專利名稱：在含有非氮化鎵柱體的基板上制造氮化鎵半導體層,并由此制造氮化鎵半導體結(jié)構的方法
聯(lián)邦政府資助的研究本發(fā)明在政府支持下，依照海軍N00014-96-1-0765、N00014-98-1-0384及N00014-98-1-0654號研究合同進行的。政府擁有本發(fā)明的一定權利。
制造基于氮化鎵的微電子裝置的主要問題是制造缺損密度低的氮化鎵半導體層。目前知道，氮化鎵生長在其上面的基板是導致缺損密度的一個因素。因此，雖然氮化鎵層生長在藍寶石襯底上，但目前知道，使氮化鎵在氮化鋁緩沖層上生長可以降低缺損密度；氮化鋁自身生成在碳化硅襯底上。盡管取得了這些進展，但是仍希望繼續(xù)降低缺損密度。
目前還知道，通過在氮化鎵層上形成掩模可以降低缺損密度，掩模至少含有一處開口，這一開口使位于下方的氮化鎵暴露出來，并使位于開口下方的氮化鎵出現(xiàn)橫向生長，穿過開口生長到掩模的上面來。這一技術被稱為“外延橫向附生”。氮化鎵層可以橫向生長，直至在掩模上方的氮化鎵連接起來形成單獨的氮化鎵層。為了生成連續(xù)的、缺損密度相對較低的氮化鎵層，在橫向附生的氮化鎵層上再形成一層掩模；第二層掩模至少含有一處開口，這一開口與下方掩模的開口在位置上是錯開的。然后外延橫向附生穿過第二層掩模的開口繼續(xù)進行，形成附生的連續(xù)的、低缺損密度的第二層氮化鎵。然后微電子裝置可以形成在第二層氮化鎵上。例如，在Nam等人的“LateralEpitaxy of Low Defect Density GaN Layers Via OrganometallicVapor Phase Epitaxy(經(jīng)有機金屬汽相外延形成的低缺損密度氮化鎵層的橫向外延)”以及Zheleva等人的“Dislocation DensityReduction Via Lateral Epitaxy in Selectively Grown GaN Structures(在有選擇地生長的氮化鎵結(jié)構中借助橫向外延附生減少位錯密度)”中對氮化鎵的外延橫向附生已有描述。第一篇文章位于1997年11月3日出版的《應用物理學通訊》第71卷第18期的2638-2640頁，第二篇文章位于1997年10月27日出版的《應用物理學通訊》第71卷第17期的2472-2474頁，在此通過引證將這兩篇文章的描述并入本文。
目前還知道，通過在底層氮化鎵中形成至少一個溝槽或柱體來定義至少一個側(cè)壁可以生產(chǎn)低缺損密度的氮化鎵層。然后，一層氮化鎵從至少一個側(cè)壁橫向生長出來。理想的情況是，橫向生長持續(xù)到橫向長出的氮化鎵層在溝槽范圍內(nèi)連接起來為止。理想的情況是，橫向生長還一直繼續(xù)，直至從側(cè)壁生長出來的氮化鎵層橫向蔓延到柱體的頂端之上為止。為了促進橫向生長、氮化鎵的成核作用和在垂直方向上生長，柱體的頂端和/或溝槽底面可以被掩模覆蓋。溝槽和/或柱體的側(cè)壁的橫向生長也被稱為“懸掛外延(Pendeoepitaxy)”，并在下面列舉的出版物中進行了描述Zheleva等人的“Pendeo-EpitaxyA NewApproach for Lateral Growth of Gallium Nitride Films(懸掛外延氮化鎵膜體橫向生長的新方法)”，以及Linthicum等人的“Pendeoepitaxy of Gallium Nitride Thin Films(氮化鎵薄膜的懸掛外延)”。前一篇文章位于1999年2月出版的《電子材料雜志》第28卷第4期的L5-L8頁；后一篇文章位于1999年2月出版的《應用物理學通訊》的第75卷第2期的196-198頁，在此通過引證將它們的描述并入本文。
