專利名稱：用于形成iii族氮化物材料的方法以及通過該方法形成的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各個實施方案一般涉及在生長基材上形成III族氮化物材料的方法以及通過這種方法形成的結(jié)構(gòu)，更特別地涉及使用氯化氣體化學(xué)通過鹵化物氣相外延(HVPE)而形成III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法以及通過這種方法形成的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
III族氮化物可包括一種或多種材料，例如氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)、氮化鋁(AlN)和它們的合金(InGaN、AlGaN和InAlGaN)?？墒褂靡环N或多種方法用于形成III族氮化物。例如，形成方法可包括金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、鹵化物氣相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)和原子層沉積(ALD)。III族氮化物通常異質(zhì)外延沉積于“非同質(zhì)(non-native) ”生長基材上，即沉積于不包括III族氮化物生長表面的生長基材上。例如，當(dāng)進(jìn)行III族氮化物的異質(zhì)外延沉積時，通常使用藍(lán)寶石生長基材作為“非同質(zhì)”生長基材?？墒褂肐II族氮化物的異質(zhì)外延沉積，因為同質(zhì)III族氮化物生長基材可能成本太高，并且相對難以獲得。III族氮化物的異質(zhì)外延沉積通常如下進(jìn)行:在生長基材上形成成核層，然后沉積III族氮化物的剩余主體。已證實MOCVD方法和體系對于直接在“非同質(zhì)”生長基材上形成這種成核層和主體材料是相對成功的。然而，MOCVD方法和體系通常以相對較慢的速率(即大約小于3-4 μ m材料/小時)沉積III族氮化物材料。另外，MOCVD方法和體系通常使用成本太聞的金屬有機(jī)如體。相反，HVPE方法和體系通常以快速生長速率沉積III族氮化物。例如，使用HVPE體系和方法，通?？蓪崿F(xiàn)超過 100 μ m材料/小時的生長速率。此外，HVPE體系和方法通常使用價格合算的氯化鎵前體。然而，已證實HVPE體系和方法對于直接在“非同質(zhì)”生長基材上形成成核層和主體材料是不夠成功的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個實施方案一般涉及用于形成III族氮化物的方法以及通過這種方法形成的結(jié)構(gòu)，更特別地涉及用于形成III族氮化物的方法以及通過這種方法形成的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明的實施方案簡要描述所述方法和結(jié)構(gòu)。提供該發(fā)明內(nèi)容從而以簡化的形式介紹概念的選擇，所述概念在本發(fā)明的實施方案的詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述。該發(fā)明內(nèi)容不旨在確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保護(hù)的主題的范圍。因此，本發(fā)明的實施方案可包括用于在生長基材上形成III族氮化物材料的方法。這種方法可包括在非同質(zhì)生長基材的表面上形成III族氮化物成核層，以及在所述成核層上形成另外的III族氮化物層。III族氮化物成核層可通過如下方式形成:使用鹵化物氣相外延(HVPE)過程在非同質(zhì)生長基材的上表面上沉積包括多個纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的III族氮化物層，并熱處理所述III族氮化物層。熱處理所述III族氮化物成核層也可顯著降低其中的氯物種的濃度。本發(fā)明的各個實施方案也可包括在生長基材的表面上基本上連續(xù)延伸的III族氮化物層的結(jié)構(gòu)。所述III族氮化物層可包括多個纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)、無定形III族氮化物材料和多個未對準(zhǔn)的晶體結(jié)構(gòu)，所述多個纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)與生長基材的表面相鄰，并與生長基材的表面晶體學(xué)對準(zhǔn)；所述無定形III族氮化物材料包圍所述多個纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)；所述多個未對準(zhǔn)的晶體結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述無定形III族氮化物材料內(nèi)。本發(fā)明的另外的方面和細(xì)節(jié)以及要素的可選擇的組合通過如下詳細(xì)描述將是顯而易見的，并且也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。


參照在附圖中說明的示例實施方案的如下詳細(xì)描述，可更完全地理解本發(fā)明的實施方案，在附圖中:圖1A至IF示意性地示出了用于形成III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的示例實
施方案。圖2A至2F示意性地示出了用于形成III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的另外的示例實施方案。 圖3A至3B示意性地示出了用于形成III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的體系的示例實施方案。
