、SIMS和光致發(fā)光用來測(cè)定獲得的GaN結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。生長(zhǎng)速率為0.2pm/h。氧水平顯示與在>950"€的溫度生長(zhǎng)的市售的GaN樣品一樣低。頻帶邊沿的光致發(fā)光也相當(dāng)于市售的MOCVD生長(zhǎng)的材料。對(duì)于許多樣品觀察到了很強(qiáng)的紅色發(fā)光。(X崩使用PhilipsX'PertPRO衍射系統(tǒng)進(jìn)行X-線衍射(XRD)測(cè)定，使用波長(zhǎng)人二1.542A的標(biāo)準(zhǔn)CuKa輻射源。發(fā)散狹縫設(shè)定在l/2。，接收狹縫設(shè)定在1/8°。所有GaN薄膜顯示纖鋅礦型(0002)和(0004)反射。沒有其它的晶體取向。對(duì)于在65(TC在不同襯底上生長(zhǎng)的薄膜，XRD測(cè)定結(jié)果報(bào)告在下面的表1中。如表1中可見，在二氧化硅/ZnO襯底上生長(zhǎng)的GaN得到的數(shù)值最接近于GaN粒狀材料報(bào)道的c晶格參數(shù)文獻(xiàn)數(shù)值[6，7]，并且具有最突出的半最大值全寬度(FWHM)值。表1在不同襯底上生長(zhǎng)的RPECVDGaN樣品XRD(0002)反射的詳細(xì)內(nèi)容在650'C在不同襯底上生長(zhǎng)的GaN29r)c(A)FW畫藍(lán)寶石34.5505.19260,2000藍(lán)寶石/ZnO緩沖層34.5355.19520.1730二氧化硅/ZnO緩沖層34.5455.19330.1730鈉鈣玻璃/ZnO緩沖層34.6355.18030.2172圖1顯示了對(duì)在相同襯底上生長(zhǎng)的兩種GaN樣品進(jìn)行的XRD測(cè)定在650。C和63(TC的具有50nmZnO緩沖層的二氧化硅。與在650。C生長(zhǎng)的GaN的0.173的FWHM相比，在63(TC生長(zhǎng)的薄膜的晶體質(zhì)量較低，在630。C生長(zhǎng)的GaN(0002)反射的FWHM為0.645。在650。C生長(zhǎng)的樣品的數(shù)值在儀器方面受到所使用的XRD儀器的限制，并且可能比這些原始測(cè)定值所指示的數(shù)值低相當(dāng)多。纖嚴(yán)吝學(xué)樣品表面的形態(tài)學(xué)用AFM以非接觸模式(tapingmode)進(jìn)行研究。GaN薄膜通常是多晶的，除了一些在具有ZnO緩沖層的二氧化硅襯底上生長(zhǎng)的薄膜以外。根據(jù)其上生長(zhǎng)了GaN的襯底類型，晶粒的大小會(huì)有所變化。在晶粒尺寸和GaN的光學(xué)質(zhì)量之間沒有顯著的趨勢(shì)。圖2顯示了在不同襯底上生長(zhǎng)的樣品的一些3DAFM1pm圖像。樣品似乎顯示有一些平均直徑為大約20-25nm的微晶。當(dāng)在ZnO/鈉鈣玻璃上生長(zhǎng)時(shí)，GaN的表面均方根(rms)粗糙度為19至27nm;當(dāng)在ZnO/藍(lán)寶石或ZnO/二氧化硅襯底上生長(zhǎng)時(shí)為9至13nm。當(dāng)在沒有ZnO緩沖層的襯底上生長(zhǎng)時(shí)，表面rms粗糙度縮小一半的程度。當(dāng)在襯底支架和襯底之間達(dá)到正確的熱接觸時(shí)，一些樣品達(dá)到了外延生長(zhǎng)(rms粗糙度lnm，尖銳的XRD)，可見圖2c)在ZnO/二氧化硅襯底上的GaN。汰級(jí)庸f處譜C/M^使用帶有Cs+離子束的Cameca5F動(dòng)態(tài)SIMS系統(tǒng)對(duì)RPECVD樣品和兩種市售MOCVD樣品進(jìn)行SIMS測(cè)量。因?yàn)镽PECVD技術(shù)使用了遠(yuǎn)程等離子體和比傳統(tǒng)MOCVD更低的生長(zhǎng)溫度，該技術(shù)的缺點(diǎn)在于生長(zhǎng)過程中GaN中較高的氧摻雜。進(jìn)行這些測(cè)量是為了估計(jì)在生長(zhǎng)過程中GaN樣品中的氧摻雜。僅需要進(jìn)行定性化學(xué)分析，計(jì)算每種樣品中氧離子信號(hào)與氮離子信號(hào)的比例，結(jié)果報(bào)告在圖3中。市售￡]^。0!1￡樣品顯示0+/:^比例最低。然后，最接近的是在65(TC生長(zhǎng)的GaN樣品的比例。在63(TC生長(zhǎng)的樣品顯示氧摻雜多一些，但氧水平的濃度仍然低于通過MOCVD生長(zhǎng)的市售TDI所觀察到的濃度?；室?"艦發(fā)發(fā)^扣使用325nm線的He-Cd激光作為激發(fā)源在室溫下在GaN樣品上進(jìn)行PL測(cè)量。其例子是，圖4顯示了在ZnO/二氧化硅襯底上生長(zhǎng)的GaN樣品的PL測(cè)量值以及光學(xué)吸收均方圖。在X刻度尺上光學(xué)吸收均方的線性延伸(圖上的虛線)表明頻帶邊沿為3.4eV。此頻帶邊沿與對(duì)樣品能帶間隙的PL研究是一致的，其峰的最大信號(hào)也是在3.4eV。也觀察到樣品的一個(gè)寬的紅色發(fā)光的最大信號(hào)是1.9eV。圖5顯示了不同GaN樣品能帶間隙的PL的詳細(xì)內(nèi)容。