不利的情況是，在外延橫向附生和/或懸掛外延過程中，外延橫向附生和懸掛外延都要使用一層或多層掩模來覆蓋位于下面的氮化鎵層。這些掩模會使制造過程變得復雜化。再者，在掩模形成間隔內(nèi)氮化鎵要經(jīng)歷多個生長步驟。多個生長步驟同樣會使制造過程復雜化，因為為了形成掩模，需要將這些結(jié)構從生長室中除去。因此，盡管最近在外延橫向附生和懸掛外延技術上取得了一些進展，但還是需要一種無需掩模層和/或不必中斷氮化鎵生長過程的氮化鎵半導體層制造方法。
因此，在氮化鎵生長過程中無需提供掩模，氮化鎵就可以在特種基片上生長出來。再者，氮化鎵的生長除溫度變化之外使用的是相同的工藝條件。因此，可以進行不間斷的氮化鎵生長。因此，培養(yǎng)出缺損密度低的氮化鎵層可以使用簡單的工藝條件，例如，缺損密度可以小于105/平方厘米。
當?shù)壴诜堑夗斆嫔L期間，氮化鎵也同時在非氮化鎵的底面上生長。再者，在位于頂面的金字塔形氮化鎵與非氮化鎵的底面之間的側(cè)壁上也形成共形氮化鎵層。由于金字塔上氮化鎵不斷的生長，溝槽也會同時填充有氮化鎵。在生長出金字塔形的氮化鎵之前，在基板的非氮化鎵側(cè)壁、非氮化鎵頂面以及非氮化鎵底面上會形成相似的緩沖層。舉例而言，可以使用相似的氮化鋁層。
因此，根據(jù)本發(fā)明，使用特種結(jié)構的基板可以制造氮化鎵半導體結(jié)構；該基板上含有許多非氮化鎵柱體，柱體之間有溝槽，柱體限定出了溝槽的界限；其中非氮化鎵柱體的側(cè)壁和頂面均是非氮化鎵材料，溝槽的底面為非氮化鎵材料。理想的情況是，基板的非氮化鎵頂面以及非氮化鎵底面上沒有覆蓋材料。然后氮化鎵在第一溫度下生長，然后氮化鎵在高于第一溫度的第二溫度下繼續(xù)生長。理想的情況是，在第二溫度下的生長保持連續(xù)，直至氮化鎵在基板上形成連續(xù)的氮化鎵層。
理想的情況是，根據(jù)本發(fā)明制造出的氮化鎵半導體結(jié)構包括特種結(jié)構的基板；該基板上含有許多非氮化鎵柱體，柱體之間有溝槽，柱體限定出了溝槽的界限；其中非氮化鎵柱體的側(cè)壁和頂面均是非氮化鎵材料，溝槽的底面為非氮化鎵材料。在包括非氮化鎵頂面的非氮化鎵柱體上提供一層氮化鎵。理想的情況是，基板的非氮化鎵頂面以及非氮化鎵底面上沒有覆蓋材料。理想的情況是，在非氮化鎵柱體的頂面形成金字塔形狀的氮化鎵層。氮化鎵層還包括金字塔形氮化鎵上面的氮化鎵區(qū)域。在非氮化鎵底面上也同樣形成第二氮化鎵金字塔。在位于金字塔形氮化鎵與第二氮化鎵金字塔之間的基板側(cè)壁上也形成相似的氮化鎵層。理想的情況是，氮化鎵覆蓋區(qū)域形成連續(xù)的氮化鎵層，并填充在基板的溝槽之中。在基板上還可以提供類似的緩沖層，氮化鎵層位于類似的緩沖層之上，緩沖層與基板相對。
最理想的情況是，將本發(fā)明用作于制造無需覆蓋層或不間斷氮化鎵外延生長的氮化鎵半導體結(jié)構。依據(jù)本發(fā)明，可以得到簡便的氮化鎵半導體結(jié)構制造工藝過程，由此可以滿足新型的氮化鎵半導體工業(yè)的需要。然而，還應理解的是，當提供了由第一種材料組成的基板后，還可使用本發(fā)明讓第二種半導體材料生長在由第一種材料組成的基板上面的柱體上，從而制造出非氮化鎵半導體結(jié)構。同樣，本發(fā)明還可以提供由第一種材料組成的特種結(jié)構基板和位于第一種材料構成的柱體上的第二種半導體材料層組成的半導體結(jié)構。
