在基材上沉积III族氮化物半导体材料的方法包括在成核HVPE工艺阶段中在基材表面上沉积III族氮化物半导体材料的层，以形成具有包括至少一些非晶III族氮化物半导体材料的微结构的成核层。所述成核层可进行退火以在基材表面上形成外延成核材料的晶岛。所述外延成核材料的岛可在聚结HVPE工艺阶段中生长和聚结以形成外延成核材料的成核模板层。所述成核模板层可至少基本上覆盖基材的表面。可在另外的HVPE工艺阶段中在所述外延成核材料的成核模板层上沉积另外的III族氮化物半导体材料。通过这种方法形成包括III族氮化物半导体材料的最终结构和中间结构。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例一般涉及用于在基材上沉积III族氮化物材料的方法，以及通过这种方法形成的结构。更特别地，本专利技术的实施例涉及用于在包括生长模板层的基材上沉积III族氮化物材料的方法，以及通过这种方法形成的结构，所述生长模板层包括金属氮化物材料。
技术介绍
化学汽相沉积(CVD)是用于在基材上沉积固体材料的化学工艺，并且通常用在半导体设备的制造中。在化学汽相沉积工艺中，将基材暴露在一种或多种试剂气体中，所述一种或多种试剂气体以在基材表面上产生固体材料的沉积的方式反应、分解或者反应和分解两者。一种特殊类型的CVD工艺在本领域中被称为汽相外延(VPE)。在VPE工艺中，将基材暴露在反应室中的一种或多种试剂蒸气中，所述一种或多种试剂蒸气以在基材表面上产生固体材料的外延沉积的方式反应、分解或者反应和分解两者。VPE工艺通常用于沉积II1-V型半导体材料。当VPE工艺中的试剂蒸气中的一种包括卤化物蒸气时，该工艺可称为卤化物汽相外延(HVPE)工艺。利用VPE工艺 形成III族氮化物半导体材料(例如氮化镓(GaN))是本领域已知的，在VPE工艺中金属有机(MO)前体材料在反应室中分解以形成III族氮化物半导体材料。这种工艺通常被称为金属有机汽相外延(MOVPE)工艺，并且可被描述为金属有机化学汽相沉积(MOCVD)工艺。在沉积所需的主体III族氮化物半导体材料之前，通常利用若干连续预沉积工艺来进行这种MOPVE工艺。这些连续预沉积工艺可包括生长基材(例如，蓝宝石基材)的高温氢气烘培、生长基材的氮化、在相对较低的温度下在生长基材上III族氮化物材料的成核模板层的形成、在相对较高的温度下成核模板层的退火、成核模板层的聚结(coalescence),以及最后在成核模板层上主体III族氮化物材料层的生长。HVPE工艺还用于形成例如氮化镓(GaN)的III族氮化物半导体材料。在这种工艺中，在基材上GaN的外延生长可源自在反应室中在约500° C和约1，000° C之间的高温下进行的氯化镓(GaCl)和氨(NH3)之间的汽相反应。NH3可从NH3气体的标准来源提供。在某些方法中，通过在经加热的液态镓(Ga)上通过氯化氢(HCl)气体(该HCl气体可从HCl气体的标准来源提供)提供GaCl蒸气，以在反应室中原位形成GaCl。液态镓可被加热到约750° C和约850° C之间的温度。GaCl和NH3可被引导至经加热的基材(例如半导体材料的晶片)的表面(例如，之上)。2001年I月30日授权给Solomon等人的美国专利N0.6，179，913公开了一种在这种系统和方法中使用的气体喷射系统。HVPE工艺目前广泛用于在蓝宝石上生长相对较厚的GaN层，主要是因为可通过HVPE工艺获得相对较快的生长速率，该生长速率为每小时几十到几百微米。然而，利用HVPE生长厚GaN层通常需要通过金属有机汽相化学沉积(MOCVD)生长的GaN模板层。在没有这种GaN模板层的情况下，当厚度超过某些值时，直接在蓝宝石上生长的GaN层通常会开裂。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
以便以简化形式介绍概念的选择，所述概念在本专利技术的某些示例实施例的以下详细描述中进一步描述。本
技术实现思路