顯示了來自TDI和EMCORE的兩種不同的市售MOCVD樣品的PL比較。PL結(jié)果顯示，EMCORE樣品具有最高的頻帶邊沿信號(hào)。在所有的RPECVD樣品中，在二氧化硅/ZnO襯底上生長(zhǎng)的GaN得到了最高的頻帶邊沿信號(hào)，據(jù)報(bào)道其信號(hào)密度為GaN市售TDI樣品的一半。對(duì)于RPECVDGaN樣品和MOCVDGaN市售樣品，也研究通常觀察到的黃色發(fā)光(YL)區(qū)域中的間隙下發(fā)光，并報(bào)告在圖6中。所有GaN樣品在此區(qū)都顯示很寬的信號(hào)，EMCORE樣品信號(hào)較集中在2.2eV周圍，對(duì)應(yīng)于黃色發(fā)光，同時(shí)TDI樣品集中在1.8eV，對(duì)應(yīng)于紅色發(fā)光。RPECVD樣品顯示很寬的紅色發(fā)光，集中在1.9eV，在兩種市售樣品之間。這些變化的原因是GaN樣品中不同的背景摻雜物。盡管在ZnO/二氧化硅襯底上生長(zhǎng)的GaN信號(hào)較低，但這些信號(hào)的密度是相當(dāng)?shù)?。與市售樣品01.5)Lim)相比，RPECVD樣品PL信號(hào)(在圖5和6中)較小是因?yàn)闃悠泛穸容^小(<1,)。討論和結(jié)論通過RPECVD在不同襯底上生長(zhǎng)的GaN樣品，其溫度低于傳統(tǒng)的MOCVD技術(shù)。觀察到的光學(xué)特性相當(dāng)。RPECVD技術(shù)是生長(zhǎng)GaN的一種非常好的候選方法。在這些具體的生長(zhǎng)參數(shù)下，當(dāng)在650'C生長(zhǎng)時(shí)獲得最佳質(zhì)量的GaN材料。期望有ZnO緩沖層的存在，當(dāng)在二氧化硅上使用ZnO時(shí)達(dá)到最佳的結(jié)果。GaN樣品通常仍然是多晶的，但當(dāng)在襯底支架之間達(dá)到較好的熱接觸時(shí)可觀察到外延生長(zhǎng)。SIMS結(jié)果證明在新的升級(jí)生長(zhǎng)系統(tǒng)中，較好地控制了氧摻雜，氧水平與市售的GaN樣品是相當(dāng)?shù)?。記錄?5(TC生長(zhǎng)的GaN能帶間隙下的室溫PL，其為在IOOO'C生長(zhǎng)的市售材料所產(chǎn)生PL的幾乎一半。使用此生長(zhǎng)技術(shù)，在設(shè)備裝配中，看來具有ZnO緩沖層的便宜和合適襯底是藍(lán)寶石和SiC襯底的潛在替代物。實(shí)施例4-在沒有任何鈍化的情況中生長(zhǎng)的GaN薄膜的對(duì)比實(shí)施例沒有預(yù)真空鎖的傳統(tǒng)RPECVD系統(tǒng)抽氣至大約2X10—5至2Xl(T6Torr之間的基礎(chǔ)壓力。生長(zhǎng)室暴露于周圍環(huán)境(盡管在裝載樣品的過程中使用氮流試圖盡量減少裝置的內(nèi)表面與大氣氧的接觸)。使用氮凈化器來保持氮中的雜質(zhì)小于1份/io億份。當(dāng)系統(tǒng)不使用時(shí)，生長(zhǎng)室保持在真空中以避免裝置的內(nèi)表面與大氣氧接觸。系統(tǒng)壓力通常維持在前述基礎(chǔ)壓力下。對(duì)于薄膜的生長(zhǎng)，在從生長(zhǎng)室關(guān)閉真空泵之后和用凈化氮?dú)鉀_洗后，襯底被導(dǎo)入進(jìn)系統(tǒng)中。襯底通過樣品裝載口導(dǎo)入，同時(shí)使凈化氮?dú)膺B續(xù)流動(dòng)。然后關(guān)閉氮?dú)鈱?duì)生長(zhǎng)室的沖洗，將生長(zhǎng)室抽氣至基礎(chǔ)壓力，同時(shí)將樣品加熱至大約65(TC。生長(zhǎng)室通常放置保持大約16小時(shí)或至少4小時(shí)以達(dá)到良好的真空。在開始薄膜生長(zhǎng)之前通過打開磁控管的電源使微波產(chǎn)生，依次將氮流電離形成等離子體，從而啟動(dòng)氮等離子體。活性物種通過二氧化硅密封管導(dǎo)入進(jìn)生長(zhǎng)室內(nèi)。通常使用150sccm的氮流速。然后氮等離子體燃燒。在系統(tǒng)中使用少量的氨流(流速為50sccm)，直接向下定向于襯底上。在該系統(tǒng)中為了對(duì)生長(zhǎng)的樣品獲得盡可能最低的氧，這種少量的氨流似乎是必不可少的。然后將三甲基鎵(TMG)在10sccm的氮中導(dǎo)入進(jìn)生長(zhǎng)室內(nèi)，開始薄膜生長(zhǎng)。在薄膜生長(zhǎng)結(jié)束時(shí)，停止TMG和氨流；關(guān)閉氮等離子體，樣品在真空中或氮?dú)饬髦欣鋮s至室溫。使用此方法生長(zhǎng)的樣品中最低的氧含量為1.6原子％(相當(dāng)于7X1()2G氧原子/cm3)。實(shí)施例5-在用凈化氮?dú)忖g化后生長(zhǎng)的GaN薄膜的對(duì)比實(shí)施例重復(fù)實(shí)施例4的方法，條件相同，除了密封管(由石英制成)用凈化氮?dú)馓幚?至2天，試圖鈍化密封管的內(nèi)表面。但在生長(zhǎng)室內(nèi)生長(zhǎng)的氮化鎵薄膜的氧含量不能達(dá)到實(shí)施例4中獲得的數(shù)值之下。在使用由藍(lán)寶石制成的密封管完成的相似試驗(yàn)中，獲得了相似的結(jié)果。