圖示簡介

圖1-6是在本發(fā)明的中間制造步驟中氮化鎵半導體結(jié)構的剖面圖。
優(yōu)選實施方案的詳細說明現(xiàn)在結(jié)合本文后面所附的圖示對本發(fā)明進行更全面的說明，附圖中所示的是本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。然而，本發(fā)明可以以多種方式加以實施，不應認為本發(fā)明只局限于這里所給出的實施方案。這些實施方案的目的在于使本文的說明詳盡、完善，并將本發(fā)明的范圍充分地轉(zhuǎn)達給本領域內(nèi)的技術人員。在圖示中，為了清晰起見，對一些層、區(qū)域或基板進行了放大處理。在所有圖示中，相同的數(shù)字代表相同的元件。要理解的是，當像層、區(qū)域或基板這樣的元件被指明位于其他元件上面時，它可以直接位于其他元件之上，或存在居中元件。此外，本文所說明及圖示表明的每種實施方案還包括其補充傳導型實施方案。
現(xiàn)在參照圖1-6對依照本發(fā)明的實施方案制造氮化鎵半導體結(jié)構的方法進行說明。如圖1所示，所提供的基板100包括許多非氮化鎵柱體100a，柱體之間有溝槽100b，柱體限定出了溝槽的界限?；?00也被稱為“特種結(jié)構基板”。非氮化鎵柱體100a包括非氮化鎵側(cè)壁100c和非氮化鎵頂面100d。溝槽100b包括非氮化鎵底面100e。
本領域的技術人員應該理解，基板100可以是單晶基板或是含有一層或多層單晶層的基板；基板上有柱體100a和溝槽100b。單晶基板或單晶層基板具體可包括單晶硅、碳化硅和/或藍寶石基板，但基板并非只限于這些種類的基板。還應理解的是，柱體100a和溝槽100b可以使用選擇性蝕刻方法和/或選擇性外延生長法加以界定?？梢允褂脴藴矢煞ɑ驖穹ㄎg刻技術進行蝕刻，蝕刻時最好使用一層掩模，蝕刻完畢后將掩模除去。本領域技術人員對含有柱體及溝槽的基板的制造方法十分熟悉，故本文對此無需進行詳細的說明。
正如下面將要說明的，通過對基板100進行表面結(jié)構處理，可以降低后來氮化鎵晶種附著過程中的缺損，并使缺損達到最低限度。表面結(jié)構處理還可在冷卻過程中緩解應力，從而降低最終氮化鎵半導體層中裂縫的形成。應力是由于基板材料和氮化鎵的熱膨脹系數(shù)不一致造成的。
還應理解的是，溝槽100b應該有足夠的深度；這樣，從溝槽底面不希望生長出來的低質(zhì)量氮化鎵就不會影響高質(zhì)量氮化鎵的生長，如下面所述。此外，柱體100a最好是成帶狀；并足夠窄。例如，其寬度可小于或等于1微米，這樣，在非氮化鎵頂面100d上可以形成氮化鎵的小金字塔晶種。正如下面將要說明的，最初在非氮化鎵頂面100d形成的氮化鎵金字塔晶種可能有缺損，所以降低氮化鎵金字塔晶種的尺寸可以降低氮化鎵晶種材料的初始缺損總量。由于基板、緩沖層和所生長的氮化鎵之間熱膨脹系數(shù)的差距造成的總機械應力也會隨之降低，氮化鎵金字塔的生長完成時間以及懸掛外延的初始生長時間也會縮短。