不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。希望提供可用于利用HVPE工艺直接在非同质基材(例如，蓝宝石)上形成相对较厚的II1-V型半导体材料(例如，III族氮化物半导体材料(例如，GaN))的层的方法和系统。在某些实施例中，本专利技术包括在基材上沉积III族氮化物半导体材料的方法。这种方法可涉及使用金属三氯化物前体和金属四氯化物前体。根据这种方法，在成核HVPE工艺阶段中，在基材表面上沉积III族氮化物半导体材料的层，以形成具有纳米结构的成核层，所述成核层包括至少一些纤锌矿微晶和一些非晶III族氮化物半导体材料。将所述成核层退火以在基材表面上形成至少基本上纤锌矿成核材料的晶岛。在聚结HVPE工艺阶段中，生长并聚结所述至少基本上纤锌矿成核材料的岛，以形成至少基本上纤锌矿成核材料的成核模板层。所述成核模板层可至少基本上覆盖基材的表面。在另外的HVPE工艺阶段中，在所述至少基本上纤锌矿成核材料的成核模板层上沉积另外的III族氮化物半导体材料。本专利技术的另外的实施例包括最终结构和中间结构，所述最终结构和中间结构包括通过如本文所公开的方法形成的III族氮化物半导体材料。附图说明 可通过参考在附图中所示的以下示例实施例的详细描述而更充分地理解本专利技术的实施例，在附图中:图1A为示意性地示出了 HVPE沉积系统的示例实施例的横截面图,所述HVPE沉积系统包括反应室和至少一个气体喷射器，并且可用于本专利技术的方法的实施例；图1B为沿着图1A中所示的截面线1Β-1Β所呈现的图1A中所示的反应室的示意性横截面图；图2示意性地示出了可在图1A的沉积系统中使用的热化气体喷射器的一个实施例；图3示意性地示出了可在图1A的沉积系统中使用的气体喷射器的另一示例实施例；图4为图3的气体喷射器的一部分的放大的局部剖视图；图5为根据本专利技术的方法的实施例可使用的基材的简化横截面图；图6为示出了沉积在图5的基材上的成核层的简化横截面图，所述成核层在其微结构中包括非晶区域和结晶区域；图7为基本上示出了通过将图6中所示的成核层退火而形成的成核材料的晶岛的简化横截面图；图8为示出了图7中所示的成核材料的晶岛的生长和聚结以形成成核模板层的简化横截面图；图9示出了通过使III族氮化物半导体材料优先从图8中所示的成核材料的岛的成角度的侧面横向生长而形成的III族氮化物半导体材料的横向过生长层；图10示出了通过在图9中所示的III族氮化物半导体材料的横向过生长层上竖直生长III族氮化物半导体材料而形成的III族氮化物半导体材料的另一过生长层；图11-13为示出了一种机制的简化图，通过该机制可将图6的成核层转化成如图7中所示的那些的成核材料的岛；图11为在将成核层退火以形成图7中所示的成核材料的岛之前图6的成核层的微结构如何呈现的简化图，以及示出了成核层的微结构中的非晶区域和结晶区域；图12示出了分解和再沉积机制，在图7所示的成核材料的晶岛形成期间，可通过该分解和再沉积机制将图6的成核层中的非晶材料掺入成核层中的结晶区域的晶体结构中；图13示出了类似于图7的那些岛，但具有不同形状的成核材料的岛，包括平顶或“平台形”的岛和尖锐“峰形”的岛，所述岛可通过如下方式形成:将图6中所示的成核层退火以形成图7中所示的成核材料的岛；图14用于示出穿透位错可如何传播通过平台形岛和峰形岛中的每一个并进入沉积在岛上的III族氮化物半导体材料中；图15为示出了在从图6的成核层形成图7的成核材料的岛的期间使用的某些工艺参数的变化如何影响所得到的成核材料的岛的高度、密度和形状中的每一个的图表；图16为示出了在从图7的成核材料的岛形成图8的成核模板层的期间使用的某些参数的变化如何影响成核模板层的表`面粗糙度、晶体质量和平均厚度中的每一个的图表；以及图17为示意性地表示沉积工艺的曲线图，所述沉积工艺可用于沉积图6中所示的成核层以及用于将成核层退火，从而利用HVPE沉积工艺和如图1A和IB中所示的系统来形成图7中所示的成核材料的岛。具本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：C·阿里纳，R·T·小伯特伦，E·林多，S·马哈詹，I·韩，
申请(专利权)人：SOITEC公司，代理并代表亚利桑那州立大学的亚利桑那董事会，
类型：
国别省市：
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