一种大面积、均匀的低位错密度单晶Ⅲ－Ⅴ氮化物材料，例如，氮化镓具有大于１５ｃｍ的大面积。至少１ｍｍ的厚度、平均位错密度不超过５Ｅ５ｃｍ↑［－２］以及小于２５％的位错密度标准偏差比率。这种材料可以通过包括（ｉ）在凹陷生长条件下，即，在Ⅲ－Ⅴ氮化物材料的至少５０％的生长表面上形成凹陷，在衬底上生长Ⅲ－Ⅴ氮化物材料的第一阶段，其中生长表面上的凹陷密度至少是１０↑［２］凹陷／生长表面ｃｍ↑［２］，以及（ｉｉ）在凹陷－填充条件下生长Ⅲ－Ⅴ氮化物材料的第二阶段的工艺形成在衬底上。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及大面积、均匀的低位错密度氮化镓材料，如用于微电子和光电子器件，如发光二极管、激光二极管、光电传感器、光电开关、高电子迁移率晶体管等的制造，以及涉及用于制造这种氮化镓材料的方法。
技术介绍
氮化镓(GaN)和相关的III-V氮化物合金应用于发光二极管(LED)和激光二极管(LD)以及应用于电子器件。GaN-基器件的性能强烈地取决于器件层的晶体缺陷，特别是螺纹位错的密度。对于蓝光和UV激光二极管，为了更长的寿命，优选小于3×106cm-2的位错密度。此外，为了提高器件性能和简化设计和制造，优选在自然的氮化镓衬底上生长的GaN器件。氮化镓衬底可以通过各种方法来制备。在美国专利5,637,531中Porowski等人公开了一种在高氮气压力下生长体GaN的方法。金属镓与气态氮起反应，以在熔化的镓表面形成氮化镓晶体。在反应器容器中提供温度梯度，使得反应器的较冷区中的氮原子过饱和，以及生长氮化镓晶体。Porowski等人的工艺中的生长压力约为10kbar，以及生长温度约为1400℃。由Porowski等人的工艺所制造的材料的位错密度低至100cm-2，但是，通过该方法制造的GaN的最大尺寸局限于约10mm薄层片(S.Porowski和I.Grzegory，J.Cryst.Growth，Vol 178，174(1997)，M.Bockowski，J.Cryst.Growth，Vol 246，194(2002))。氢化物气相处延(HVPE)已被用来制造氮化镓衬底。在美国专利5,679,152中Tischler等人公开了通过首先在兼容的牺牲衬底上生长厚的GaN膜，然后在接近生长温度的温度下刻蚀地除去该牺牲基础衬底，以制造独立的GaN衬底，从而制造单晶GaN衬底的方法。将生长的氮化镓膜从衬底分开的另一方法是在生长膜和衬底之间的界面处光学地引起分解。在美国专利6,559,075中Kelly等人公开了一种通过使用激光能量将界面层分开，以分解两个材料层的方法。对于生长在蓝宝石衬底上的GaN，使用具有大于GaN带隙但是小于蓝宝石带隙的能量的激光。当激光透过蓝宝石衬底时，在GaN-蓝宝石界面吸收该激光能量。利用充分的激光能量密度，界面区中的GaN被分解为金属镓和气态氮，由此将GaN膜与蓝宝石衬底分开。使用该方法(参见，例如，M.K.Kelly等人的Jpn.J.Appl.Phys.Vol.38，pp.L217-L219，1999)制造几乎2″直径的独立GaN晶片。在美国专利6,413,627中Motoki等人公开了一种通过在砷化镓衬底上首先生长厚的GaN膜，然后除去该衬底来制造单晶GaN衬底材料的方法。典型的HVPE氮化镓的位错密度约为1×107cm-2。在美国专利6,468,347和美国公开的专利申请2003/0080345和2003/0145783中Motoki等人描述了制造氮化镓单晶衬底的方法，该氮化镓单晶衬底在某些区域具有低位错密度，但是在其他区域具有高位错。高位错密度区被公开为随机地分布，或以预定的图形分布，例如，以周期性的条纹形式，在高位错密度区之间分散低位错密度区。在美国专利6,468,347中，Motoki等认为制造的GaN材料具有低位错密度，但是在美国公布的专利申请2003/0080345和2003/0145783中，Motoki等阐明通过美国专利6,468,347中公开的工艺制造的材料具有在低位错密度区中随机地分散的高位错密度区。在美国公布的专利申请2003/0080345中，Motoki等人公开了以预定图形如周期的点设置高位错密度区的方法。