當柱體100a成帶狀時，帶狀最好是沿著藍寶石或碳化硅基板100的方向1100展開，并沿著硅基板100的方向110，這樣可使以后生長出來的氮化鎵層的1120平面暴露出來?？偠灾w帶應使藍寶石及碳化硅基板的1120平面暴露出來。舉例而言，如果使用與通常使用的C表面相對的藍寶石的A表面，則晶片平面的方向為0001。為了使1120平面暴露出來，蝕刻是在與0001方向相平行的方向上進行的。然而，還應理解的是，側(cè)壁100c與基板100可能不是相垂直的，而是成斜交的。最后，還應理解的是，雖然圖1剖面圖表明了側(cè)壁100c，但柱體100a和溝槽100b所界定的細長區(qū)域可以是直線形的、V形的或其他形狀的。柱體100a之間相隔一定的距離，柱體100a還被稱為“臺面”、“基座”或“柱”。溝槽100b也被稱為“井”。
現(xiàn)在參見圖2，然后可選的緩沖層102在包括非氮化鎵側(cè)壁100c、非氮化鎵頂面100d和非氮化鎵底面100e的基板100上形成。當非氮化鎵柱體100a是由硅組成時，緩沖層可由碳化硅和/或氮化鋁構成。當非氮化鎵柱體100a是由碳化硅組成時，緩沖層可由高溫氮化鋁構成。最后，當非氮化鎵柱體100a是由藍寶石組成時，相似緩沖層可由低溫氮化鎵和/或氮化鋁構成。其他種類的緩沖層可用于這里或其他的非氮化鎵柱體100a。本領域技術人員對于在基板上制造緩沖層十分熟悉，故本文對此無需進行詳細的說明。
現(xiàn)在參見圖3，氮化鎵生長在非氮化鎵柱體100a上，包括生長在柱體的頂面上。更具體而言，形成了氮化鎵層110，其中包括位于非氮化鎵頂面100d上方的氮化鎵金字塔110a。這些金字塔110a也被稱為“晶種外形”。應理解的是，晶種外形不一定是金字塔形狀的，但可以有光亮的頂面。正如同樣在圖3中所示的，第二氮化鎵金字塔110b也同時在非氮化鎵底面100e上形成。最后，共形的氮化鎵區(qū)域110c也在非氮化鎵柱體100a的側(cè)壁100c上同時形成。氮化鎵層的生長最好是通過三乙基鎵這種金屬有機化合物的氣相取向附生方法，例如，在13～39微摩爾/分、1500sccm氨和3000sccm氫稀釋劑條件下，并在低溫下，最好是在1000℃或低于1000℃的溫度下進行氮化鎵層的生長。氮化鎵的MOCVD生長的詳細情況可以在前面引用的Nam等人以及Zheleva等人所公布的文章找到。其他的生長方法也可以使用。
現(xiàn)在將詳細說明氮化鎵層的生長。如圖3所示，本發(fā)明尤其適用于在非氮化鎵柱體100a的頂面100d上面生成金字塔形狀的氮化鎵晶種外形110a。以前對氮化鎵選擇性區(qū)域生長所進行的研究表明當?shù)壗鹱炙┻^掩模的開口生長時，會得到兩個氮化鎵材料區(qū)域。一個區(qū)域的缺損密度相對較高，這一區(qū)域集中在金字塔的頂點。另一個區(qū)域幾乎沒有缺損，這一區(qū)域在金字塔周圍。例如，請見Nam等人在1998年《電子材料雜志》第27卷第4期的233-237頁所發(fā)表的題為《通過金屬有機化合物的氣相取向附生在二氧化硅表面上進行氮化鎵膜的橫向外延附生》的文章。在此通過引證將該文章的描述并入本文。
根據(jù)本發(fā)明，在非氮化鎵柱體100a的頂面100d上面的金字塔形狀的氮化鎵110a能形成這兩個相同的區(qū)域。一旦幾乎沒有缺損的區(qū)域形成后，可以改變生長參數(shù)來加強金字塔相對無缺損區(qū)域的橫向生長，正如下面所述，這將形成幾乎無缺損的氮化鎵表層。
