[發明專利]在IBAD織構化襯底上的外延六方材料

有效

• 申請號: 201680020908.6
• 申請日: 2016-02-10
• 公開（公告）號: CN107534074B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 弗拉基米爾·馬塔斯;克里斯托弗·楊
• 申請（專利權）人: 艾賓姆材料公司
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 柳春琦

包括六方外延層如GaN或其他第III族?氮化物(III?N)半導體、111取向的織構化層和非單晶襯底的多層結構，以及其制備方法。所述織構化層具有優選地通過離子束輔助沉積(IBAD)織構化工藝形成的晶體對齊，并且可以雙軸對齊。所述織構化層的面內晶體織構足夠低以允許高質量六方材料的生長，但是仍可以明顯大于六方材料的所需面內晶體織構。IBAD工藝使得低成本、大面積、柔性金屬箔襯底能夠用作用于制造電子器件的單晶藍寶石和硅的潛在備選方案，使得能夠使用規模化放大的卷到卷、板到板或相似的制造方法。使用者能夠針對其機械和熱性質選擇襯底，如其熱膨脹系數與六方外延層的熱膨脹系數匹配得多好，同時選擇更密切地晶格匹配該層的織構化層。

相關申請的交叉引用

本申請要求2015年2月10日提交的名稱為“IBAD-Textured Substrates forGrowth of Epitaxial Group-III Nitride Materials and Method of Making the Same(用于外延第III族氮化物材料的生長的IBAD織構化襯底及其制備方法)”的美國臨時專利申請序列號62/114,504和2015年12月3日提交的名稱為“IBAD-Textured Substrates forGrowth of Epitaxial Group-III Nitride Materials and Method of Making the Same(用于外延第III族氮化物材料的生長的IBAD織構化襯底及其制備方法)”的美國臨時專利申請序列號62/262,815的提交的優先權和權益，并且其說明書和權利要求通過引用結合在本文中。

聯邦資助的研究或開發

美國政府具有本發明的已付許可，以及在有限的情況下按照美國能源部的高級研究計劃署-能源(U.S.Department of Energy′s Advanced Research Projects Agency-Energy)授予的援助協定第AR0000447號的條款規定的合理條件要求專利權所有人許可其他人的權利。

發明背景

發明領域(技術領域)

本發明涉及六方材料如氮化鎵(GaN)或其他第III族-氮化物(III-N)半導體的層在襯底上的外延生長，所述襯底的晶體對齊(crystalline alignment)通過離子束輔助沉積(ion-beam assisted deposition，IBAD)織構化工藝形成。在一個實施方案中，IBAD織構化層用于制備本質上是單晶狀的雙軸對齊的薄膜或襯底。這些IBAD薄膜或模板支持任選的外延緩沖層的后續沉積和隨后的GaN或III-N外延生長。公開了包括之上具有中間外延緩沖層的離子束織構化層上的III-N外延的電子元件及其形成方法。

本發明的一個實施方案是針對作為用于GaN外延的模板的雙軸對齊膜的離子束輔助沉積(IBAD)織構化工藝。IBAD工藝使得低成本、大面積、柔性金屬箔襯底能夠用作用于電子器件的單晶藍寶石和硅的潛在備選方案。外延GaN膜通過MOCVD工藝在這些加工的柔性襯底上生長，這使得能夠使用規模化放大的卷到卷(roll-to-roll)、板到板(sheet-to-sheet)或相似的制造方法。已經制造了在具有小于1°的面內和面外對齊的多晶金屬箔上的具有幾微米厚度的GaN膜。在多晶金屬箔上的外延GaN膜用作模板層以制備多量子阱發光二極管(light emitting diode，LED)結構，并且已經成功地證明了電致發光。這些是在金屬箔上直接制造的第一LED器件，并且可以使用卷到卷法規模化放大。

背景技術

注意，以下討論可以參考大量的出版物和參考文獻。本文中這種出版物的討論被給出用于科學原理的更完整背景，而不被解釋為承認這種出版物是用于可專利性確定目的的現有技術。