具體實施例方式本文呈現(xiàn)的說明不意在為任何特定方法、結(jié)構(gòu)、材料或體系的實際視圖，而是僅為用于描述本發(fā)明的理想化表示。本文所用的標(biāo)題僅為了清楚，而無任何意圖的限定。本文引用了若干參考文獻(xiàn)，無論如上所引用的參考文獻(xiàn)的特點(diǎn)如何，這些參考文獻(xiàn)都不被認(rèn)為是與本文所要求保護(hù)的主題相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)。如本文所用，術(shù)語“III族氮化物”意指并包括主要由來自周期表的IIIA族的一個或多個元素(Al、Ga和In)和氮(N)所組成的任何材料。如本文所用，術(shù)語“生長基材”意指并包括其上旨在形成III族氮化物的任何結(jié)構(gòu)。如本文所用，術(shù)語“非同質(zhì)”生長基材意指并包括任何生長基材，其包括基本上不由III族氮化物材料組成的生長表面。如本文所用，術(shù)語“成核層”意指并包括在生長基材上沉積主體III族氮化物材料之前，在生長基材的表面上形成的任何初始層或多個層。如本文所用，術(shù)語藍(lán)寶石生長基材意指并包括主要由α氧化鋁(a -Al2O3)組成的任何生長基材。如本文所用，術(shù)語“纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)”意指并包括具有晶體晶格結(jié)構(gòu)的材料，所述晶體晶格結(jié)構(gòu)包括陰離子的六方密堆積陣列以及占據(jù)一半的四面體孔穴的陽離子。如本文所用，術(shù)語“化學(xué)氣相沉積”和“CVD”為同義的，并且意指并包括用于在反應(yīng)室中在基材上沉積固體材料的任何過程，在反應(yīng)室中基材被暴露于一種或多種試劑氣體中，所述一種或多種試劑氣體以在基材表面上產(chǎn)生固體材料的沉積的方式反應(yīng)、分解或者反應(yīng)和分解兩者。如本文所用，術(shù)語“氣相外延”和“VPE”為同義的，并且意指并包括任何CVD工藝，其中基材被暴露于一種或多種試劑蒸氣中，所述一種或多種試劑蒸氣以在基材表面上產(chǎn)生固體材料的外延沉積的方式反應(yīng)、分解或者反應(yīng)和分解兩者。如本文所用，術(shù)語“鹵化物氣相外延”和“HVPE”為同義的，并且意指并包括任何VPE過程，其中在VPE過程中所用的至少一種試劑蒸氣包括鹵化物蒸氣。通過鹵 化物氣相外延(HVPE)過程在非同質(zhì)生長基材上直接沉積III族氮化物可產(chǎn)生具有較差結(jié)晶和結(jié)構(gòu)品質(zhì)的III族氮化物。例如，III族氮化物在藍(lán)寶石生長基材上的直接HVPE沉積可導(dǎo)致如下的一種或多種:111族氮化物從生長基材上分層、反轉(zhuǎn)域(即混合極性材料)的生長，以及結(jié)構(gòu)裂縫。與III族氮化物在非同質(zhì)基材上的直接HVPE沉積相關(guān)的這些問題可通過利用通過MOCVD方法沉積的中間III族氮化物層而得以緩解。在通過HVPE方法和體系沉積材料的剩余部分之前，可在非同質(zhì)生長基材的生長表面上沉積MOCVD III族氮化物層。然而，這種中間III族氮化物層的使用可能增加成本和/或沉積時間。如下參照圖1A至IF描述本發(fā)明的示例實施方案。圖1A示出了非同質(zhì)生長基材100，其可包括例如諸如氧化物(例如二氧化硅(SiO2)或氧化鋁(Al2O3)(例如藍(lán)寶石，其為a -Al2O3))或氮化物(例如氮化硅(Si3N4)或氮化硼(BN))的陶瓷。作為另外的例子，材料242可包括諸如硅(Si)、鍺(Ge)、II1-V半導(dǎo)體材料等的半導(dǎo)體材料。例如，在一些實施方案中，生長基材100可包括(0001)藍(lán)寶石。非同質(zhì)生長基材100可包括多個表面，包括在本文可稱為“生長表面”的上表面102。非同質(zhì)生長基材100可具有選定的晶體學(xué)取向，使得生長基材100的暴露主表面包括在生長基材100的微結(jié)構(gòu)內(nèi)的選定平面。例如，非同質(zhì)生長基材100可包括具有在箭頭104所示的方向上的(0001)晶體學(xué)取向的藍(lán)寶石，其通常稱為“c平面藍(lán)寶石”。圖1B示出了在非同質(zhì)生長基材100上形成III族氮化物材料108之后的結(jié)構(gòu)106。在本發(fā)明的一些實施方案中，III族氮化物材料108可包括III族氮化物材料(如氮化鎵(GaN))的層。更詳細(xì)地，III族氮化物材料108可包括使用本發(fā)明的方法的實施方案形成的多個結(jié)構(gòu)特征。當(dāng)沉積時，III族氮化物材料108可在其微結(jié)構(gòu)內(nèi)包括無定形和結(jié)晶區(qū)域兩者。III族氮化物材料108的微結(jié)構(gòu)可包括嵌入基本上無定形的金屬氮化物材料118內(nèi)，并由基本上無定形的金屬氮化物材料118圍繞的結(jié)晶金屬氮化物材料的晶粒112 (即晶體)。如本領(lǐng)域已知，“無定形”意指在材料的原子排列中基本上不存在長程有序。換言之，與在材料內(nèi)在原子平面的有序陣列中排列相反，無定形材料的原子一般在材料內(nèi)無規(guī)排列。應(yīng)注意，圖1B的圖為簡化的，并且盡管可辨認(rèn)的分立的邊界在圖11的無定形金屬氮化物材料118之間是易于可見的，但實際上，當(dāng)在放大下觀察微結(jié)構(gòu)時，在結(jié)晶金屬氮化物材料的晶粒112的周邊的周圍延伸的這種分立的邊界可能相對難以辨認(rèn)。即使如此，當(dāng)在合適放大下和/或使用其他技術(shù)(如X射線衍射(XRD))觀察微結(jié)構(gòu)時，結(jié)晶金屬氮化物材料的晶粒112和無定形金屬氮化物材料118的存在可為可辨認(rèn)的。
一些結(jié)晶金屬氮化物材料的晶粒112可直接設(shè)置于基材240的表面102的晶體晶格上，并與該晶體晶格外延對準(zhǔn)。例如，在其中基材100包括(0001)藍(lán)寶石基材且III族氮化物材料108包括氮化鎵(GaN)的實施方案中，表面102可包括藍(lán)寶石晶體晶格的(0001)面，且直接設(shè)置于基材100的表面102上的結(jié)晶GaN材料的晶粒112可取向成使得結(jié)晶GaN材料的那些晶粒112的晶體晶格內(nèi)的
方向基本上垂直于表面102而延伸。在圖1B中結(jié)晶金屬氮化物材料的晶粒112中的每一個晶粒內(nèi)的
方向由在晶粒內(nèi)的方向箭頭表不。結(jié)晶GaN材料的那些晶粒112的晶體晶格內(nèi)的其他方向也可基本上平行于表面102處的下方藍(lán)寶石基材100的晶體晶格內(nèi)的對應(yīng)方向，從而存在極少或不存在在水平面(即延伸至附圖平面中的平面)中的那些晶粒的旋轉(zhuǎn)取向相對于表面102處的下方藍(lán)寶石基材100的晶體晶格的不匹配。在其中結(jié)晶金屬氮化物材料的晶粒112包括氮化鎵(GaN)的實施方案中，結(jié)晶金屬氮化物材料的晶粒112中的一些或全部可為或者可包括纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的晶粒。III族氮化物材料108可包括一個或多個缺陷，如穿透位錯114和114’。穿透位錯114’可源自基材100的上表面102。穿透位錯114可源自III族氮化物材料108內(nèi)。如圖1B所示，穿透位錯114和114’可位于例如多個纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)112的一個或多個內(nèi)。III族氮化物材料108也可包括多個未對準(zhǔn)的晶體結(jié)構(gòu)116。