如上面所述的，金字塔尤其應在低溫下通過金屬有機化合物的氣相取向附生過程形成，最好是在1000℃左右或低于1000℃。氮化鎵在寬度為1微米的柱體上可以形成寬度為2微米；高度為2微米金字塔。在這種情況下，金字塔110a的內(nèi)核部分110a’部分的寬度為1微米左右；高約1微米，缺損密度高，缺損密度為108/平方厘米或更高。而金字塔110a的外層部分110a”缺損相對較低，缺損密度在105/平方厘米左右或更低。在柱體100a的側(cè)壁100c上的共形層110c的缺損密度高，在底面100e上的第二金字塔110b的缺損密度也較高；比如約高于108/平方厘米。還應理解的是，在圖3中，在氮化鎵層110生長之前或生長過程中不必使用掩模。
現(xiàn)在參見圖4，然后氮化鎵最好是在氮化鎵金字塔110a的橫向進行生長。此外，如圖4所示，還可能發(fā)生垂直方向的生長。應理解的是，這里所用的術語“橫向”是指與側(cè)壁100c相垂直的方向。正如這里所使用的，術語“垂直”是指與側(cè)壁100c相平行的方向。
對于方向朝1100方向的柱體帶而言，隨著溫度的升高，晶體結(jié)構可能會發(fā)生變化。因此，在低溫下，比如在1000℃或1000℃以下時，可能會得到如圖3所示的金字塔形狀的剖面。在較高溫度，比如在1100℃或1100℃以上時，可能會得到正方形形狀的剖面。因此，通過提高溫度，比如提高到1100℃或1100℃以上，但不改變?nèi)魏纹渌L參數(shù)，這樣可促進氮化鎵120在金字塔110a的外層部分110”的橫向生長。與氮化鎵的外延橫向附生及懸掛外延一樣，從金字塔110a低缺損外層部分110”生長出來的氮化鎵的線性及平面缺損密度比較低。如圖5和圖6所示的，理想的情況是，在柱體110a的頂面100d上面的氮化鎵層120可以連續(xù)地生長，直至氮化鎵層120連接起來形成連續(xù)的氮化鎵半導體層130。在生長期間，溝槽100b也同時被氮化鎵所填充。
應該理解的是，在使用金屬有機化合物的氣相取向附生方法增加相對于縱向生長的橫向生長時，可以改變母料III-V比例。應該理解的是，在晶種外形生長形成尖銳突起的或平坦的晶種外形時，也可以改變母料III-V比例。提高氨(組份V)的量和/或降低鎵(組份III)的量，即總體上提高V/III的比例尤其會促進橫向生長。一旦氮化鎵層120連接起來，則通過提高鎵(組份III)的量和/或降低氨(組份V)的量，即總體上降低V/III的比例來促進連續(xù)的氮化鎵層130的縱向生長。
圖3～6所示的氮化鎵生長無需使用掩模，因此，制造低缺損、連續(xù)的氮化鎵層130無需在氮化鎵層上形成掩模。這樣便簡化了制造工藝過程。此外，金字塔110a的形成以及后來氮化鎵層120的形成可以在同一生長室中進行，只是要提高溫度而保持其它的工藝參數(shù)不變。因此本發(fā)明提供了一種簡單的工藝過程。
因此，缺損密度在約105/平方厘米或更低的低缺損密度氮化鎵半導體層可以在含有硅、碳化硅和/或其他材料的基板上生長出來。生長掩?？梢员蝗∠哔|(zhì)量的氮化鎵可以按某一生長速度進行生長。氮化鎵晶種金字塔110a可以抑制由于異質(zhì)外延生長所造成的線性錯位。在橫向生長的氮化鎵材料體積中可以獲得小于約105/平方厘米的缺損密度。低缺損密度的氮化鎵層130的體積只是受基板尺寸的限制。理想的情況是，由于基板與表層的晶格錯位所引起的線性缺損只是限制在金字塔110a’的頂點上，由此抑制了內(nèi)層部分110a’的大部分缺損。
現(xiàn)在參見圖6，根據(jù)本發(fā)明制造出的氮化鎵結(jié)構包括基板100，基板100含有許多非氮化鎵柱體，柱體之間有溝槽，柱體限定出了溝槽的界限，其中非氮化鎵柱體100a包括非氮化鎵材料的側(cè)壁100c和非氮化鎵材料的頂面100d，溝槽包括非氮化鎵材料的底面100e。非氮化鎵柱體100a上包括氮化鎵層100，非氮化鎵柱體100a包括非氮化鎵頂面100d。理想的情況是，氮化鎵層110包含位于非氮化鎵頂面100d上面的氮化鎵金字塔110a。在氮化鎵金字塔110a上面是氮化鎵區(qū)域120。在非氮化鎵材料的底面100e上是第二氮化鎵金字塔110b。在位于氮化鎵金字塔110a和第二氮化鎵金字塔110b之間的側(cè)壁100c上是共形氮化鎵層110c。理想的情況是，氮化鎵區(qū)域120形成連續(xù)的氮化鎵層130。理想的情況是，氮化鎵層110還填入到溝槽中。在基板上還可以提供共形緩沖層102，其中氮化鎵層110在共形緩沖層102上面，與基板100相對。
在這些附圖和這份說明書中，對本發(fā)明的典型的優(yōu)選實施方案進行了說明，雖然使用了專用術語，但是它們僅僅被用于普通的及描述的意義上，而不是作為限制的目的，本發(fā)明的范圍將在下面的權利要求書中予以界定。
權利要求
1.制造氮化鎵半導體結(jié)構的方法，該方法包括如下步驟提供含有許多非氮化鎵柱體基板，柱體之間有溝槽，柱體限定出了溝槽的界限；其中非氮化鎵柱體包括非氮化鎵側(cè)壁和非氮化鎵頂面，溝槽包括非氮化鎵底面；使氮化鎵在非氮化鎵柱體上生長，包括在柱體的頂面上生長。
2.如權利要求1中的方法，其中生長步驟包括以下步驟使金字塔形氮化鎵生長在非氮化鎵柱體的頂面上；并使氮化鎵在金字塔形氮化鎵上生長。
3.如權利要求2中的方法，其中金字塔形氮化鎵的生長步驟包括同時使金字塔形氮化鎵生長在非氮化鎵柱體的頂面以及非氮化鎵底面上。
4.如權利要求3中的方法，其中金字塔形氮化鎵的生長步驟還包括同時使共形的氮化鎵層生長在位于非氮化鎵柱體的頂面與非氮化鎵的底面之間的側(cè)壁上。
5.如權利要求4中的方法，其中使氮化鎵在金字塔形氮化鎵上生長的步驟還包括使氮化鎵在金字塔形氮化鎵上生長直至生長出的氮化鎵連為一體形成連續(xù)的氮化鎵層。
6.如權利要求5中的方法，其中使氮化鎵在金字塔形氮化鎵上生長的步驟還包括同時使氮化鎵填充到溝槽中。
7.如權利要求2中的方法，其中金字塔形氮化鎵在第一溫度下生長，氮化鎵在高于第一溫度的第二溫度下生長在金字塔形氮化鎵上。
8.如權利要求7中的方法，其中金字塔形氮化鎵的生長步驟以及氮化鎵在金字塔形氮化鎵上的生長步驟是在除溫度外相同的工藝條件下進行的。
9.如權利要求1中的方法，其中生長步驟包括以下步驟首先使氮化鎵在第一溫度下生長，然后使氮化鎵在高于第一溫度的第二溫度下生長。
10.如權利要求1中的方法，其中在提供和生長步驟之間進行如下步驟在基板以及非氮化鎵側(cè)壁、非氮化鎵柱體的頂面、非氮化鎵的底面上形成共形緩沖層。
11.如權利要求1中的方法，其中的提供步驟包括以下步驟提供非氮化鎵基板；以及對非氮化鎵基板進行蝕刻，以便定出多個非氮化鎵柱體以及柱體之間的溝槽。
12.如權利要求9中的方法，其中第一溫度最高在1000℃左右，第二溫度至少在1100℃。
13.如權利要求1中的方法，其中生長步驟包括在沒有掩模的條件下使氮化鎵在非氮化鎵柱體上生長，包括在柱體的頂面上生長。
14.如權利要求1中的方法，其中非氮化鎵側(cè)壁使非氮化鎵柱體的1120面暴露出來。
