一种方法，其使用纳米结构柔性层，利用ＨＶＰＥ在异质衬底（１０）上生长高质量的平且厚的化合物半导体（１５）。可通过分子束外延（ＭＢＥ）、化学气相沉积（ＣＶＤ）、金属有机物化学气相沉积（ＭＯＣＶＤ）以及氢化物气相外延（ＨＶＰＥ）在异质衬底（１０）上生长半导体材料的纳米结构（１２）。通过使用ＨＶＰＥ的外延横向过生长实现连续的化合物半导体厚膜（１５）或晶片的进一步的生长。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用纳米结构柔性层和HVPE制造高质量化合物半导体材料的生长方法
本专利技术涉及一种生长厚的单晶化合物半导体材料(thick single-crystal compound semiconductor material)的方法，并涉及例嗦口叶吏用由分子束夕卜延(MBE)、化学气相沉积(CVD)、也称为金属有机物气相外延(MOVPE) 的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)和HVPE制造的纳米结构柔性层(nanostructure compliant layer )，通过才才泮牛氢4匕物气相夕卜延(HVPE)沉积 因而制造的材谇牛。宽带隙GaN和相关的材料被认为属于用于各种器件的最引起注意的 化合物半导体。它们适用于在从可见光到紫外光的宽光谱范围内以及在高 温/大功率应用领域工作的光电子器件和微电子器件。氮化物半导体与其他 宽带隙半导体相比的主要优点在于，它们在用于光学器件和微电子器件 时，在高温和大功率下分解倾向低。同时，期望低维的量子局限效应(即 在量子线和量子点中)成为用于提高光学器件性能的最重要的技术之一。 已经使用例如在选定的区域上刻蚀(etching),再生长、过生长、在倾斜的 衬底上生长、自组织方法等的方法在III-V族氮化物中进行了各种低维结 构的制备。尽管过去几年技术有了进步，但是仍有阻碍GaN器件进一步发展的一 个主要障碍，即缺少高质量和可在商业上应用的低成本、自支撑GaN衬底 (free-standing GaN substrate )。可选择的衬底，例如蓝宝石和SiC通常用 在基于氮化物的器件(nitride-based device )中。由沉积膜和衬底(异质外 延)之间的晶格失配和大的热胀系数差异造成的非常高(109到101Qcm—2) 密度的穿透位错(threading dislocation)和由不期望的残余应变？ 1起的严重 的晶片弯曲/裂紋出现在生长的氮化物层中。这些因素可严重影响基于氮化 物的光电子器件和微电子器件的性能和使用寿命。外延横向过生长(叩itaxial lateral overgrowth)技术(所谓的ELOG和其的变4奐，即端面开始的外延4黄向过生长(facet initiated epitaxial lateral overgrowth) ( FIELO )以及Pendeo (源自拉丁文，悬挂或被悬桂))是用 于抑制材料中的弯曲和大部分穿透位错的最广泛使用的方法。在初期生长(initially-grown)的GaN膜上沉积的横向过生长氧化物(或金属)带已显 示出达到了减少约两个数量级的位错密度，位错密度减小到了 107 crn^水 平。然而，低缺陷密度材料只在翅域(wing region)出现，位于聚结前部(coalescence front),且只代表整个晶片表面区域的约五分之一。大的聚结 前部倾斜(coalescence front tilting)和张应力都存在于过生长区域中。低缺陷密度的自支撑GaN目前是实现光电子器件和微电子器件的期 望规格的可选择材料之一。体生长法(bulk)(熔化或升华)以及氢化物气 相外延(HVPE)是用于生长自支撑且低缺陷密度GaN的两种主要技术。度(〈0、m—2)的材料。不过，这种技术由于低的生长速率且限于小直径衬 底，使得它们十分昂贵，且对商业生产来说是不经济的。最近日亚化学公 司(Nichia Chemicals Inc.)展示了使用HVPE生长衬底，在30mW输出电 平CW工作条件下记录的氮化物激光器寿命为15,000小时。HVPE无疑是 用来提供低缺陷密度GaN和大直径商用自支撑GaN衬底的最有前途的技 术之一。HVPE是一种基于可逆平4軒的热壁方法(reversible equilibrium-based hot-wall process),具有以下几个优点(1)高的生长速率(高达lOOpm/hr 一比MOCVD和MBE方法快100多倍)；(2 )低运行成本；(3 )混合位错 的相互湮灭降低厚GaN的缺陷密度。然而，HVPE技术仍具有由于其在异 质衬底上生长所带来的同样的固有的问题。因此， 一般说来，使用HVPE 的厚的GaN的生长必须解决两个主要问题第一，减少在异质衬底上初期 的GaN厚膜(30-100pm )的弯曲和裂紋，以及第二，将GaN的缺陷密度 减到最小。由于使用了异质衬底，所以GaN厚膜的裂紋取决于生长条件和冷却条 件。GaN中裂紋产生的临界厚度可从通常通过HVPE直接在蓝宝石衬底上 生长的GaN的典型值10-15pm提高为通过使用反应溅射A1N緩冲层或通过使用ZnO緩冲层的40-80ixm厚的无裂紋层。然而，即使这个厚度，对于 衬底分离过程中的安全操作也是不够的。为进一步减少初期生长的较厚的 GaN膜中的裂紋，还使用了其他生长技术，例如ELOG、在图形衬底 (patterned substrate )上生长、使用熔化的Ga界面层再生长、使用与GaN 更好匹配的衬底以及使用减薄且机械弱化的蓝宝石村底。为减小缺陷密度(主要是穿透位错)和应变，以及为改善使用HVPE 生长的厚GaN膜的表面形态，已使用了各种技术，例如ELOG、在较低反 应器压力下生长以及使用TiN中间层或在弱化的Si、 GaAs和其他III-V族 单晶晶片上深的倒棱锥形腐蚀坑的生长。然而，使用这些技术的生长方法 冗长、耗时且昂贵。这样制造的GaN还是具有弯曲和不期望的残余应变的 主要缺点。在第6,413,627、 5,980,632、 6,673,149、 6,616,757、 4,574,093以及 6,657,232号美国专利中描迷了各种适合于生长GaN材料的气相沉积方法。 其他涉及这些方法的出版物包括1. Handbook of Crystal Growth, Vol 3, edited by D. T. J. Hurle, Elsevier Science 1994.2. R. F. Davis et al, "Review of Pendeo-Epitaxial Growth and Characterization of Thin Films of GaN and AlGaN Alloys on 6H-SiC(0001) and Si(lll) Substrates" MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 6, 14, 1(2001).3 M. Yoshiawa, A. Kikuchi, M. Mori, N. Fujita and K. Kishino, "Growth of self-organised GaN nanostmctures on AI2O3 (0001) by RF-radical source molecular beam epitaxy. " Jpn. J. Appl. Phys., 36, L359 (1997).4. K. Kusakabe, A. Kikuchi, and K. Kishino, "Overgrowth of GaN layer on GaN nano-columns by RF隱molecular beam epi本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造单晶化合物半导体材料的方法，其包括： （ａ）提供其上生长有化合物半导体纳米结构的衬底材料，以提供初期外延生长表面； （ｂ）使用外延横向过生长在所述纳米结构上生长化合物半导体材料；以及 （ｃ）使生长的所述化合物半导体 材料与所述衬底分离。
【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：王望南，
申请(专利权)人：雷诺根公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。