例如，多個未對準(zhǔn)的晶體結(jié)構(gòu)116可各自未與基材100的上表面102晶體學(xué)對準(zhǔn)。III族氮化物材料108可包括無定形金屬氮化物材料118。無定形金屬氮化物材料118可包括具有非周期原子陣列的III族氮化物材料，使得顯著量的結(jié)晶相無法通過常規(guī)X射線衍射方法檢測。例如，無定形金屬氮化物材料118可包括一種材料，其中在其組成原子的定位中可能不存在實質(zhì)的長程有序?？衫斫?，這種無定形III族氮化物材料包括基本上無定形材料，所述基本上無定形材料可包括例如顯示出有限的短期有序和/或短期結(jié)晶度(例如在數(shù)個原子或分子間距內(nèi))的區(qū)域。例如，無定形金屬氮化物材料118可基本上圍繞或包圍多個纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)112和/或多個未對準(zhǔn)的晶體結(jié)構(gòu)116?？墒褂靡环N或多種方法而在非同質(zhì)生長基材100的上表面102上形成III族氮化物層108。在本發(fā)明的方法的一些實施方案中，III族氮化物材料108可包括氮化鎵(GaN)，并可通過氣相沉積過程形成。例如，III族氮化物材料108可使用氯化氣體化學(xué)通過HVPE過程沉積。盡管各種類型和構(gòu)造的HVPE體系可在本發(fā)明的實施方案中使用，但圖3A和3B示意性地示出了可在本發(fā)明的方法的實施方案中使用的HVPE體系的例子，如本文所述。例如，圖3A示出了 HVPE體系300，其包括反應(yīng)室302和III族源304 (例如液體鎵)的內(nèi)部體積。非同質(zhì)生長基材100和III族源304的加熱可通過一個或多個加熱元件306提供,所述一個或多個加熱元件306可包括例如燈、電阻元件和/或射頻元件。一種或多種含氯物種(例如氯蒸氣(Cl2)或氯化氫蒸氣(HCl))可通過入口 308引入，并經(jīng)過和/或鼓泡通過經(jīng)加熱的III族源304，以將III族氯化物前體(如氯化鎵(GaCl))提供至非同質(zhì)生長基材100。III族氯化物前體可與V族前體反應(yīng)，所述V族前體例如通過入口 310引入的含氮物種。所述含氮物種可包括氨(NH3)或經(jīng)由等離子體源(未顯示)產(chǎn)生的原子氮。III族氯化物前體與含氮物種 之間的反應(yīng)可導(dǎo)致III族氮化物材料108在經(jīng)加熱的非同質(zhì)生長基材100的生長表面上形成。對于可在本發(fā)明的實施方案中使用的HVPE方法以及包括III族源的內(nèi)部體積的使用氯化氣體化學(xué)的體系的例子，參見Solomon等人的美國專利N0.6，179,913 (2001年I月30日授權(quán))和Melnik等人的美國專利 N0.6，613，143 (2003 年 9 月 2 日授權(quán))。在一些實施方案中，可從外部源將III族氯化物前體(如氯化鎵前體)引入反應(yīng)室302中。例如，圖3B示出了 HVPE體系312，其包括反應(yīng)室302’和III族源314 (例如液體111族三氯化物，如三氯化鎵(GaCl 3))的外部體積。III族源314可儲存于外部容器316中，其中外部容器316包括加熱裝置(未顯示)以使III族源314保持液體形式。HVPE體系312也可包括入口 318，其中一種或多種載氣可被引入和/或鼓泡通過經(jīng)加熱的III族源314，以將III族氯化物前體引入至反應(yīng)室302’，其中非同質(zhì)生長基材100暴露于III族氯化物前體。使用外部III族源的本發(fā)明的實施方案也可包括III族源預(yù)加熱器，例如爐子320。爐子320可包括一個或多個加熱元件322，如燈、電阻元件和/或射頻元件等。爐子320可用于在III族源314進(jìn)入反應(yīng)室302’之前加熱III族源314?？稍诒景l(fā)明的方法的實施方案中使用的III族源預(yù)加熱器的例子公開于Arena等人的美國臨時專利申請系列N0.61/157，112 (2009 年 3 月 3 日提交)中。在一些實施方案中，可在III族源314進(jìn)入反應(yīng)室302’之前加熱III族源314，以將非同質(zhì)生長基材100暴露于具有降低濃度的氯物種的III族氯化物前體的形式。例如，在將III族氯化物前體引入反應(yīng)室302’中之前，可將III族氯化物前體加熱至大于約600°C，大于約800°C，或甚至大于約1，000°C的溫度。以非限制性的例子為例，III族源314 (例如GaCl3、InCl3和A lCl3)可與至少一種III族物種反應(yīng)，以形成III族一氯化物(例如GaCl、InCl和AlCl )。在GaC13進(jìn)入反應(yīng)室之前加熱GaCl3產(chǎn)生一氯化物，即GaCl，產(chǎn)生的過量氯與載氣H2反應(yīng)而變成HCl。HCl不摻入沉積的膜中，因此膜中的Cl濃度降低。例如，III族源314可包含三氯化鎵(GaCl3),希望提供至非同質(zhì)生長基材100的III族氯化物前體的形式可包含一氯化鎵(GaCl)。在HVPE過程中將非同質(zhì)生長基材100暴露于包含III族一氯化物(如氯化鎵(GaCl))的III族氯化物前體可提供包括顯著減少濃度的氯物種的III族氮化物層。降低III族氮化物層(例如(圖1B)的III族氮化物材料108)內(nèi)的氯物種的濃度可顯著降低或消除III族氮化物材料108的分層和/或裂紋。此外，降低III族氮化物材料108內(nèi)的氯物種的濃度可顯著降低或消除在III族氮化物材料108上形成的另外的III族氮化物材料的分層和/或裂紋。經(jīng)預(yù)熱的III族氯化物前體(如一氯化鎵)可與V族前體(如通過入口 310’引入的含氮物種)反應(yīng)。所述含氮物種可包括氨或經(jīng)由等離子體源(未顯示)產(chǎn)生的原子氮(例如NH3)。III族氯化物前體與含氮物種之間的反應(yīng)可導(dǎo)致(圖1B)的III族氮化物材料108在經(jīng)加熱的非同質(zhì)生長基材100上形成。HVPE方法和包括外部III族源(如III族三氯化物源)的使用氯化氣體化學(xué)的體系的例子公開于Arena等人的美國專利申請公布N0.2009/0178611 (公開于2009年7月16日)和Arena等人的美國專利申請公布N0.2009/0223442 Al (公開于 2009 年 9 月 10 日)中。通過使用示例HVPE體系300 (圖3A)或HVPE體系312 (圖3B)，可在小于約900°C，或小于約600°C，或甚至小于約400°C的溫度下沉積(圖1B)的III族氮化物材料108。另夕卜，在沉積III族氮化物材料108的過程中，HVPE反應(yīng)室302 (或302’)中的壓力可小于約760 托。