15.制造氮化鎵半導體結(jié)構的方法，其包括以下步驟提供一種基板；基板上含有許多非氮化鎵柱體，柱體之間有溝槽，柱體限定出了溝槽的界限；其中非氮化鎵柱體包括非氮化鎵側(cè)壁和非氮化鎵頂面，溝槽包括非氮化鎵材料底面；使氮化鎵在第一溫度下在基板上生長；然后繼續(xù)使氮化鎵在基板上在高于第一溫度的第二溫度下生長。
16.如權利要求15中的方法，其中第一溫度最高在1000℃左右，第二溫度至少在1100℃。
17.如權利要求15中的方法，其中連續(xù)生長步驟還包括使氮化鎵在基板上在位于第二溫度下連續(xù)生長直至氮化鎵在基板上形成連續(xù)的氮化鎵層。
18.如權利要求15中的方法，其中氮化鎵的生長步驟以及氮化鎵的連續(xù)生長步驟是在除溫度外相同的工藝條件下進行的。
19.如權利要求15中的方法，其中在提供和生長步驟之間進行如下步驟在基板以及非氮化鎵側(cè)壁、非氮化鎵柱體的頂面、非氮化鎵的底面上形成共形緩沖層。
20.如權利要求15中的方法，其中在提供步驟由如下組成提供非氮化鎵基板；以及對非氮化鎵基板進行蝕刻，以便定出多個非氮化鎵柱體以及柱體之間的溝槽。
21.如權利要求15中的方法，其中生長步驟以及連續(xù)生長步驟包括在沒有掩模的條件下使氮化鎵生長，以及在沒有掩模的條件下使氮化鎵繼續(xù)生長。
22.如權利要求1中的方法，其中非氮化鎵側(cè)壁使非氮化鎵柱體的1120面暴露出來。
23.制造半導體結(jié)構的方法，其包括以下步驟提供由第一種材料構成的基板；基板上含有許多由第一種材料構成的柱體，柱體之間有溝槽，柱體限定出了溝槽的界限；其中由第一種材料構成的柱體包括由第一種材料構成的側(cè)壁和由第一種材料構成的頂面，溝槽包括由第一種材料構成的底面；使第二種半導體材料在柱體上生長，包括在柱體的頂面上生長。
24.如權利要求23中的方法，其中生長步驟以下步驟使金字塔形的第二種半導體材料生長在柱體的頂面上；并使第二種半導體材料在該金字塔上生長。
25.如權利要求24中的方法，其中使第二種半導體材料在金字塔上生長的步驟還包括使第二種半導體材料在金字塔上生長直至生長出的第二種半導體材料連為一體形成連續(xù)的第二種半導體材料層。
26.如權利要求23中的方法，其中在提供和生長步驟之間進行如下步驟在基板、側(cè)壁、頂面、底面上形成共形緩沖層。
27.如權利要求23中的方法，其中生長步驟包括在沒有掩模的條件下使第二種半導體結(jié)構材料在第一種材料的柱體上生長，包括在第一種材料柱體的頂面上生長。
28.如權利要求23中的方法，其中的側(cè)壁使第一種材料的1l20面暴露出來。
29.氮化鎵半導體結(jié)構，其包括以下組成含有許多非氮化鎵柱體基板，柱體之間有溝槽，柱體限定出了溝槽的界限；其中非氮化鎵柱體包括非氮化鎵側(cè)壁和非氮化鎵頂面，溝槽包括非氮化鎵底面；在非氮化鎵柱體上的氮化鎵，包括在柱體的頂面上的氮化鎵。
30.如權利要求29的結(jié)構，其中氮化鎵層包括在非氮化鎵頂面上的金字塔形氮化鎵。
31.如權利要求29的結(jié)構，其中氮化鎵層還包括位于氮化鎵金字塔上面的氮化鎵區(qū)域。
32.如權利要求30中的結(jié)構，其中氮化鎵層還包括在非氮化鎵底面上的第二氮化鎵金字塔
33.如權利要求32中的結(jié)構，其中氮化鎵層還包括位于氮化鎵金字塔與第二氮化鎵金字塔之間側(cè)壁上的共形氮化鎵層。
