本发明专利技术公开了一种生长厚III-N层的外延生长方法，其中，III指元素周期表中第III族中的至少一种元素，厚III-N层被沉积在异质衬底上。外延生长方法优选用HVPE来实现。衬底也可以是包含异质衬底和至少一个薄III-N中间层的模板。通过使衬底具有有意选取的取向差和/或在外延生长处理过程的最后减小N/III比率和/或反应器压力，可以改善表面质量。本发明专利技术也公开了具有这种改善III-N层的衬底和半导体器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种生成厚III-N层和III-N衬底的方法，其中，N是氮，III是来自元素周期表第III族的至少一种元素，特别是选自铝、镓和铟中的一种或多种元素(下面简称III-N)，本专利技术还涉及具有改进的表面形态的厚III-N层和III-N衬底。特别地，所述 III-N材料是晶体、特别是单晶体。
技术介绍
III-N材料系在当今的半导体材料中发挥着重要的作用。它用于许多重要的光电和电子器件。这些器件是基于外延生长在适合衬底晶体上的半导体层结构。如果用同相外延通常得到最好的外延生长结果，也就是层在相同成分的衬底上生长。因此同相外延的 III-N是所需要的。然而，这类III-N在商业上几乎是得不到的，因为其生产具有巨大的挑占戈性[I. Grzegory 禾P S. Porowski, in Gallium Nitride and Related Semiconductors, 1999, INSPEC, B 1.1，359-366]。一种提供III-N衬底的方法是沉积厚III-N层。近年来，一些研究组[S. S. Park, I. Park 和 S. H. Choh, Jpn. J. App 1. Phys. 39，Ll 141 (2000)；和 X. Xu, R. P. Vaudo, C. Loria, A. Salant, G. R. Brandes，和 J. Chaudhuri, J. Cryst. Growth 246,223(2002)]研发了采用氢化物气相外延(HVPE)法同相外延生长厚GaN层。这些研发的目的是代替GaN基技术的像蓝宝石(Al2O3)和SiC的异质衬底，因为这类异质衬底的应用限制了器件的性能。这些限制的主要原因是高缺陷密度，所述高缺陷密度源于在晶格常数和热膨胀系数失配下在异质衬底上的同相外延生长。当生长不是直接发生在异质衬底上，而是发生在生长在异质衬底上的薄III-N层上，这样生长得到的厚层更好[T. Paskova等，phys. stat. sol. (a)，1999，176， 415-419]。在此文献和下面的描述中，包括有至少一个异质衬底和至少一层薄III-N层的组合被称为模板。使用这种由HVPE生长的模板来生产电子和光电器件，特别是GaN激光二极管 [S. Nagahama, T. Yanamoto, M. Sano,禾口 T. Mukai，Jpn. J. Appl. Phys. 40，3075 (2001)；禾口 M. Kuramoto, C. Sasaoka, Y. Hisanaga, A. Kimura, A.Yamaguchi, H. Sunakawa, N. Kuroda, M. Nido, A.Usui，和 M. Mizuta, Jpn. J. Appl. Phys. 38，L184(1999)]和带有紫外光谱区域发射的光发射二极管(LEDs) [X. A. Cao, S. F. LeBoeuf，M. P. DEvelyn, S. D. Arthur, J. Kretchmer, C. H. Yan,和 Ζ. H. Yang, Appl. Phys. Lett. 84，4313 (2004)]。但是这些模板仍有一些问题。它们通常表现出强的弯曲和明显的断裂形成倾向。这两种负面效应都是由于 GaN和异质衬底(通常是蓝宝石)的不同的热膨胀而导致的。此外，通过HVPE生长的GaN层经常有粗糙的表面，在其可以被用作进一步外延生长的模板之前，需要对其进一步抛光 [S. S. