[發明專利]改善的半絕緣III族金屬氮化物及其制造方法

無效

• 申請號: 201110061625.5
• 申請日: 2011-03-11
• 公開（公告）號: CN102191552A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 馬克·P·德伊夫林
• 申請（專利權）人: SORAA有限公司
• 主分類號: C30B29/38
• 分類號: C30B29/38;C30B29/40;H01L21/18;H01L33/32
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;吳鵬章

相關申請的交叉引用

本發明申請要求2010年3月11日提交的題為“ImprovedSemi-Insulating?Group?III?Metal?Nitride?and?Method?of?Making”的美國專利申請No.61/313,112的優先權。

技術領域

本發明一般性涉及用于生長晶體的材料的處理。更具體而言，本發明提供了一種通過氨堿或氨酸技術獲得半絕緣含鎵氮化物晶體的方法。本發明提供適合于合成多晶氮化物材料以及其他晶體和材料的方法。這類晶體和材料包括但不限于用于制備塊體或圖案化襯底的GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN和AlInGaN。這類塊狀或圖案化襯底可用于各種應用，包括光電子器件、激光器、發光二極管、太陽能電池、光電化學水裂解和制氫、光檢測器、集成電路和晶體管。

背景技術

含氮化鎵的結晶材料用作制造常規光電子器件如藍光發光二極管和激光器的襯底。這類光電子器件一般在組成不同于沉積的氮化物層的藍寶石或碳化硅襯底上制造。在常規的金屬-有機化學氣相沉積(MOCVD)方法中，GaN的沉積自氣相的氨和有機金屬化合物進行。雖然是成功的，但獲得的常規生長速率使其難以提供GaN材料的塊體層。此外，位錯密度也高，使得光電子器件的性能較差。

含有塊體氮化鎵的品質襯底可市售獲得，但是，在大多數情況下，這些襯底是導電的。在一些情況下，期望電絕緣或半絕緣的襯底。另外，塊體氮化鎵襯底一般昂貴，并且直徑為2英寸以上的襯底只可能在c-面取向上獲得。

數個作者公開了添加過渡金屬深受體摻雜劑例如Mn、Fe、Co、Ni、Cu等以補償氮化鎵中的供體物質，并且賦予氮化鎵的半絕緣特性。例如，Monemar和Lagerstedt[J.Appl.Phys.50，6480(1979)]將Fe或Cr添加到通過氫化物氣相外延(HYPE)生長的GaN并獲得高電阻晶體。Heikman等人[Appl.Phys.Lea.81，439(2002)]將Fe引入由有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)生長的GaN膜，并且類似地獲得半絕緣特性。一般地，這些作者不能獲得高品質、自立的塊體GaN晶片。

授予Porowski等人的美國專利No.6,273,948描述了制造高電阻GaN塊體晶體的方法，所述方法在約0.5-2.0GPa的高壓和1300-1700攝氏度的高溫下從鎵和II族金屬如鈹和鈣的熔融混合物中原子氮的溶液進行結晶。獲得10⁴～10⁸歐姆-厘米(ohm-cm)的電阻。該方法獲得的晶體尺寸為約1cm，而大部分商業電子應用需要至少約2英寸(＞5cm)直徑的襯底尺寸。

授予Vaudo等人的美國專利No.7,170,095描述了一種用于摻雜相對高結晶質量的自立GaN晶體的改進HYPE方法。然而，HYPE技術一般產生相對高成本的塊體GaN晶體。授予D’Evelyn等人的美國專利No.7,078,731教導了例如通過用Fe或Co摻雜來合成半絕緣GaN晶體的氨熱方法。然而，Fe-摻雜和Co-摻雜的GaN晶體分別是紅色/琥珀色或者黑色的，而不是透明和無色的。

需要低成本制造透明、無色和高結晶品質的半絕緣氮化物材料的方法。

發明內容

根據本發明的一方面，提供一種含氮化鎵晶體，包括：長度大于約5毫米的結晶襯底元件；基本為纖鋅礦結構，該結構的特征在于基本不含其他晶體結構，所述其他結構與所述基本纖鋅礦結構的體積相比小于約1體積％；大于約10¹⁵cm^-3的Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、F和Cl至少之一的雜質濃度；和電阻大于約10⁷Ω-cm。

根據本發明的另一方面，提供一種含有結晶襯底元件的含氮化鎵的晶體，其具有：基本為纖鋅礦結構，該結構的特征在于基本不含其他晶體結構，所述其他結構與所述基本纖鋅礦結構的體積相比小于約1體積％；大于約10¹⁵cm^-3的Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、F和Cl至少之一的雜質濃度；和電阻大于約10⁷Ω-cm。