[发明专利]用于形成III族氮化物材料的方法以及通过该方法形成的结构

说明书

技术领域

本发明的各个实施方案一般涉及在生长基材上形成III族氮化物材料的方法以及通过这种方法形成的结构，更特别地涉及使用氯化气体化学通过卤化物气相外延（HVPE）而形成III族氮化物半导体结构的方法以及通过这种方法形成的结构。

背景技术

III族氮化物可包括一种或多种材料，例如氮化镓（GaN）、氮化铟（InN）、氮化铝（AlN）和它们的合金（InGaN、AlGaN和InAlGaN）。可使用一种或多种方法用于形成III族氮化物。例如，形成方法可包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）、卤化物气相外延（HVPE）、分子束外延（MBE）和原子层沉积（ALD）。

III族氮化物通常异质外延沉积于“非同质(non-native)”生长基材上，即沉积于不包括III族氮化物生长表面的生长基材上。例如，当进行III族氮化物的异质外延沉积时，通常使用蓝宝石生长基材作为“非同质”生长基材。可使用III族氮化物的异质外延沉积，因为同质III族氮化物生长基材可能成本太高，并且相对难以获得。

III族氮化物的异质外延沉积通常如下进行：在生长基材上形成成核层，然后沉积III族氮化物的剩余主体。已证实MOCVD方法和体系对于直接在“非同质”生长基材上形成这种成核层和主体材料是相对成功的。然而，MOCVD方法和体系通常以相对较慢的速率（即大约小于3-4μm材料/小时）沉积III族氮化物材料。另外，MOCVD方法和体系通常使用成本太高的金属有机前体。

相反，HVPE方法和体系通常以快速生长速率沉积III族氮化物。例如，使用HVPE体系和方法，通常可实现超过100μm材料/小时的生长速率。此外，HVPE体系和方法通常使用价格合算的氯化镓前体。然而，已证实HVPE体系和方法对于直接在“非同质”生长基材上形成成核层和主体材料是不够成功的。

发明内容

本发明的各个实施方案一般涉及用于形成III族氮化物的方法以及通过这种方法形成的结构，更特别地涉及用于形成III族氮化物的方法以及通过这种方法形成的结构。

现在根据本发明的实施方案简要描述所述方法和结构。提供该发明内容从而以简化的形式介绍概念的选择，所述概念在本发明的实施方案的详细描述中进一步描述。该发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保护的主题的范围。

因此，本发明的实施方案可包括用于在生长基材上形成III族氮化物材料的方法。这种方法可包括在非同质生长基材的表面上形成III族氮化物成核层，以及在所述成核层上形成另外的III族氮化物层。III族氮化物成核层可通过如下方式形成：使用卤化物气相外延（HVPE）过程在非同质生长基材的上表面上沉积包括多个纤锌矿晶体结构的III族氮化物层，并热处理所述III族氮化物层。热处理所述III族氮化物成核层也可显著降低其中的氯物种的浓度。本发明的各个实施方案也可包括在生长基材的表面上基本上连续延伸的III族氮化物层的结构。所述III族氮化物层可包括多个纤锌矿晶体结构、无定形III族氮化物材料和多个未对准的晶体结构，所述多个纤锌矿晶体结构与生长基材的表面相邻，并与生长基材的表面晶体学对准；所述无定形III族氮化物材料包围所述多个纤锌矿晶体结构；所述多个未对准的晶体结构设置于所述无定形III族氮化物材料内。

本发明的另外的方面和细节以及要素的可选择的组合通过如下详细描述将是显而易见的，并且也在本发明的范围内。

附图说明

参照在附图中说明的示例实施方案的如下详细描述，可更完全地理解本发明的实施方案，在附图中：

图1A至1F示意性地示出了用于形成III族氮化物半导体结构的本发明的示例实施方案。

图2A至2F示意性地示出了用于形成III族氮化物半导体结构的本发明的另外的示例实施方案。

图3A至3B示意性地示出了用于形成III族氮化物半导体结构的体系的示例实施方案。

具体实施方式

本文呈现的说明不意在为任何特定方法、结构、材料或体系的实际视图，而是仅为用于描述本发明的理想化表示。

本文所用的标题仅为了清楚，而无任何意图的限定。本文引用了若干参考文献，无论如上所引用的参考文献的特点如何，这些参考文献都不被认为是与本文所要求保护的主题相关的现有技术。

如本文所用，术语“III族氮化物”意指并包括主要由来自周期表的IIIA族的一个或多个元素（Al、Ga和In）和氮（N）所组成的任何材料。