在美国公布的专利申请2003/0145783中，Motoki等人公开了以周期性条纹形式设置高位错密度区的方法。在GaN衬底上的高位错密度区的存在需要在低缺陷区上精确定位器件结构。此外，缺陷的不均匀分布可能不利地影响GaN衬底上的器件层的生长。在美国专利6,440,823中Vaudo等人教导了使用凹陷生长来聚集和消灭位错，以及使用高表面形态条件来随后闭合该凹陷。由于GaN-基激光二极管及其他器件的性能决定性地取决于器件层中的晶体缺陷的性质和程度，这又取决于GaN衬底的缺陷结构和形态，因此强制性的需要均匀的低位错密度GaN衬底。此外，GaN-基器件的低成本制造需要大面积衬底。现有技术未能提供均匀的低位错密度、大面积GaN衬底。
技术实现思路
本专利技术涉及大面积、均匀的低位错密度氮化镓及其制造工艺。在一个方面中，本专利技术涉及在其至少一个表面上具有均匀的低位错密度的大面积单晶III-V氮化物材料。在另一方面，本专利技术涉及大面积、均匀的低位错密度单晶氮化镓，具有大于15cm2的大面积，至少0.1mm的厚度，不超过1×106cm-2的平均位错密度以及小于25％的位错密度标准偏差比率。本专利技术的另一方面涉及一种物品，包括在其至少一个表面上具有均匀的低位错密度的大面积单晶III-V氮化物材料。本专利技术的再一方面涉及一种晶片，包括在其至少一个表面上具有均匀的低位错密度的大面积单晶氮化镓材料。在另一方面，本专利技术涉及一种电子器件物品，包括晶片和在这种晶片上制造的电子器件结构，该晶片包括在其至少一个表面上具有均匀的低位错密度的大面积单晶氮化镓材料。本专利技术的附加方面涉及大面积单晶III-V氮化物材料，例如，GaN，当在略微地偏离最佳单晶III-V氮化物生长条件的单晶III-V氮化物生长条件下生长时，在其至少一个表面上具有均匀的低位错密度，以及涉及由这种材料形成的晶片。本专利技术的另一方面涉及一种用于在衬底上形成大面积、均匀的低位错密度单晶III-V氮化物材料的气相生长工艺，这种工艺包括(i)第一阶段，包括通过气相生长技术，在凹陷生长条件下，在衬底上生长III-V氮化物材料的一个或多个步骤，以及(ii)第二阶段，包括在有效地闭合凹陷和消灭缺陷的凹陷-填充条件下，通过气相生长技术，在III-V氮化物材料的生长表面上生长III-V氮化物材料的一个或多个步骤。本专利技术的再一方面涉及一种用于在衬底上形成大面积、均匀的低位错密度单晶III-V氮化物材料的气相生长工艺，这种工艺包括(i)通过气相生长技术，在III-V氮化物材料的至少50％的生长表面上形成凹陷的凹陷生长条件下，在衬底上生长III-V氮化物材料的第一阶段，其中在第一阶段的结束时，生长表面上的凹陷密度至少是100/生长表面cm2，以及(ii)在填充凹陷的凹陷-填充条件下生长III-V氮化物材料，以制造基本上无凹陷表面的第二阶段。另一方面，由该公开内容和附加权利要求将更完全明白本专利技术的特点和实施例。附图说明图1是在最佳生长条件下，在蓝宝石衬底上生长的HVPE GaN膜的纹理表面形态的微分干涉对比度(DIC)光学显微照片，该最佳生长条件包括1030℃的生长温度、30的NH3/HCl比率、1小时的生长时间以及116微米/小时的生长速率。图2是在比最佳条件略高的NH3流量的条件下生长的HVPE GaN膜的凹陷表面形态的DIC光学显微照片，其中生长温度是1030℃，NH3/HCl是58，生长时间是1小时，以及生长速率是268微米/小时。图3是机械抛光和化学机械抛光(CMP)完成之后的GaN表面的DIC光学图像，其中在这种抛光和CMP之前生长的晶片白片显示出无本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大面积单晶Ⅲ－Ⅴ氮化物材料，在其至少一个表面上具有均匀的低位错密度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特P沃多，徐学平，
申请(专利权)人：克利公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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