實(shí)施例6-根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的GaN薄膜的生長(zhǎng)使用包括預(yù)真空鎖的生長(zhǎng)系統(tǒng)來導(dǎo)入樣品。系統(tǒng)的基礎(chǔ)壓力為8X10—s至2X10—6Torr。當(dāng)生長(zhǎng)沒有發(fā)生時(shí)，主生長(zhǎng)室保持在基礎(chǔ)壓力下，因此不會(huì)暴露于周圍環(huán)境。也使用氮凈化器來保證氮中的雜質(zhì)低于1份/10億份。在將二氧化硅等離子體密封管與凈化的氮等離子體接觸幾天時(shí)間后，在初始啟動(dòng)后，或生長(zhǎng)循環(huán)之間的幾小時(shí)，獲得最佳的氧水平。1)在薄膜生長(zhǎng)之前處理微波等離子體密封管，這樣可以將來自管的氧污染最小化。2)同時(shí)將生長(zhǎng)室保持在真空中，預(yù)真空鎖向大氣開放，樣品支架和要生長(zhǎng)在襯底上的樣品被導(dǎo)入至加料叉上。3)然后關(guān)閉預(yù)真空鎖蓋，預(yù)真空鎖抽氣將壓力下降至大約10—2至l(T3Torr04)然后將用于預(yù)真空鎖的泵從預(yù)真空鎖隔離，打開生長(zhǎng)室閘門閥，這樣，樣品支架和樣品被轉(zhuǎn)移至樣品加熱器上。5)當(dāng)預(yù)真空鎖向生長(zhǎng)室開放和當(dāng)樣品加熱至生長(zhǎng)溫度時(shí)，生長(zhǎng)室壓力升高至大約10々Torr的數(shù)值。6)在樣品支架和樣品裝載在加熱器上后，從生長(zhǎng)室去除加料叉，關(guān)閉生長(zhǎng)室閘門閥。然后將帶有樣品的生長(zhǎng)室在生長(zhǎng)溫度下或稍高的溫度下抽氣4-16小時(shí)。在薄膜生長(zhǎng)之前在較高的溫度下達(dá)到8X10'8至5X10-6Torr的真空。7)在生長(zhǎng)過程中，150sccm的氮流通過等離子體密封管導(dǎo)入進(jìn)生長(zhǎng)室內(nèi)，點(diǎn)燃微波等離子體。8)不使用氨流，但將帶有TMG的10sccm氮導(dǎo)入進(jìn)生長(zhǎng)系統(tǒng)中，以便開始薄膜生長(zhǎng)。9)在薄膜生長(zhǎng)結(jié)束時(shí)，停止TMG/氮流。然后關(guān)閉氮等離子體。系統(tǒng)返回至基礎(chǔ)壓力。10)冷卻樣品，然后將預(yù)真空鎖再抽氣達(dá)到1(^至l(^Torr。11)在將預(yù)真空鎖與其泵分離后，打開預(yù)真空鎖和生長(zhǎng)室之間的閘門閥，樣品轉(zhuǎn)移至預(yù)真空鎖。12)然后關(guān)閉生長(zhǎng)室閘門閥，預(yù)真空鎖提升到大氣壓力，同時(shí)生長(zhǎng)室仍保持真空度不變。13)使用次級(jí)離子質(zhì)譜(SIMS)分析GaN樣品的氧污染。最低的氧水平低于0.038原子％(或9.6X10"氧原子/cm'3)。該數(shù)值在通過SIMS準(zhǔn)確測(cè)量的限值之內(nèi)，這樣實(shí)際上已經(jīng)達(dá)到(另一種n型GaN薄膜顯示測(cè)量的載體濃度為大約1017個(gè)載體cm—3，表明可以達(dá)到低至0.0003原子％的氧濃度)。GaN樣品為n型。實(shí)施例7-用來容納氮等離子體的管的鈍化在薄膜生長(zhǎng)之前，用來容納氮等離子體的管被處理以降低可能由管引起的氧污染。通過使氮等離子體在密封管中運(yùn)行20至48小時(shí)而完成該處理。為完成該處理，將系統(tǒng)抽氣至基礎(chǔ)壓力(如果從大氣壓開始抽氣，至少抽氣16小時(shí))。通過等離子體密封管將凈化氮導(dǎo)入進(jìn)生長(zhǎng)室內(nèi)。然后燃燒氮等離子體，系統(tǒng)在下述狀態(tài)下放置20-48小時(shí)用氮離子和自由基轟擊密封管的內(nèi)表面并與其反應(yīng)。通過分析用于為后續(xù)薄膜生長(zhǎng)而生長(zhǎng)的薄膜而檢測(cè)此氮化作用的效果。如果在薄膜生長(zhǎng)過程中大量氧仍然存在于生長(zhǎng)系統(tǒng)中，透射譜將指示薄膜中的這些大量(百分比含量)的氧[8]。如果氮化作用不完全，但存在的氧量比透射譜所觀察到的小一些，則使用次級(jí)離子質(zhì)譜(SIMS)來鑒定薄膜的氧含量。薄膜的電特性也間接地表明氮化作用不完全，因?yàn)橹敝恋饔猛瓿呻娞匦圆艑⒂凶兓?即，隨著持續(xù)的氮化，載體濃度下降)。一旦管被氮化，管的持續(xù)使用保證了氮化作用的維持。但期望如果管與空氣接觸或高濃度的氨接觸，管上的氮化物層將被化學(xué)侵蝕，并甚至有可能被去除。因此當(dāng)不用于薄膜生長(zhǎng)時(shí)管保持在真空中，以避免不得不重復(fù)氮化過程。當(dāng)管要在真空中放置很長(zhǎng)一段時(shí)間而不在裝置中生長(zhǎng)GaN薄膜時(shí)，該管要進(jìn)行短時(shí)間的再氮化以消除可能來源于生長(zhǎng)室內(nèi)背景水蒸汽的氧。發(fā)現(xiàn)氮化作用的時(shí)間取決于在停機(jī)期間與管相互作用的水蒸氣的量。實(shí)施例8-加熱元件由TorayCarbonFibresAmerica,Inc.