[發明專利]具有吸氣劑的多晶III族金屬氮化物及其制造方法

在審

• 申請號: 201510178981.3
• 申請日: 2009-12-11
• 公開（公告）號: CN104846439A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 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: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;C30B9/00;C30B28/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;冷永華

本申請是申請日為2009年12月11日、申請號為200980154756.9、發明名稱為“具有吸氣劑的多晶III族金屬氮化物及其制造方法”(PCT/US2009/067745，進入國家階段日期2011年7月15日)之申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本發明要求于2008年12月12日提交的共同受讓的臨時專利申請No.61/122332的優先權，其針對所有目的通過引用并入本文。

技術領域

本發明一般性涉及處理用于晶體生長的材料。更具體地，本發明提供適于用作以氨堿或氨酸技術進行含鎵氮化物晶體的晶體生長的原料的晶體氮化物材料，也可包括其他方面。在其他實施方案中，本發明提供適于合成多晶氮化物材料的方法，但應認識到其他晶體和材料也可被處理。這種晶體和材料包括但不限于GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN和AlInGaN，以及用于制造塊體或圖案化襯底的其他材料。這些塊體或圖案化襯底可用于多種應用，包括光電器件、激光器、發光二極管、太陽能電池、光電化學分解水制氫和氫能發電、光電探測器、集成電路和晶體管以及其他設備。

背景技術

含氮化鎵的晶體材料用作制造常規光電器件如藍光發射二極管和激光器的襯底。這種光電器件通常在組成與沉積氮化物層不同的藍寶石或碳化硅襯底上形成。在常規金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)方法中，在氣相由氨和有機金屬化合物進行GaN的沉積。盡管成功，但是獲得的常規生長速度難以提供整體的GaN材料的塊體層。另外，位錯密度也很高，導致光電器件的性能較差。

已經提出通過氨熱合成得到氮化物晶體。氨熱晶體生長方法預計具有可擴展，如在Dwilinski，等人的[J.Crystal?Growth?310，3911(2008)]，Ehrentraut，等人的[J.Crystal?Growth?305，204(2007)]，D′Evelyn等人的[J.Crystal?Growth?300，11(2007)]和Wang等人的[Crystal?Growth&Design6，1227(2006)]中描述的那樣。氨熱方法一般需要多晶氮化物原料，然后重結晶到種晶上。對于氨熱生長的GaN晶體的持續挑戰是雜質的顯著含量，導致晶體有色，例如，黃色、綠色、灰色或褐色。殘留雜質可導致在該襯底上制造的發光二極管的光吸收，負面影響效率，并且也會使電導率劣化和/或在晶體中產生應力。雜質的一個來源是多晶氮化物原料。

例如，通過相對較貴的氣相法進行氫化物氣相外延生長的氮化鎵顯示非常好的透光性，在約385納米至約620納米波長處的光吸收系數低于2cm^-1[Oshima等人，J.Appl.Phys.98，103509(2005)]。然而，我們注意到最透明的氨熱生長的氮化鎵晶體是淡黃色的并且在約465納米至約700納米波長處的光吸收系數低于5cm^-1[D′Evelyn等人，J.Crystal?Growth300，11(2007)和美國專利7,078,731]。

提出了幾種合成多晶氮化物材料的方法。Callahan等人[MRS?Internet?J.Nitride?Semicond.Res.4，10(1999)；美國專利6,406,540]提出涉及在由加熱NH₄Cl形成的蒸氣中加熱鎵金屬的化學氣相反應過程。Wang等人[J.Crystal?Growth?286，50(2006)]和Park等人[美國專利申請2007/0142204、2007/0151509和2007/0141819]也討論了相關方法，這些都通過引用全文并入本文。觀察到的主要雜質是氧，含量為約16至約160ppm。未指出氧的化學形式。Tsuji[美國專利申請2008/0193363]公開了涉及僅在氨中加熱和產生氧含量低于0.07wt％的GaN粉末的取代方法，其通過引用全文并入本文。Spencer等人[美國專利7,381,391]還公開了涉及使Ga金屬與潤濕劑如Bi接觸并僅在氨中加熱產生氧含量低于650ppm的GaN粉末的另一種取代方法。

所需的是低成本制造適用于塊狀氮化鎵晶體的晶體生長和不利于塊狀晶體中雜質的多晶氮化物材料的方法。

發明內容