在另外的實施方案中，可顯著降低III族氯化物前體進(jìn)入HVPE體系300 (圖3A)或HVPE體系312 (圖3B)的流速，以沉積具有降低濃度的氯物種的III族氮化物層108。在其中使用圖3A所示的HVPE體系300沉積III族氮化物材料108的實施方案中，一種或多種含氯物種可通過入口 308引入，并經(jīng)過和/或鼓泡通過經(jīng)加熱的III族源304。經(jīng)加熱的III族源304可包含液體鎵，其用于將III族氯化物前體(例如氯化鎵前體)提供至非同質(zhì)生長基材100。例如，在III源304上氯物種的流速可小于約100標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘(sccm),更特別地為約50sccm至約25sccm之間。舉例而言而非限制性地,諸如氯化鎵的III族氯化物前體可以以大約小于25sccm,更特別地約IOsccm至約Isccm之間的流速引入非同質(zhì)生長基材100。在其中使用圖3B所示的HVPE體系312來沉積III族氮化物材料108的實施方案中，一種或多種載氣物種，如氫氣、氦氣、氮?dú)夂蜌鍤庵械囊环N或多種可通過入口 318引入，并可經(jīng)過和/或鼓泡通過經(jīng)加熱的III族源314 (例如液體三氯化鎵)以制備III族氯化物前體(三氯化鎵和/或一氯化鎵蒸氣)?？蓪II族前體引入至反應(yīng)室302’內(nèi)的非同質(zhì)生長基材100。本發(fā)明的方法可包括在III族源314上和/或通過III族源314的一種或多種載氣物種的低流速。例如，在III族源314上和/或通過III族源314的一種或多種載氣物種的流速可包括大約小于0.1Oslm,或大約小于0.05slm,或甚至大約小于0.02slm的流速。用于將低流速的III族氯化物前體提供至非同質(zhì)生長基材100的本發(fā)明的實施方案的方法也可包括經(jīng)由外部容器316控制III族源314的溫度。III族源314的溫度可改變III族源314的粘度，并因此改變摻入流動的載氣中的III族氯化物前體的量。例如，III族源314的溫度可小于約250°C，小于約150°C，或甚至小于約100°C。

此外，可控制容器316內(nèi)的III族源314上的壓力，以提供III族氯化物前體向非同質(zhì)生長基材100的低流速。例如，可使用背壓調(diào)節(jié)器324控制在外部容器316內(nèi)的壓力，這轉(zhuǎn)而可改變III族氯化物前體摻入流動的載氣中的速率。例如，容器316內(nèi)III族源314上的壓力可小于約1，000托，更特別地可為約500托至約200托之間。本發(fā)明的另外的實施方案可包括通過使用質(zhì)量流量控制器326來計量通過其中的氣態(tài)物種的流動，從而將低流速的III族氯化物前體提供至非同質(zhì)生長基材100?？尚Ｕ|(zhì)量流量控制器326以用于離開外部容器316的III族氯化物物種。繼續(xù)參照圖3A和3B，HVPE體系300和HVPE體系312也可通過提供高流速的一種或多種V族前體(例如氨(NH3)和/或氮(N2))而用于沉積具有降低濃度的氯物種的III族氮化物材料108。例如，一種或多種V族前體，如氨或氮，可通過入口 310 (或310’)而引入。一種或多種V族前體可以以大于Islm，大于IOslm或甚至大于IOOslm的流速引入。引入非同質(zhì)生長基材100的III族氯化物前體(例如氯化鎵)與V族前體(例如氨)的比例可小于約1，000，小于約500，或甚至小于約100。再次參照圖1B，III族氮化物材料108可形成為具有平均厚度(I1。平均厚度(I1可為使得在隨后的過程中，非同質(zhì)生長基材100的上表面102保持為被遮蓋的。例如，III族氮化物材料108可形成為具有大于約IOnm,大于50nm,或甚至大于IOOnm的平均厚度(I1。III族氮化物材料108也可形成為具有平均厚度Cl1，使得基本上連續(xù)的III族氮化物材料108可在非同質(zhì)生長基材100的上表面102上形成。如圖1C和圖1D所示，結(jié)構(gòu)120和122示出了(圖1D)的成核材料110的形成的非限制性的例子。成核材料Iio可通過熱處理圖1B的III族氮化物材料108而形成。因此，成核材料HO可包含至少一層的III族氮化物材料(如氮化鎵)。圖1C示出了結(jié)構(gòu)120，其包括在熱處理過程中在中間階段的III族氮化物材料108。圖1D示出了結(jié)構(gòu)122，其包括在熱處理過程完成時的成核材料110。在熱處理過程中，III族氮化物材料108可能發(fā)生一種或多種結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)變化，如圖1C所示。例如，在熱處理過程的中間階段，III族氮化物材料108內(nèi)的多個纖鋅礦晶體區(qū)域112的尺寸可增加。在圖1C中，在結(jié)構(gòu)106的熱處理之前的多個纖鋅礦晶體區(qū)域112的邊界由虛線表示，在通過熱處理改性之后的多個纖鋅礦晶體區(qū)域112的邊界由實線表示。如圖1C所示，熱處理III族氮化物材料108導(dǎo)致纖鋅礦晶體區(qū)域112的生長。由于無定形金屬氮化物材料118中的原子摻入纖鋅礦晶體區(qū)域112的晶體晶格中，因此可能發(fā)生這種生長。例如，纖鋅礦晶體區(qū)域112的生長可能繼續(xù)，直至聚結(jié)發(fā)生而形成連續(xù)成核材料 110。另外，熱處理III族氮化物材料108的中間階段可包括增加多個未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域116的尺寸。在圖1C中，多個未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域116的邊界由(圖1C)的虛線表示，在熱處理之后多個未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域116的邊界由實線表示。如圖1C所示，熱處理III族氮化物材料108導(dǎo)致未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域116的生長。由于無定形金屬氮化物材料118中的原子摻入未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域116的晶體晶格中，因此可能發(fā)生這種生長。另外，熱處理III族氮化物材料108的中間階段可包括降低III族氮化物材料108中的無定形金屬氮化物 材料118的量。相比于與基材晶體學(xué)對準(zhǔn)的材料，與基材晶體學(xué)未對準(zhǔn)的材料(即無定形金屬氮化物材料118和未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域116)穩(wěn)定性較低。