供應(yīng)的產(chǎn)品編號(hào)為T300-100Q的31cm長(zhǎng)的編織碳纖維，由12股編織在一起，每單位長(zhǎng)度的質(zhì)量為800g/1000m，密度為1.76g/cm3，橫截面積為0.45mm2，其所測(cè)量的電阻為13.67ohms。為了確定在其"燒盡"之前，有多少電流通過其中，使電流通過其并增加，直至碳纖維在大約6安培時(shí)無法導(dǎo)電。經(jīng)計(jì)算該電流產(chǎn)生的功率為大約350瓦特(假設(shè)溫度越高，加熱器的電阻越低)。實(shí)施例9-為加熱元件制造基板設(shè)計(jì)用來容納作為加熱元件的碳纖維的凹槽被加工在壓縮氮化硼基板的上表面中。由實(shí)施例1的編織碳纖維制成的碳纖維加熱元件置于凹槽中，并拉緊以避免形成線圈而使加熱元件與其本身發(fā)生短路。沒有覆層的加熱器的仰視圖和俯視圖顯示在圖20和21中。在將碳纖維加熱元件插入進(jìn)凹槽中后，由藍(lán)寶石制成的覆層覆蓋碳纖維加熱元件?；搴透矊?，凹槽中編織的碳纖維加熱元件夾在其中間，它們都置于盤狀的陶瓷支撐體之上。碳纖維加熱元件的末端與電路連接，跨加熱元件各端施加50伏特的電壓，使加熱元件的溫度升高。為了準(zhǔn)備在與金屬有機(jī)物一起使用一段時(shí)間，然后與空氣接觸后在真空中使用的碳纖維，使1安培的電流通過其大約1小時(shí)的時(shí)間，使碳纖維的溫度增加至大約20(TC，此后，溫度在大約15分鐘內(nèi)增加至大約70(TC。使用熱電偶測(cè)量溫度。在大約4.4安培的電流下，該碳纖維產(chǎn)生了大約250瓦特的功率，該功率足以在RPECVD方法中用于在襯底上以大約650'C的溫度生長(zhǎng)。在15張薄膜生長(zhǎng)后，根據(jù)本發(fā)明的加熱器的操作仍然令人滿意。實(shí)施例10-傳統(tǒng)加熱器的使用(對(duì)比)包括由鉭制成的加熱元件的傳統(tǒng)加熱器僅能持續(xù)用于兩張氮化鎵薄膜的生長(zhǎng)。在一些情況中，加熱元件變脆，并破碎。在另一些情況中，加熱元件被金屬沉積物短路，引起過熱。參考文獻(xiàn)[1]K.S.A.Butcher,H.Timmers,AfifUddin,P.P,T.Chen,T.D.M.Weijers，E.M.Goldys，T.L.Tansley,R.G.Elliman,J.A.FreitasJr,JournalofAppliedPhysics92(2002)3397.[2]K.S.A.Butcher,AfifUddin,P.P.-TChen,M.Godlewski,A.Szczerbakow，E.M.Goldys,T.LTansley,J.A.FreitasJr,J.Cryst.Growth,246(2002)273.[3]M.J.Paterson,E.M.Goldys，H.Y.Zuoand丁.L.Tansley，Jpn.J.Appl.Phys.37(1998)426.[4]B.Zhou,X.Li,T.L.Tansley，andK.S.A.Butcher,Appl.Surf.Sci.，100(1996)643.[5]J.A.Miragliotta,OpticalfunctionsofGaN，in:PropretiesofGroupIIINitrides,Ed.J.H.Edgar,INSPEC，London1994(p.192).[6]M.Leszczynskietal,Appl.Phys.Lett.,69(1994)73.[7]A.ShintamiandS.Minagawa，J.Cryst.Growth,22(1994)1.[8]StudiesofthePlasmaRelatedOxygenContaminationofGalliumNitrideGrownbyRemotePlasmaEnhancedChemicalVapourDeposition,K.S.A.Butcher,Afifliddin,P.P.-T.ChenandT.L.Tansley,PhysicaStatusSolidiC0(2002)156-160.[9]S丄Pearton，J.C.Zolper，R丄ShulandF.Ren，J.Appl,Phys.86(1999)1[10]O.Ambacher，J.Phys.D:Appl.Phys.31(1998)2653.[11]C.Stampfl，C.G.VandeWalle，D.Vogel,P.KrugerandJ.Pollmann,Phys.Rev.B61(2000)R7846.[12]K.S.A.Butcher,AfifUddin，P.P,T.ChenandT丄，Tansley,PhysicaStatusSolidiC.no.1(2002)156.[13]B.Zhou，X.Li，T.L.Tansley,K.S.A.Butcher,andM.R.Phillips,J.Cryst.Growth,151(1995)249.[14]B.Zhou，X.Li，T.LTansley,andK.S.A.Butcher,J.Cryst.Growth,160(1996)201.[15]K.S.A.Butcher,Afifuddin,P.R-TChen,M.Godlewski，A.Szczerbakow，E.M.Goldys，T丄.Tansley,J.A.FreitasJr，J.Cryst.Growth,246(2002)273.