34.如權利要求31中的結(jié)構，其中氮化鎵區(qū)域形成連續(xù)的氮化鎵層。
35.如權利要求30中的結(jié)構，其中氮化鎵層填充了溝槽。
36.權利要求30中的結(jié)構還包括在基板以及非氮化鎵側(cè)壁、非氮化鎵柱體的頂面、非氮化鎵的底面上形成共形緩沖層。其中氮化鎵層位于共形緩沖層之上，與基板相對。
37.如權利要求29中的結(jié)構，其中的半導體結(jié)構中沒有掩模層。
38.如權利要求29中的結(jié)構，其中非氮化鎵側(cè)壁使非氮化鎵柱體的1120面暴露出來。
39.一種半導體結(jié)構，其包括以下組成由第一種材料構成的基板；基板上含有許多由第一種材料構成的柱體，柱體之間有溝槽，柱體限定出了溝槽的界限；其中由第一種材料構成的柱體包括由第一種材料構成的側(cè)壁和由第一種材料構成的頂面，溝槽包括由第一種材料構成的底面；在第一種材料構成柱體上面的第二種半導體材料層，包括在由第一種材料構成柱體的頂面上的第二種半導體材料層。
40.如權利要求39的結(jié)構，其中第二種半導體材料層包括在頂面上的第二種半導體材料金字塔。
41.如權利要求40的結(jié)構，其中第二種半導體材料層還包括在第二種半導體材料金字塔上面的第二種半導體材料區(qū)域。
42.如權利要求40中的結(jié)構，其中第二種半導體材料層還包括在底面上的第二種半導體材料的第二金字塔。
43.如權利要求42中的結(jié)構，其中第二種半導體材料還包括位于金字塔與第二氮化鎵金字塔之間側(cè)壁上的共形第二種半導體材料層。
44.如權利要求41中的結(jié)構，其中第二種半導體材料區(qū)域形成連續(xù)的第二種半導體材料層。
45.如權利要求39中的結(jié)構，其中第二種半導體材料層填充了溝槽。
46.權利要求39中的結(jié)構還包括在基板以及側(cè)壁、頂面、底面上的共形緩沖層。其中第二種半導體材料層位于共形緩沖層之上，與基板相對。
47.如權利要求39中的結(jié)構，其中的半導體結(jié)構中沒有掩模層。
48.如權利要求39中的結(jié)構，其中的側(cè)壁使的第一種材料的1120面暴露出來。
全文摘要
基板上含有許多非氮化鎵柱體，柱體之間有溝槽，柱體限定出了溝槽的界限；其中非氮化鎵柱體包括非氮化鎵材料側(cè)壁和非氮化鎵材料頂面，溝槽包括非氮化鎵材料底面。氮化鎵生長在非氮化鎵柱體上，包括生長在柱體的頂面上。理想的情況是，金字塔形氮化鎵生長在非氮化鎵柱體的頂面上，然后氮化鎵生長在金字塔形的氮化鎵上面。理想的情況是，金字塔形氮化鎵在第一溫度下生長，然后氮化鎵在高于第一溫度的第二溫度下生長。理想的情況是，第一溫度在1000℃左右或低于1000℃，第二溫度位于1100℃左右或高于1100℃。但理想的情況是，除溫度外，這兩個生長步驟所使用的工藝條件是相同的。理想的情況是，在金字塔形氮化鎵上方所生長出來的氮化鎵連接起來形成連續(xù)的氮化鎵層。因此，在氮化鎵生長過程中無需形成掩模。再者，氮化鎵的生長除溫度變化之外使用的是相同的工藝條件。因此，氮化鎵可以進行不間斷的生長。
文檔編號H01L21/205GK1451173SQ00818903
公開日2003年10月22日 申請日期2000年8月22日 優(yōu)先權日2000年2月9日
發(fā)明者羅伯特·F·戴維斯, 凱文·J·林斯卡姆, 托馬斯·杰赫克 申請人:北卡羅來納州大學