在退火過程中，穩(wěn)定性較低的晶體學(xué)未對準(zhǔn)的材料比對準(zhǔn)的材料更易于蒸發(fā)，并可再沉積于對準(zhǔn)的材料上，所述對準(zhǔn)的材料充當(dāng)模板。因此，再沉積的材料適形至下方對準(zhǔn)的材料的晶體結(jié)構(gòu)。也應(yīng)注意，熱處理III族氮化物材料108的中間階段也可產(chǎn)生包括非平面(在原子級別上)表面124的III族氮化物材料108，如圖1C所示。當(dāng)熱處理III族氮化物材料108完成時，在III族氮化物材料108內(nèi)可能發(fā)生一種或多種結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)變化。例如，熱處理(圖1B)的III族氮化物材料108可用于形成圖1D的成核材料110。在一些實施方案中，成核材料110可通過如下形成:在熱處理過程中纖鋅礦晶體區(qū)域112生長為基本上連續(xù)的纖鋅礦晶體層。作為非限制性的例子，成核材料110可與非同質(zhì)生長基材100的上表面102相鄰形成，或者可直接設(shè)置于非同質(zhì)生長基材100的上表面102上。另外，包括基本上連續(xù)的纖鋅礦晶體層的成核材料110可與非同質(zhì)生長基材100的上表面102晶體學(xué)對準(zhǔn)。(圖1D)的虛線表示在熱處理結(jié)構(gòu)106之前多個纖鋅礦晶體區(qū)域112的邊界，實線表示包括通過熱處理結(jié)構(gòu)106而形成的基本上連續(xù)的纖鋅礦晶體層的III族氮化物成核材料110的邊界。如前所述，由于III族氮化物材料108中的無定形金屬氮化物材料118的原子摻入纖鋅礦晶體區(qū)域112的晶體晶格結(jié)構(gòu)中，基本上連續(xù)的纖鋅礦晶體層可在熱處理過程中形成。形成成核材料110也可包括遮蓋非同質(zhì)生長基材100的上表面102。遮蓋非同質(zhì)生長基材100的上表面102可保護(hù)非同質(zhì)生長基材100的上表面102免于HVPE反應(yīng)室302(圖3A)和302’(圖3B)內(nèi)的氯物種。保護(hù)非同質(zhì)生長基材100的上表面102可有助于降低(即防止)成核材料110的分層和/或裂紋。另外，保護(hù)非同質(zhì)生長基材100的上表面102可有助于降低(即防止)在成核材料110上形成的隨后的III族氮化物層的分層和/或裂紋。如上所述，在熱處理過程中，III族氮化物材料108的無定形金屬氮化物材料118可轉(zhuǎn)化為結(jié)晶材料。例如，III族氮化物材料108的無定形金屬氮化物材料118的一部分可轉(zhuǎn)化為纖鋅礦結(jié)晶材料。例如，在III族氮化物材料108內(nèi)的一定量的無定形金屬氮化物材料118可摻入成核材料110的纖鋅礦晶體區(qū)域112中，所述纖鋅礦晶體區(qū)域112與非同質(zhì)生長基材100的上表面102晶體學(xué)對準(zhǔn)。另外，熱處理(圖1B)的III族氮化物材料108，更特別地，熱處理多個未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域116可產(chǎn)生III族氮化物材料108的多個未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域116轉(zhuǎn)化為對準(zhǔn)的結(jié)晶材料。換言之，未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域116的原子可摻入更熱力學(xué)穩(wěn)定的纖鋅礦晶體區(qū)域112中，并因此摻入成核材料Iio中，所述成核材料110與非同質(zhì)生長基材100的上表面102對準(zhǔn)。如圖1D所示，成核材料110的表面126可在原子級別上為基本上非平面的。例如，基本上非平面的表面126可包括多個結(jié)晶面128，所述多個結(jié)晶面128中的一些可相對于與生長基材100的上表面成角度而取向，且所述多個結(jié)晶面128中的一些可相對于生長基材100的上表面102成平面而取向。在一些實施方案中，成核材料110內(nèi)的位錯，如穿透位錯114和114’，可與結(jié)晶面128相交。除了 可源自熱處理(圖1B)的III族氮化物材料108的一個或多個結(jié)構(gòu)改變之外，熱處理III族氮化物材料108也可導(dǎo)致成核材料110中的一些或全部的化學(xué)改變。例如，本發(fā)明的方法的實施方案可包括選擇一個或多個熱處理參數(shù)，使得熱處理III族氮化物材料108包括降低在由其形成的成核材料110中氯物種的濃度。也可選擇一個或多個熱處理參數(shù)，使得非同質(zhì)生長基材100的上表面102保持基本上被遮蓋?；旧险谏w非同質(zhì)生長基材100的上表面可基本上保護(hù)上表面102免于氯物種。例如，遮蓋非同質(zhì)生長基材100的上表面102可提供免于HVPE體系(如HVPE體系300或HVPE體系312，如分別由圖3A和圖3B所示)內(nèi)的氯物種的保護(hù)。如前所述，降低成核材料110中的氯物種的濃度可降低(即防止)成核材料110的分層和/或裂紋，并可降低(即防止)在成核材料110上形成的隨后的III族氮化物層的分層和/或裂紋。降低成核材料110中的氯物種的濃度可包括選擇用于形成成核材料110的III族氮化物材料108的熱處理的一個或多個參數(shù)。熱處理III族氮化物材料108可包括在受控環(huán)境中在受控條件下將(圖1B)的III族氮化物材料108退火。例如，III族氮化物材料108可通過如下方式退火:將結(jié)構(gòu)106(圖1B)暴露于HVPE體系(如HVPE體系300或HVPE體系312 (圖3A和3B))中增加的溫度。分別的HVPE體系300和312的一個或多個加熱元件306和306’可提供用于退火的熱能。III族氮化物層108可在HVPE體系300、312中原位沉積和退火，以排除在不同加工體系之間移動結(jié)構(gòu)106。成核材料110可通過如下方式退火:將(圖1B)的III族氮化物材料108暴露于小于約900°C，小于約700°C，或甚至小于約600°C的溫度。例如，III族氮化物材料108可退火小于二十分鐘(20min),小于十分鐘(IOmin),或甚至小于五分鐘(5min)的時間。