[16]J.A.Miragliotta,OpticalfunctionsofGaN，in:PropretiesofGroupIIINitrides,Ed.J.H.Edgar,INSPEC，London1994(p.192).[17]H.Timmers,T.D.M.Weijers，R.GElliman,Nucl.Instr.Meth.B190(2002)393.[18]Afifuddinetal,ThePropertiesofGaNFilmsGrownbyPlasmaAssistedLaser-InducedChemicalVapourDeposition.2000InternationalSemiconductingandInsulatingMaterialsConferenceProceedings(InstituteofElectronicandElectricalEngineers,PiscatawayN.J,,U.S.A.)51.權(quán)利要求1.一種通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)第(m)族金屬氮化物薄膜的方法，所述的方法包括下述步驟(a)將選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)加熱至大約40(TC至大約75(TC的溫度范圍內(nèi)；(b)在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生活性中性氮種；(C)將活性中性氮種輸送至生長(zhǎng)室中；(d)在生長(zhǎng)室中形成反應(yīng)混合物，該反應(yīng)混合物中含有能夠與氮種反應(yīng)形成第(III)族金屬氮化物薄膜的第(III)族金屬物種；以及(e)在使薄膜適用于裝置用途的條件下，在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(e)包括步驟(el):(el)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低500meV以下，并且使所述的薄膜適用于裝置用途。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(e)包括步驟(e2):(e2)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比已確定的第(in)族金屬氮化物的能帶間隙低500meV以下，并且使所述的薄膜適用于裝置用途，其中在所述的形成過程中，使用選自下列條件中的至少一種(i)所述的目標(biāo)在生長(zhǎng)室中的位置與氮等離子體離開其中產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間的距離為大約20cm至大約25cm，其中所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約lTorr和大約15Torr之間；(ii)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓小于10—4Torr;(iii)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓在lO—4Torr至10—'1Torr的范圍內(nèi)；(iv)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約lTorr和大約15Torr之間；(v)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約2Torr和大約5Torr之間；(vi)擋板或葉輪位于所述的目標(biāo)和遠(yuǎn)處的氮等離子體源之間；和(Vii)所述的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與遠(yuǎn)處的氮等離子體之間的距離為大約20cm至大約25cm。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟(e)包括步驟(e3):(e3)在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜，其中所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低70至40meV，并且所述的薄膜適用于裝置用途。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中步驟(e)包括步驟(e4):(e4)在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜，其中所測(cè)量的薄膜的能帶間隙比已確定的第(III)族金屬氮化物的能帶間隙低70至40meV，并且所述的薄膜適用于裝置用途。6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中步驟(e)包括步驟(e5):(e5)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使該薄膜是半導(dǎo)體薄膜并且適用于裝置用途，其中所述的金屬選自鎵、銦、鎵和鋁的組合、鎵和銦的組合、銦和鋁的組合、以及鎵和銦和鋁的組合。