[发明专利]具有吸气剂的多晶III族金属氮化物及其制造方法

说明书

本申请是申请日为2009年12月11日、申请号为200980154756.9、发明名称为“具有吸气剂的多晶III族金属氮化物及其制造方法”(PCT/US2009/067745，进入国家阶段日期2011年7月15日)之申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本发明要求于2008年12月12日提交的共同受让的临时专利申请No.61/122332的优先权，其针对所有目的通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般性涉及处理用于晶体生长的材料。更具体地，本发明提供适于用作以氨碱或氨酸技术进行含镓氮化物晶体的晶体生长的原料的晶体氮化物材料，也可包括其他方面。在其他实施方案中，本发明提供适于合成多晶氮化物材料的方法，但应认识到其他晶体和材料也可被处理。这种晶体和材料包括但不限于GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN和AlInGaN，以及用于制造块体或图案化衬底的其他材料。这些块体或图案化衬底可用于多种应用，包括光电器件、激光器、发光二极管、太阳能电池、光电化学分解水制氢和氢能发电、光电探测器、集成电路和晶体管以及其他设备。

背景技术

含氮化镓的晶体材料用作制造常规光电器件如蓝光发射二极管和激光器的衬底。这种光电器件通常在组成与沉积氮化物层不同的蓝宝石或碳化硅衬底上形成。在常规金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法中，在气相由氨和有机金属化合物进行GaN的沉积。尽管成功，但是获得的常规生长速度难以提供整体的GaN材料的块体层。另外，位错密度也很高，导致光电器件的性能较差。

已经提出通过氨热合成得到氮化物晶体。氨热晶体生长方法预计具有可扩展，如在Dwilinski，等人的[J.Crystal Growth 310，3911(2008)]，Ehrentraut，等人的[J.Crystal Growth 305，204(2007)]，D′Evelyn等人的[J.Crystal Growth 300，11(2007)]和Wang等人的[Crystal Growth&Design6，1227(2006)]中描述的那样。氨热方法一般需要多晶氮化物原料，然后重结晶到种晶上。对于氨热生长的GaN晶体的持续挑战是杂质的显著含量，导致晶体有色，例如，黄色、绿色、灰色或褐色。残留杂质可导致在该衬底上制造的发光二极管的光吸收，负面影响效率，并且也会使电导率劣化和/或在晶体中产生应力。杂质的一个来源是多晶氮化物原料。

例如，通过相对较贵的气相法进行氢化物气相外延生长的氮化镓显示非常好的透光性，在约385纳米至约620纳米波长处的光吸收系数低于2cm^-1[Oshima等人，J.Appl.Phys.98，103509(2005)]。然而，我们注意到最透明的氨热生长的氮化镓晶体是淡黄色的并且在约465纳米至约700纳米波长处的光吸收系数低于5cm^-1[D′Evelyn等人，J.Crystal Growth300，11(2007)和美国专利7,078,731]。

提出了几种合成多晶氮化物材料的方法。Callahan等人[MRS Internet J.Nitride Semicond.Res.4，10(1999)；美国专利6,406,540]提出涉及在由加热NH₄Cl形成的蒸气中加热镓金属的化学气相反应过程。Wang等人[J.Crystal Growth 286，50(2006)]和Park等人[美国专利申请2007/0142204、2007/0151509和2007/0141819]也讨论了相关方法，这些都通过引用全文并入本文。观察到的主要杂质是氧，含量为约16至约160ppm。未指出氧的化学形式。Tsuji[美国专利申请2008/0193363]公开了涉及仅在氨中加热和产生氧含量低于0.07wt％的GaN粉末的取代方法，其通过引用全文并入本文。Spencer等人[美国专利7,381,391]还公开了涉及使Ga金属与润湿剂如Bi接触并仅在氨中加热产生氧含量低于650ppm的GaN粉末的另一种取代方法。

所需的是低成本制造适用于块状氮化镓晶体的晶体生长和不利于块状晶体中杂质的多晶氮化物材料的方法。

发明内容