本發(fā)明的實施方案的另外的方法可包括通過將III族氮化物材料108暴露于包含結(jié)合、吸收或吸附氯物種的化合物或材料(即用于氯物種的“吸氣劑”)的氣體而降低成核材料110中氯物種的濃度。舉例而言而非限制性地，用于氯的吸氣劑可包括氫自由基(例如NHx自由基)、氫氣(H2)和二肼(N2H4X例如，(圖1B)的III族氮化物材料108可暴露于包含氨(NH3)的氣氛，其氨可充當(dāng)用于氯的吸氣劑。吸氣劑可從III族氮化物材料108中去除至少一部分氯物種。例如，在HVPE體系300或312中沉積III族氮化物材料108之后，可以以大于lslm，大于IOslm或甚至大于IOOslm的流速將氨(NH3)引入經(jīng)加熱的HVPE體系300或312 中。在另外的實施方案中，可選擇將III族氮化物層108退火的壓力，例如HVPE體系300或312內(nèi)的壓力，以降低成核材料110中氯物種的濃度。在其中在HVPE體系300或312的反應(yīng)室102中將III族氮化物材料108退火的實施方案中，反應(yīng)室102內(nèi)的壓力可為小于700托，小于200托或甚至小于10托的壓力。用于降低成核材料110中的氯的濃度的本發(fā)明的方法還可包括將鄰近(圖1D)的成核材料110的表面126的氯物種的濃度降低至小于5xl019cnT3,小于5xl018cnT3,或甚至小于5xl017cm_3。特別地，本發(fā)明的方法的一些實施方案可包括將鄰近(圖1D)的成核材料110與非同質(zhì)生長基材100之間的界面的氯物種的濃度降低至小于5xl019cnT3,小于5xl018cnT3,或甚至小于5xl017Cnr3。如圖1E和IF所示，另外的III族氮化物材料132可在成核材料110上形成，以分別形成結(jié)構(gòu)130和140。III族氮化物材料132可包括例如III族氮化物材料(如氮化鎵)的層。另外的III族氮化物材料132可包括側(cè)部III族氮化物區(qū)域132’和主體III族氮化物區(qū)域132”，如將進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖1E示出了形成側(cè)部III族氮化物區(qū)域132’，而圖1F示出了形成主體III族氮化物區(qū)域132”。用于形成另 外的III族氮化物材料132的方法可使用一個或多個形成參數(shù)，使得非同質(zhì)生長基材100的上表面102保持基本上被遮蓋。例如，非同質(zhì)生長基材100的上表面102可保持基本上被成核材料110遮蓋，使得上表面102不會暴露于另外的氯物種。參照圖1E，在成核材料110上形成另外的III族氮化物材料132可包括誘導(dǎo)成核材料110在相對于生長基材100的上表面102的橫向方向上生長。這種橫向生長可通過如下方式確立:選擇生長條件，從而相對于材料添加至平行于上表面102取向的結(jié)晶面128，更有利于材料添加至與生長基材100的上表面102成角度取向的結(jié)晶面128，如下進(jìn)一步詳述。由于圍繞成核材料110的無定形金屬氮化物材料118的結(jié)晶，可發(fā)生成核材料110的橫向生長。隨著橫向生長進(jìn)行，無定形金屬氮化物材料118可被轉(zhuǎn)化為具有與成核材料110基本上相同的晶體晶格結(jié)構(gòu)的結(jié)晶材料。橫向生長可從成角度的結(jié)晶面128開始，并可在橫向方向上發(fā)展，如圖1E的方向箭頭134所示。從成角度的結(jié)晶面128橫向生長可進(jìn)行，直至所述結(jié)晶面聚結(jié)而形成側(cè)部III族氮化物區(qū)域132’。例如，通過成核材料110的橫向生長而形成的側(cè)部III族氮化物區(qū)域132’可包括基本上平面的上表面136。舉例而言而非限制性地，可使用常規(guī)沉積過程，例如MOCVD或HVPE過程來進(jìn)行豎直和橫向生長過程。這種沉積過程的例子公開于Beaumont等人的美國專利N0.6，325，850(專利日期 2001 年 12 月 4 日)以及 Phys.Stats.Sol (c) 3，N0.6 1750 - 1753 (2006)中。通常，橫向生長相對于豎直生長的相對速率可受到生長溫度、在過程氣體中V族與III族前體的比例、載氣物種的組成和反應(yīng)室壓力的影響。例如，橫向生長可通過如下方式的至少一種提高:增加沉積溫度、增加V族與III族前體的比例、更大的N2與H2的比例，以及例如約一個大氣壓(Iatm)或更小的降低的沉積壓力。從多個成角度的結(jié)晶面128橫向生長還可包括彎折多個位錯的傳播方向。當(dāng)材料轉(zhuǎn)化為全結(jié)晶時，隨著無定形金屬氮化物材料118和未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域116蒸發(fā)和再沉積，缺陷將傳播。缺陷可趨于向低能量表面彎折以降低體系的能量，低能量表面為生長基材100的表面。如圖1E所示，從多個定向的結(jié)晶側(cè)面128橫向生長可促進(jìn)位錯114和位錯114’的傳播方向的彎折。促進(jìn)多個位錯的傳播方向的彎折可包括通過位錯攔截和位錯消滅而促進(jìn)位錯降低。通過多個位錯的傳播的彎折而降低另外的III族氮化物材料132中的位錯密度可包括形成在其暴露主表面處的穿透位錯的密度小于5X109cm_2，小于5X108cm_2，或甚至小于IxlO7CnT2的另外的III族氮化物材料132。如圖1F所示，另外的III族氮化物材料132還可包括主體111族氮化物區(qū)域132 ”。主體III族氮化物區(qū)域132”可例如通過常規(guī)HVPE過程形成。舉例而言而非限制性地，主體III族氮化物區(qū)域132”可形成為大于大約10微米，大于50微米，或甚至大于100微米的厚度d2。也應(yīng)該了解，本發(fā)明的方法可包括沉積主體III族氮化物區(qū)域132”，使得圖1F的結(jié)構(gòu)140可基本上不 含結(jié)構(gòu)裂紋和III族氮化物材料132的分層區(qū)域。如下參照圖2A至2F描述本發(fā)明的另外的實施方案。圖2A至2F所示的實施方案基本上類似于參照圖1A至IF之前描述的那些實施方案。然而，在圖2A至2F的實施方案中，成核材料210可由一個或多個III族氮化物層形成，所述一個或多個III族氮化物層中的每一個可經(jīng)受熱處理。例如，形成連續(xù)成核材料210可包括重復(fù)如下行為一次或多次:
(I)沉積III族氮化物層(如本文之前所述)，以及(2)熱處理III族氮化物層(如本文之前所述)。本發(fā)明的另外的實施方案的由一個或多個經(jīng)熱處理的III族氮化物材料層(例如III族氮化物材料的層)所形成的III族氮化物成核層可在其中具有降低的氯物種濃度。更詳細(xì)地，圖2A-2F示出了用于形成連續(xù)成核層210 (圖2D)的本發(fā)明的方法的另外的實施方案，所述連續(xù)成核層210包括III族氮化物材料的一個或多個層，如分別地圖2A和2C的III族氮化物層208a和208b。圖2A示出了包括非同質(zhì)生長基材200和III族氮化物層208a的結(jié)構(gòu)206。非同質(zhì)生長基材200可通常類似于圖1A的非同質(zhì)生長基材100，并可包括例如c平面藍(lán)寶石生長基材。III族氮化物層208a可通常類似于圖1B的III族氮化物材料108，并可包括多個纖鋅礦晶體區(qū)域212、多個未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域216，和無定形金屬氮化物材料218，如圖2A所示。