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(e)包括步驟(e6):(e6)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使該薄膜是半導(dǎo)體薄膜并且適用于裝置用途，其中所述的金屬選自鎵、銦、鎵和鋁的組合、鎵和銦的組合、銦和鋁的組合、以及鎵和銦和鋁的組合，其中在所述的形成過程中，使用選自下列條件中的至少一種(i)所述的目標(biāo)在生長(zhǎng)室中的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間的距離為大約20cm至大約25cm，其中所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(ii)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓小于10—4Torr;(iii)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓在10"Torr至lO—UTorr的范圍內(nèi)；(iv)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(v)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約2Torr和大約5Torr之間；(vi)擋板或葉輪位于所述的目標(biāo)和遠(yuǎn)處的氮等離子體源之間；和(vii)所述的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與遠(yuǎn)處的氮等離子體之間的距離為大約20cm至大約25cm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(e)包括步驟(e7):(e7)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使該薄膜的電阻率在大約0.0001和104ohm.cm之間，并且使該薄膜適用于裝置用途，其中所述的金屬選自鎵、銦、鎵和鋁的組合、鎵和銦的組合、銦和鋁的組合、以及鎵和銦和鋁的組合。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(e)包括步驟(e8):(e8)在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜，其中所述的金屬選自鎵、銦、鎵和鋁的組合、鎵和銦的組合、銦和鋁的組合、以及鎵和銦和鋁的組合，其中所述的薄膜的電阻率在大約0.0001和1(^ohm.cm之間，并且所述的薄膜適用于裝置用途，其中在所述的形成過程中，使用選自下列條件中的至少一種(i)所述的目標(biāo)在生長(zhǎng)室中的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間的距離為大約20cm至大約25cm，其中所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(ii)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓小于10'4Torr;(iii)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓在l(T4Torr至10-11Torr的范圍內(nèi)；(iv)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約lTorr和大約15Torr之間；(v)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約2Torr和大約5Torr之間；(vi)擋板或葉輪位于所述的目標(biāo)和遠(yuǎn)處的氮等離子體源之間；和(vii)所述的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與遠(yuǎn)處的氮等離子體之間的距離大約20cm至大約25cm。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(e)包括步驟(e9):(e9)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使該薄膜顯示第(in)族金屬氮化物的結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)特性并且使該薄膜適用于裝置用途。