生长氮化镓结晶组合物的方法技术

一种生长结晶组合物的方法，第一结晶组合物可包含镓和氮。结晶组合物可具有位于约３１７５ｃｍ↑［－１］处的红外吸收峰且单位厚度吸收率大于约０．０１ｃｍ↑［－１］。在一种实施方案中，组合物具有小于约３×１０↑［１８］ｃｍ↑［－３］的氧浓度，且在第一结晶组合物的确定体积内可不含二维平面晶界缺陷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及与结晶组合物相关的方法。
技术介绍
金属氮化物基光电器件和电子器件可商业利用。可能期望获得缺陷水 平较低的金属氮化物。缺陷可包括器件半导体层中的螺位错。这些螺位错 可能源于金属氮化物层与 非同质衬底如蓝宝石或碳化硅的晶格失配。缺陷 可能源于热膨胀失配、杂质和倾斜边界(tiltboundary),这取决于层生长方法的细节。可能期望获得不同于现有方法的制备和/或金属氮化物的方法。
技术实现思路
在一种实施方案中， 一种方法可包括在衬底上生长第一结晶组合物。 该第一结晶组合物可包含镓和氮。该结晶组合物可具有位于约3175 cm"之 处的红外吸收峰且单位厚度吸收率大于约0.01 cm"。或者，该第一结晶组 合物可具有小于约3xl018 cn^的氧浓度，并且在该第一结晶组合物的测定 体积中可不含二维平面晶界缺陷。可将该第 一结晶组合物从衬底上取下，以使该第 一 结晶组合物限定种晶。可在该第 一 结晶组合物的至少 一个表面 上生长第二结晶组合物。本专利技术的实施方案可包括加热处于压力之下并与形核中心连通的源材 料的方法。形核中心可包括含有小于约5摩尔％的磷、砷、铝或铟的第一结晶组合物。该第一结晶组合物可包括至少一个直径大于3mm、 一维位错密 度小于约1000 cn^的晶粒，并且可不含二维缺陷如倾斜边界。该方法还可 包括在第一结晶组合物上生长第二结晶组合物。 一方面，第二结晶组合物 可包括氮化镓。一方面，本专利技术还涉及形成氮化镓结晶组合物的方法，其中在一种实 施方案中晶体横向生长，沿<1150>方向横向生长生成具有大面积(0001)和 (oooi)晶面的结晶组合物。在另一实施方案中，沿<1010>方向横向生长生 成具有大面积(oooi)和(oooi)晶面的结晶组合物。在第二实施方案中，沿 <oooi>方向横向生长生成具有大面积(ioio)晶面的结晶组合物。在第三实 施方案中沿<oooi>方向横向生长生成具有大面积(i i5o)晶面的结晶组合物。附图说明在附图中可始终使用相同的标记表示相同或类似的部分。 图1是根据本专利技术实施方案用于制备氮化镓结晶组合物的封壳的截面 示意图。图2是根据本专利技术实施方案用于制备氮化镓结晶组合物的压力容器的截面示意图。图3是根据本专利技术实施方案的结晶组合物的一组光致发光光谱。图4是在包含位错的c取向种晶上生长的体氮化镓中的位错的演变示意图。图5是在包含倾斜边界的c取向种晶上生长的体氮化镓中的倾斜边界 的演变示意图。图6是具有切口(cutout)的氮化镓种晶的示意图，借助于切口即使种晶 存在缺陷也能够生长大面积的低位错密度结晶组合物。图7是具有(a)简单磨边(simply-ground edge); (b)削角边；或(c)倒圆边 的氮化镓晶片的边缘的示意图。图8示出根据本专利技术实施方案制备的示例性体氮化镓衬底的红外光语。化镓膜的厚度变化的曲线图。图10是根据本专利技术实施方案的方法生长的结晶组合物的照片。图11是根据本专利技术实施方案的方法生长的另一结晶组合物的照片。图12是激光二极管寿命与位错密度的关系曲线图。 具体实施例方式本专利技术涉及具有确定特性的结晶组合物。本专利技术涉及与制造和/或使用 该结晶组合物相关的方法。还提供由该结晶组合物形成的 一种或多种晶片 以及由所述晶片形成的电子器件。如本说明书和权利要求中所用，可使用近似的表述修饰任意定量表达， 允许定量表达在不改变其所涉及的基本功能的情况下改变。因而由术语如 "约"修饰的的值不限于所规定的精确值。在一些情况下，近似的表述可 相应于测量数值所用仪器的精度。结晶组合物和准晶组合物可包括原子形成均匀周期性阵列的材料。准 晶组合物每单位面积可具有预定数量的晶粒。结晶组合物缺陷可存在于各 晶粒中或者可以是限定晶粒的晶界，并且可以例如大于1 cm^且小于约 10,000 cm々或最多约1016 cm^的量存在。