用于形成III族氮化物層208a的方法可通常類似于用于圖1B的III族氮化物材料108的上述的那些方法。本發(fā)明的另外的實施方案的方法可包括將III族氮化物層208a形成至大約IOOnm或更小，大約50nm或更小，或甚至大約IOnm或更小的平均厚度。作為非限制性的例子，(圖2A)的III族氮化物層208a可形成至約IOnm至約50nm的平均厚度d3。通常，用于形成成核材料210的一個或多個III族氮化物層中的每一個的平均厚度可小于圖1B的成核材料110的厚度屯。降低用于形成成核材料210的一個或多個III族氮化物層208a和208b的厚度可進(jìn)一步降低由其形成的成核材料210中氯物種的濃度。如本文所述，降低III族氮化物成核層中氯物種的濃度可降低(即防止)成核材料210和其上形成的另外的III族氮化物材料(例如III族氮化物材料的層)的分層和/或裂紋。本發(fā)明的另外的實施方案的方法還可包括使用如上所述的體系和方法熱處理III族氮化物層208a和208b的一個或多個層中的每一個。通常，熱處理III族氮化物層208a和208b的一個或多個層可通常產(chǎn)生類似于在成核材料110所見的在III族氮化物層208a和208b的一個或多個層中的結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)變化。通常，熱處理一個或多個III族氮化物層可包括將成核材料210中的氯濃度降低至小于5X1019cm_3，或小于5X1018cm_3，或甚至小于5xl017cm 3。另外，熱處理III族氮化物材料的一個或多個層中的每一個可形成不連續(xù)的III族氮化物材料。例如，圖2B示出了熱處理非同質(zhì)生長基材200的上表面202上的III族氮化物層208a’。熱處理III族氮化物層208a’可在非同質(zhì)生長基材200的上表面202上形成不連續(xù)的III族氮化物層208a’。III族氮化物材料的層(例如(圖2A)的III族氮化物層208a)中的一個或多個可形成至厚度d3，其中厚度屯可為如下:在本發(fā)明的實施方案的后續(xù)方法過程中，非同質(zhì)生長基材200的上表面202可變?yōu)楸槐┞?，從而產(chǎn)生非同質(zhì)生長基材200的上表面202的暴露區(qū)域。圖2C示出了包括非同質(zhì)生長基材200和III族氮化物材料的層中的一個或多個，包括經(jīng)熱處理的III族氮化物層208a’和III族氮化物層208b。III族氮化物層208b可使用如上所述的方法在(圖2D)的經(jīng)熱處理的III族氮化物層208a’上形成，并可形成至大約IOOnm或更小,大約50nm或更小,或甚至大約IOnm或更小的平均厚度,如前所述。當(dāng)每次添加的III族氮化物材料的層形成時，可使用如前所述的方法熱處理III族氮化物層(如III族氮化物層208b)的一個或多個層，如圖2D所示。形成和熱處理的方法可重復(fù)，直至包括連續(xù)的纖鋅礦晶體層的連續(xù)成核材料210可在非同質(zhì)生長基材200的上表面202上形成。圖2D示出了結(jié)構(gòu)222，其包括非同質(zhì)生長基材200和由一個或多個經(jīng)熱處理的III族氮化物層形成的連續(xù)成核 材料210。連續(xù)成核材料210可包括連續(xù)的纖鋅礦晶體層，如上所述，其中連續(xù)的纖鋅礦晶體層可與非同質(zhì)生長基材200的上表面202相鄰設(shè)置，且其中包括連續(xù)的纖鋅礦晶體層的成核材料210也可與非同質(zhì)生長基材200的上表面202的晶體結(jié)構(gòu)晶體學(xué)對準(zhǔn)。本發(fā)明的另外的實施方案的方法可包括使用與關(guān)于圖1E和IF之前所述基本上相同的方法，在成核材料210上形成另外的III族氮化物材料232 (例如氮化鎵的層)。簡言之，另外的III族氮化物材料232可通過如下方式而在成核材料210上形成:引發(fā)結(jié)晶材料從多個成角度的結(jié)晶面228在橫向方向(即橫向生長)上生長，以形成側(cè)部III族氮化物區(qū)域232’。如前所述，當(dāng)圍繞成核材料210的無定形金屬氮化物材料218轉(zhuǎn)化為具有與成核材料210基本上相同晶體晶格結(jié)構(gòu)的結(jié)晶材料時，可能發(fā)生橫向生長。橫向生長可從成角度的結(jié)晶面228開始，并在橫向方向上發(fā)展，如圖2E的方向箭頭234所示，直至從多個成角度的結(jié)晶面228橫向生長聚結(jié)而形成側(cè)部III族氮化物區(qū)域232’，側(cè)部III族氮化物區(qū)域232’具有基本上平面的上表面236。從多個定向結(jié)晶側(cè)面228橫向生長還可包括彎折許多位錯(如穿透位錯214和214’)，并消滅許多穿透位錯214和214’，如前所述。本發(fā)明的實施方案的方法還可包括形成另外的III族氮化物層232，包括主體III族氮化物區(qū)域232”，如圖2F所示。沉積主體III族氮化物區(qū)域232”還可包括將主體III族氮化物區(qū)域232”沉積至大于大約5微米，大于10微米，或甚至大于50微米的厚度d2。也應(yīng)該了解，本發(fā)明的方法可包括沉積主體III族氮化物區(qū)域232”，使得圖2F的結(jié)構(gòu)226可基本上不含結(jié)構(gòu)裂紋和分層的III族氮化物材料的區(qū)域。本發(fā)明的各個實施方案也可包括結(jié)構(gòu)，更具體地，III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。例如，圖1B示出了在非同質(zhì)生長基材100的上表面102上包括基本上連續(xù)的金屬層108的III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)106?；旧线B續(xù)的III族氮化物層108可包括與非同質(zhì)生長基材100的上表面102相鄰的多個纖鋅礦晶體區(qū)域112，且所述多個纖鋅礦晶體區(qū)域112可與非同質(zhì)生長基材100的上表面102的晶體結(jié)構(gòu)選擇性地晶體學(xué)對準(zhǔn)。III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)106也可包括無定形金屬氮化物材料118,所述無定形金屬氮化物材料118包圍多個纖鋅礦晶體區(qū)域112。另外，III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)106也可包括多個未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域116，所述多個未對準(zhǔn)的晶體結(jié)構(gòu)設(shè)置于無定形金屬氮化物材料118內(nèi)。