[發明專利]生成Ⅲ－N層的方法，和Ⅲ－N層或Ⅲ－N襯底，以及其上的器件

無效

• 申請號: 200680015547.2
• 申請日: 2006-05-05
• 公開（公告）號: CN101258271A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 費迪南·斯考茲;彼得·布克納;弗蘭克·哈伯爾;馬提亞·彼得;克勞斯·柯勒
• 申請（專利權）人: 弗賴貝格化合物原料有限公司;歐司朗光電半導體有限公司
• 主分類號: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;H01L21/205;C30B25/02
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 鄭小粵

本發明涉及一種生成厚III-N層和III-N襯底的方法，其中，N是氮，III是來自元素周期表第III族的至少一種元素，特別是選自鋁、鎵和銦中的一種或多種元素(下面簡稱III-N)，本發明還涉及具有改進的表面形態的厚III-N層和III-N襯底。特別地，所述III-N材料是晶體、特別是單晶體。

III-N材料系在當今的半導體材料中發揮著重要的作用。它用于許多重要的光電和電子器件。這些器件是基于外延生長在適合襯底晶體上的半導體層結構。如果用同相外延通常得到最好的外延生長結果，也就是層在相同成分的襯底上生長。因此同相外延的III-N是所需要的。然而，這類III-N在商業上幾乎是得不到的，因為其生產具有巨大的挑戰性[I.Grzegory和S.Porowski，in?Gallium?Nitride?and?Related?Semiconductors，1999，INSPEC，B?1.1，359-366]。

一種提供III-N襯底的方法是沉積厚III-N層。近年來，一些研究組[S.S.Park，I.Park和S.H.Choh，Jpn.J.Appl.Phys.39，L1141(2000)；和X.Xu，R.P.Vaudo，C.Loria，A.Salant，G.R.Brandes，和J.Chaudhuri，J.Cryst.Growth?246，223(2002)]研發了采用氫化物氣相外延(HVPE)法同相外延生長厚GaN層。這些研發的目的是代替GaN基技術的像藍寶石(Al₂O₃)和SiC的異質襯底，因為這類異質襯底的應用限制了器件的性能。這些限制的主要原因是高缺陷密度，所述高缺陷密度源于在晶格常數和熱膨脹系數失配下在異質襯底上的同相外延生長。當生長不是直接發生在異質襯底上，而是發生在生長在異質襯底上的薄III-N層上，這樣生長得到的厚層更好[T.Paskova等，phys.stat.sol.(a)，1999，176，415-419]。在此文獻和下面的描述中，包括有至少一個異質襯底和至少一層薄III-N層的組合被稱為模板。

使用這種由HVPE生長的模板來生產電子和光電器件，特別是GaN激光二極管[S.Nagahama，T.Yanamoto，M.Sano，和T.Mukai，Jpn.J.Appl.Phys.40，3075(2001)；和M.Kuramoto，C.Sasaoka，Y.Hisanaga，A.Kimura，A.Yamaguchi，H.Sunakawa，N.Kuroda，M.Nido，A.Usui，和M.Mizuta，Jpn.J.Appl.Phys.38，L184(1999)]和帶有紫外光譜區域發射的光發射二極管(LEDs)[X.A.Cao，S.F.LeBoeuf，M.P.DEvelyn，S.D.Arthur，J.Kretchmer，C.H.Yan，和Z.H.Yang，Appl.Phys.Lett.84，4313(2004)]。但是這些模板仍有一些問題。它們通常表現出強的彎曲和明顯的斷裂形成傾向。這兩種負面效應都是由于GaN和異質襯底(通常是藍寶石)的不同的熱膨脹而導致的。此外，通過HVPE生長的GaN層經常有粗糙的表面，在其可以被用作進一步外延生長的模板之前，需要對其進一步拋光[S.S.Park等，supra；和L.Liu和J.H.Edgar，Mat.Sci.Engin.R37，61(2002)]。

除了所選擇的異質襯底外，斷裂形成的敏感度還強烈依賴于分別用于HVPE生長的形成于異質襯底和層或模板之間的成核層或緩沖層。通常我們采用1.5微米厚的GaN模板，它們是在2英寸的藍寶石晶片上通過金屬有機汽相外延(MOVPE)生成的。我們注意到，如果在MOVPE處理中采用低溫下由AlN生長得到的成核層[B.Kuhn和F.Scholz，phys.stat.sol.(a)188，629(2001)]替代常規的GaN成核層，來制造模板[F.Habel，P.Bruckner，和F.Scholz，J.Cryst.Growth?272，515(2004)]，則可以通過HVPE生長沒有斷裂的較厚的層。很明顯，此改善是由于在室溫下成核層的更高的壓縮應變，因為其減輕或消除了在大約1000℃的典型HVPE生長溫度下的凈拉伸應變。甚至可以在圖案化模板(例如，選擇性生長的GaN條紋)上生長無斷裂的較厚的層[P.Bruckner，F.Habel，和F.Scholz(2005)，Contribution?to?ICNS?6，Bremen，Germany，August?2005]。