多晶材料包括多个随机取向的晶 粒，其中各晶粒可包括单晶，其中多个晶粒具有大于约10"cn^的晶界。结晶组合物缺陷是指下列中的一种或多种点缺陷，例如空位、间隙 和杂质； 一维线缺陷，例如位错(刃位错、螺位错、混合位错)；二维面缺陷， 例如倾斜边界、晶界、解理点和解理面(cleavage point and surface);以及三 维扩展缺陷(three-dimensional extended defect)，例如孑L隙、蚀坑(pit)和裂紋。 缺陷可指前述中的一种或多种，除非上下文或表述表明主体为缺陷的特定 子集。"不含二维缺陷"可与"不含倾斜边界"互换使用，这表示，结晶组 合物可含有极少量的倾斜边界或者含有的倾斜边界可具有使其不易被TEM 或X射线衍射检测到的倾斜角；或者结晶组合物可包括彼此远隔例如至少 1毫米或更大确定距离的倾斜边界。因而，"不含"可与术语组合使用，并 且可包括仍视为不含被修饰术语的极少量或痕量，"不含"还可包括完全没 有被修饰的术语。如本文所用，术语"第III族氮化物半导体晶体"或"结晶组合物"或"包括氮化镓的结晶组合物"是指由AlxInyGa^yN表示的GaN、 A1N、 InN、 AlGaN、 InGaN及其合金，其中0^x51， 0S"l且0^x+y^1。如本文所用，术语"包括氮化镓的结晶组合物"可与"包括氮化镓的 晶体"互换使用。根据本专利技术的实施方案，不含二维缺陷如晶粒和倾斜边界的结晶组合 物可由单核或由种晶合成和生长。结晶组合物具有由符号x、 y、 w表示的 三维尺寸，w为厚度，x和y为垂直于w的晶面的尺寸。对于圆形或环形晶 体，x二y—吉晶组合物的直径。所生长的结晶组合物的至少一个尺寸x或y 具有20毫米(mm)或以上的大小。结晶组合物可包含一个或多个晶粒，晶粒 可具有如本文所披露的确定特性或属性。在一种实施方案中，结晶组合物可为n型、导电、不透明、没有横向 应变且没有二维平面晶界缺陷，并可具有小于约10,000 cm^的一维线位错 密度。在一种实施方案中，位错密度可小于约1000 cm々或小于约100 cm-2。 二维平面晶界缺陷例如可包括倾斜边界。结晶组合物在一种实施方案中可为p型，在另一实施方案中可为半绝 缘的。参考p型材料，在大约室温下、低于约300开尔文(K)的温度下、约 300K至约250 K的温度下、低于约250 K的温度下、约250K至约100K 的温度下、或低于约100 K的温度下，结晶组合物可作为p型半导体。在 一种实施方案中，结晶组合物可具有磁性，可发光，或者可具备两者。结 晶组合物可具备下述中的一种或多种不透明性、光吸收性和/或黑色。在 一种实施方案中，不透明结晶组合物可以是无掺杂的结晶组合物，具体地， 不透明结晶组合物可不含镁。如本文所用，黑色具体区别于深灰色、深蓝 色、深棕色或其它颜色并且没有主色调(predominant hue)。在一种实施方案中，结晶组合物可包含某种形式的氢，该种形式的氢 引起位于3175 cm"附近的红外吸收峰且单位厚度吸收率大于约0.01 cm"。结晶组合物可包含最多约5摩尔％的硼、铝、铟、磷和/或砷。在一种 实施方案中，结晶组合物可包含含量为约0.1摩尔％至约0.25摩尔％,约0.25 摩尔％至约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生长氮化镓结晶组合物的方法，包括：　加热与形核中心连通的源材料，其中所述形核中心包括含有镓和氮的第一结晶组合物，该第一结晶组合物具有厚度ｗ以及限定垂直于厚度ｗ的晶面的尺寸ｘ和ｙ，其中该第一结晶组合物包括至少一个尺寸ｘ或ｙ为至少３ｍ ｍ的至少一个晶粒，所述至少一个晶粒不含二维缺陷且具有小于约１０，０００ｃｍ↑［－２］的一维位错密度；以及　在所述第一结晶组合物上生长第二结晶组合物，其中所述第一结晶组合物和所述第二结晶组合物是相同或不同的第Ⅲ族氮化物。

【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：马克P德维林，克里斯蒂J纳兰，朴东实，洪慧聪，曹宪安，拉里Q曾，
申请(专利权)人：莫门蒂夫性能材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]