在本發(fā)明的一些實施方案中，III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的非同質(zhì)生長基材100可基本上包括α氧化鋁(C1-Al2O3),即藍(lán)寶石。非同質(zhì)生長基材100的上表面102 (其為生長表面)也可主要包括藍(lán)寶石。另外，多個纖鋅礦晶體區(qū)域112、無定形金屬氮化物材料118和多個未對準(zhǔn)的晶體區(qū)域116可至少基本上由如下的一種或多種組成:氮化鎵、氮化銦、氮化鋁，以及它們的合金。本發(fā)明的各個實施方案也可包括如同圖1F所示的III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)140的III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)140可在非同質(zhì)生長基材100的上表面102上包括基本上連續(xù)的成核材料110。成核材料110本身可包含與非同質(zhì)生長基材100的上表面102的晶體結(jié)構(gòu)晶體學(xué)對準(zhǔn)的連續(xù)纖鋅礦晶體層。III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)140也可在所述基本上連續(xù)的成核 材料110上包括另外的III族氮化物材料132。在本發(fā)明的一些實施方案中，III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)140的非同質(zhì)生長基材100可至少基本上由α氧化鋁(a -Al2O3),即藍(lán)寶石組成。非同質(zhì)生長基材100的上表面102(其為生長表面)也可至少基本上由藍(lán)寶石組成?；旧线B續(xù)的成核材料110可具有大于約IOnm,大于約50nm,或甚至大于約IOOnm的平均厚度。另外，基本上連續(xù)的成核材料110也可包括以相對于基材100的上表面102大于零的銳角取向的多個成角度的結(jié)晶面128，并可具有小于大約7X1019cnT2的氯物種的濃度。
權(quán)利要求
1.一種在生長基材上形成III族氮化物材料的方法，所述方法包括 在非同質(zhì)生長基材的表面上形成III族氮化物成核層，其包括 使用鹵化物氣相外延(HVPE)過程在所述非同質(zhì)生長基材的上表面上沉積包括多個纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的III族氮化物層；以及熱處理所述III族氮化物層；以及在所述成核層上形成另外的III族氮化物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述非同質(zhì)生長基材的上表面上沉積包括多個纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的III族氮化物層包括與所述非同質(zhì)生長基材的上表面相鄰沉積包括多個纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的III族氮化物層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中熱處理III族氮化物層包括將III族氮化物層暴露于小于約900°C的溫度，以降低所述III族氮化物成核層內(nèi)的氯物種的濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中熱處理III族氮化物層包括將III族氮化物層引入至少一種用于氯物種的吸氣劑，以降低所述III族氮化物成核層內(nèi)的氯物種的濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中熱處理III族氮化物層包括與所述非同質(zhì)生長基材的上表面相鄰形成連續(xù)纖鋅礦晶體層，所述連續(xù)纖鋅礦晶體層與所述非同質(zhì)生長基材的上表面晶體學(xué)對準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中沉積III族氮化物層包括沉積厚度小于約IOOnm的III族氮化物層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在非同質(zhì)生長基材的表面上形成III族氮化物成核層包括使III族一氯化物流入含有非同質(zhì)生長基材的反應(yīng)室中。
8.—種結(jié)構(gòu),所述結(jié)構(gòu)包括 III族氮化物成核層，所述III族氮化物成核層在生長基材的表面上連續(xù)延伸； 纖鋅礦晶體層，所述纖鋅礦晶體層與所述生長基材的表面晶體學(xué)對準(zhǔn)；以及 另外的III族氮化物層，所述另外的III族氮化物層在所述連續(xù)的III族氮化物成核層上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其中所述生長基材的表面包括藍(lán)寶石。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其中所述III族氮化物成核層具有大于約IOOnm的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其中III族氮化物成核層包括多個定向的結(jié)晶側(cè)面。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其中所述纖鋅礦晶體層在所述生長基材的表面上連續(xù)延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其中在所述III族氮化物成核層內(nèi)氯物種的濃度小于約 IxlO19 原子 /cm2ο
全文摘要
本發(fā)明的實施方案包括使用鹵化物氣相外延(HVPE)過程形成III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括在非同質(zhì)生長基材的表面上形成連續(xù)的III族氮化物成核層，所述連續(xù)的III族氮化物成核層遮蓋所述非同質(zhì)生長基材的上表面。形成連續(xù)的III族氮化物成核層可包括形成III族氮化物層以及熱處理所述III族氮化物層。該方法還可包括在所述連續(xù)的III族氮化物成核層上形成另外的III族氮化物層。
文檔編號C30B25/02GK103237929SQ201180056001
公開日2013年8月7日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者C·阿里納, R·T·小伯特倫, E·林多, S·馬哈詹, F·孟 申請人:Soitec公司, 代理并代表亞利桑那州立大學(xué)的亞利桑那董事會