【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子器件结构和制造方法，并且尤其涉及通过悬挂(pendeo-)和侧向外延过生长(overgrowth)而实施的第III族元素氮化物半导体结构及制造方法。现在还不能得到商用的高性能大块GaN晶体。因此，一般作为异质外延层在下面的非GaN衬底上制造GaN晶体。但不幸的是，GaN与大多数合适的衬底晶体有较大的晶格错配度。例如，GaN与蓝宝石有15％的晶格错配度，与碳化硅有3.5％的晶格错配度。衬底与外延层之间的晶格错配会导致产生螺(threading)位错，这种位错可以扩展并穿过正在生长的外延层。即使借助于氮化铝缓冲层在碳化硅上生长，GaN外延层也会呈现出超过108/cm2的位错密度。这样的缺陷密度限制了GaN在诸如激光二极管的高灵敏电子器件中的应用。由于GaN的侧向外延过生长(LEO)是首先被引入的、用以降低外延生长GaN膜中的位错密度的方法，所以它成为引起广泛兴趣的课题。该技术基本包含用具有开口图案的掩模掩盖下面的GaN层，并使GaN长大，穿过掩模并从侧向生长到掩模上。已经发现，相对于下面的GaN层或在掩模开口上面的GaN层，从侧向生长到掩模上的...
【技术保护点】
一种在衬底上制造氮化镓基半导体结构的方法，包含： 在所述衬底上形成具有开口的掩模； 垂直于开口并侧向经过掩模生长外延层，该外延层选自氮化镓和氮化镓的第Ⅲ族元素氮化物合金；并且 使所述外延层的侧向生长速率保持足够的速率，以防止在掩模上形核的多晶氮化物材料阻止所述外延层的侧向生长。
【技术特征摘要】
US 1999-10-14 60/159,2991.一种在衬底上制造氮化镓基半导体结构的方法，包含在所述衬底上形成具有开口的掩模；垂直于开口并侧向经过掩模生长外延层，该外延层选自氮化镓和氮化镓的第III族元素氮化物合金；并且使所述外延层的侧向生长速率保持足够的速率，以防止在掩模上形核的多晶氮化物材料阻止所述外延层的侧向生长。2.根据权利要求1的制造方法，包含保持侧向生长速率大于垂直生长速率。3.根据权利要求1的制造方法，包含保持侧向生长速率与垂直生长速率的比大于约1∶1。4.根据权利要求1的制造方法，包含保持侧向生长速率与垂直生长速率的比约在1∶1与4.2∶1之间。5.根据权利要求1的制造方法，包含保持侧向生长速率与垂直生长速率的比大于约4.2∶1。6.根据权利要求3的制造方法，包含使侧向生长速率保持在每小时约2-8微米。7.根据权利要求1的制造方法，其中，衬底包含碳化硅。8.根据权利要求1的制造方法，进一步包含穿过掩模中的开口生长缓冲层，其中所述缓冲层将支持第III族元素氮化物在其上进行的外延生长。9.根据权利要求8的制造方法，其中，缓冲层的生长步骤包含生长AlxGa1-xN层，其中0≤x≤1。10.根据权利要求9的制造方法，其中，缓冲层形成对于衬底的导电界面。11.一种在衬底上制造氮化镓基半导体结构的方法，包括在衬底上形成其中具有开口的掩模；在不抑制多晶氮化物材料在掩模上形核的条件下，由开口垂直地并侧向经过掩模生长外延层，该外延层选自氮化镓和氮化镓的第III族元素氮化物合金；其中侧向生长的外延层对于多晶氮化物材料过生长。12.根据权利要求11的制造方法，包含保持侧向生长速率大于垂直生长速率。13.根据权利要求11的制造方法，包含保持侧向生长速率与垂直生长速率的比大于约1∶1。14.根据权利要求11的制造方法，包含保持侧向生长速率与垂直生长速率的比约在1∶1与4.2∶1之间。15.根据权利要求11的制造方法，包含保持侧向生长速率与垂直生长速率的比大于约4.2∶1。16.根据权利要求13的制造方法，包含使侧向生长速率保持在每小时约2-8微米。17.根据权利要求11的制造方法，其中，外延层的生长在约1060-1120℃的温度下进行。18.根据权利要求11的制造方法，包含在碳化硅衬底上形成掩模。19.根据权利要求18的制造方法，包含在SiC衬底的(0001)表面上沿<1100>方向形成条带掩模。20.根据权利要求11的制造方法，进一步包含穿过掩模中的开口生长缓冲层，其中所述缓冲层将支持第III族元素氮化物的在其上的外延生长。