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(e)包括步驟(el0):(e10)在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜，其中所述的薄膜顯示第(III)族金屬氮化物的結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)特性，并且所述的薄膜適用于裝置用途，其中在所述的形成過程中，使用選自下列條件中的至少一種(i)所述的目標(biāo)在生長(zhǎng)室中的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間的距離為大約20cm至大約25cm，其中所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(ii)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓小于10'4Torr;(iii)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓在10"Torr至10—11Torr的范圍內(nèi)；(iv)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約lTorr和大約15Torr之間；(v)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約2Torr和大約5Torr之間；(vi)擋板或葉輪位于所述的目標(biāo)和遠(yuǎn)處的氮等離子體源之間；和(vii)所述的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與遠(yuǎn)處的氮等離子體之間的距離為大約20cm至大約25cm。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(e)包括步驟(ell):(ell)在下述條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜該條件使該薄膜顯示小于1.6原子％的氧濃度，并且使該薄膜適用于裝置用途。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(e)包括步驟(el2):(el2)在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物的薄膜，其中所述的薄膜顯示小于1.6原子％的氧濃度，并且其中所述的薄膜適用于裝置用途，其中在所述的形成過程中，使用選自下列條件中的至少一種(i)所述的目標(biāo)在生長(zhǎng)室中的位置與氮等離子體離開產(chǎn)生氮等離子體的區(qū)域的位置之間的距離為大約20cm至大約25cm，其中所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約lTorr和大約15Torr之間；(ii)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓小于10"Torr;(iii)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓在10"Torr至10"Torr的范圍內(nèi)；(iv)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約1Torr和大約15Torr之間；(v)所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在大約2Torr和大約5Torr之間；(vi)擋板或葉輪位于所述的目標(biāo)和遠(yuǎn)處的氮等離子體源之間；和(vii)所述的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)的位置與遠(yuǎn)處的氮等離子體之間的距離為大約20cm至大約25cm。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)包括步驟(bl):(bl)在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生活性中性氮種，其中所述的等離子體是從下述氮?dú)庵挟a(chǎn)生的該氮?dú)獍ㄉ儆诨虻扔?0份/io億份氮的雜質(zhì)。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(C)包括步驟(Cl):(cl)將所述的活性中性氮種經(jīng)密封管輸送至所述的生長(zhǎng)室中，所述的密封管包括選自二氧化硅管、石英管和氮化硼管的管子，所述的管子具有內(nèi)表面。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在步驟(a)之前進(jìn)行步驟(a')，步驟(a')包括(a')將所述的密封管內(nèi)表面的至少一部分與氮等離子體在大約10mTorr至大約100Torr的壓力下接觸大約1小時(shí)至100小時(shí)的時(shí)間，將所述的密封管內(nèi)表面的至少一部分與氮等離子體接觸使得所述的密封管中的至少一部分二氧化硅與氮等離子體中的氮離子反應(yīng)，從而使至少一部分二氧化硅在大約10mTorr至大約100Torr的壓力下轉(zhuǎn)變?yōu)椴会尫叛踉踊蛘哚尫泡^少氧原子的化學(xué)物種。17.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中步驟(c)包括步驟(c2):(c2)將所述的活性中性氮種輸送至所述的生長(zhǎng)室中，使得所述的活性中性氮種沿通道直接通往所述的目標(biāo)的中心區(qū)域，該通道的位置與包含所述的目標(biāo)的平面基本成45度至直角的角度。