21.根据权利要求20的制造方法，其中，缓冲层的生长步骤包含生长AlxGa1-xN层，其中0≤x≤1。22.根据权利要求21的制造方法，包含缓冲层形成对于衬底的导电界面。23.根据权利要求20的制造方法，包含使缓冲层生长到其厚度大于掩模的厚度。24.根据权利要求11的制造方法，包含通过气相外延生长外延层，该气相外延使用选自三甲基镓、三甲基铝和氨的一种或多种源气体。25.根据权利要求11的制造方法，包含形成具有多个开口的掩模，使缓冲层和外延层从所述多个开口中生长。26.根据权利要求25的制造方法，包含使外延层生长直到侧向生长部分聚结。27.一种在衬底上制造氮化镓基半导体结构的方法，该方法包含在衬底上形成其中至少具有两个开口的掩模；在位于掩模开口中的衬底上使缓冲层生长；并且沿缓冲层向上并侧向经过掩模使外延层生长，该外延层选自氮化镓和氮化镓的第III族元素氮化物合金；同时使氮化镓层的侧向生长速率保持在足以防止在掩模形核的多晶材料阻止氮化镓层的侧向生长，直到从开口的侧向生长聚结的速率；并且然后继续使外延层垂直生长。28.根据权利要求27的制造方法，还包含在从开口进行的侧向生长聚结以后，增加聚结后的外延层的垂直生长速率。29.根据权利要求27的制造方法，包含保持侧向生长速率大于垂直生长速率。30.根据权利要求29的制造方法，包含保持侧向生长速率与垂直生长速率的比大于约1∶1。31.根据权利要求29的制造方法，包含保持侧向生长速率与垂直生长速率的比约在1∶1与4.2∶1之间。32.根据权利要求29的制造方法，包含保持侧向生长速率与垂直生长速率的比大于约4.2∶1。33.根据权利要求30的制造方法，包含使侧向生长速率保持在每小时约2-8微米。34.根据权利要求27的制造方法，包含使用选自以下的技术掩盖衬底等离子增强化学气相淀积法、溅射法、反应溅射法、电子束淀积法和热氧化法。35.根据权利要求27的制造方法，包含掩盖SiC衬底。36.根据权利要求27的制造方法，其中，缓冲层的生长步骤包含生长AlxGa1-xN层，其中0＜x≤1。37.根据权利要求36的制造方法，其中，缓冲层形成对于衬底的导电界面。38.根据权利要求36的制造方法，包含使用三甲基镓、三甲基铝和氨作为源气体通过气相外延使缓冲层生长。39.根据权利要求27的制造方法，包含使缓冲层生长到其厚度大于掩模的厚度。40.根据权利要求27的制造方法，包含通过气相外延使外延层生长，该气相外延使用选自三甲基镓、三甲基铝和氨的一种或多种源气体。41.一种在衬底上制造氮化镓基半导体结构的方法，该方法包含在衬底上形成掩模，该衬底包含至少一个沟槽和至少一个邻近沟槽的高出部分，该掩模中在衬底的高出部分上具有至少一个开口；在位于掩模开口内的衬底高出部分上使缓冲层生长；并且沿缓冲层向上并侧向经过沟槽使外延层生长，该外延层选自氮化镓和氮化镓的第III族元素氮化物合金。42.根据权利要求41的制造方法，包含使缓冲层生长到其厚度大于掩模的厚度。43.根据权利要求41的制造方法，包含至少形成两个邻近于沟槽的高出部分，并使外延层生长，直到它们在沟槽上聚结。44.根据权利要求41的制造方法，其中，形成掩模的步骤包含形成掩模并然后在其中形成开口。45.根据权利要求41的制造方法，包含在碳化硅衬底上形成掩模。46.一种在衬底上制造氮化镓基半导体结构的方法，该方法包含在衬底上形成至少一个沟槽，由此限定沟槽和直接与沟槽邻接的高出部分；在已形成沟槽的衬底上形成掩模，使掩模中在衬底的高出部分上具有至少一个开口；穿过掩模开口使缓冲层在衬底的高出部分上生长；并且沿缓冲层向上并侧向经过沟槽使外延层生长，该外延层选自氮化镓和氮化镓的第III族元素氮化物合金。47.根据权利要求46的制造方法，其中，形成沟槽的步骤包含对衬...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔华双，JA艾迪芒德，KW哈彼尔勒恩，DT埃米尔森，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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