18.—種通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)第(III)族金屬氮化物薄膜的裝置，所述的裝置包括-(a)生長(zhǎng)室；(b)選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)，所述的目標(biāo)位于所述的生長(zhǎng)室內(nèi)；(c)位于所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的加熱器，其將所述的目標(biāo)加熱至大約40(TC至大約75(TC的溫度范圍；(d)真空系統(tǒng)，其用于從所述的生長(zhǎng)室中排氣；(e)由石英、二氧化硅或氮化硼制成的密封管，其與生長(zhǎng)室流體連通，所述的密封管用于將在遠(yuǎn)離所述的生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生的活性中性氮種流輸送至所述的生長(zhǎng)室內(nèi)；(f)用于在所述的生長(zhǎng)室內(nèi)形成反應(yīng)混合物的裝置，該反應(yīng)混合物包含能夠與所述的氮種反應(yīng)形成第(m)族金屬氮化物薄膜的第(ni)族金屬物種，其中在使薄膜適用于裝置用途的條件下在所加熱的目標(biāo)上形成第(III)族金屬氮化物薄膜。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其進(jìn)一步包括用于在操作過程中將所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力控制在大約0.1Torr至大約lOTorr的范圍內(nèi)的裝置，從而使所述的薄膜適用于裝置用途。20，根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其進(jìn)一步包括用于基本防止在氮等離子體中產(chǎn)生的平均能量大于或等于第(III)族金屬氮化物鍵的鍵能的活性中性氮種在第(III)族金屬氮化物薄膜生長(zhǎng)的過程中到達(dá)所述的襯底的裝置，從而使所述的薄膜適用于裝置用途。21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其進(jìn)一步包括用于控制所述的生長(zhǎng)室內(nèi)的氧分壓的裝置，從而使所述的薄膜顯示低于大約1.6原子％的氧濃度，從而使所述的薄膜適用于裝置用途。22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其進(jìn)一步包括用于從下述氮?dú)猱a(chǎn)生所述的氮等離子體的裝置該氮?dú)獍ㄉ儆诨虻扔?0份/10億份氮的雜質(zhì)，從而使所述的薄膜適用于裝置用途。23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述的加熱器是包括下述組件的電阻加熱器具有上表面的電阻基板，該基板由選自下列物質(zhì)的材料制成或包括選自下列物質(zhì)的材料硼、硅或鋁的氮化物或碳化物的壓縮顆粒或其組合；和位于所述的基板上表面或與其相連的加熱元件，其包括具有選定電阻的導(dǎo)電部件，以便當(dāng)電流通過所述的加熱元件時(shí)產(chǎn)生熱量，其中所述的部件由碳纖維制成或包括碳纖維。24.—種第(III)族金屬氮化物薄膜，其中所述的薄膜顯示低于1.6原子％的氧濃度。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的第(III)族金屬氮化物薄膜，其是通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)的。26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的第(III)族金屬氮化物薄膜，其中所述的薄膜包括GaN。全文摘要本發(fā)明描述了一種通過遠(yuǎn)程等離子體強(qiáng)化化學(xué)汽相淀積生長(zhǎng)第(Ⅲ)族金屬氮化物薄膜的方法和裝置。該方法包括，將選自襯底和包括緩沖層的襯底的目標(biāo)在生長(zhǎng)室內(nèi)加熱到大約400℃至大約750℃的溫度范圍，在遠(yuǎn)離生長(zhǎng)室的氮等離子體中產(chǎn)生活性中性氮種，并將該活性中性氮種輸送至生長(zhǎng)室中。在生長(zhǎng)室中形成反應(yīng)混合物，該反應(yīng)化合物中含有能夠與氮種反應(yīng)形成第(Ⅲ)族金屬氮化物薄膜的第(Ⅲ)族金屬物種，并且該第(Ⅲ)族金屬氮化物薄膜在使薄膜適用于裝置用途的條件下在所加熱的目標(biāo)上形成。本發(fā)明還描述了一種顯示低于1.6原子％的氧濃度的第(Ⅲ)族金屬氮化物薄膜。文檔編號(hào)H01L21/205GK101124353SQ200580039462公開日2008年2月13日申請(qǐng)日期2005年9月27日優(yōu)先權(quán)日2004年9月27日發(fā)明者D·I·約翰遜,J·L·P·坦恩哈韋,K·S·A·布徹,M-P·F·溫特伯特埃普富凱,P·P-T·陳申請(qǐng)人:蓋利姆企業(yè)私人有限公司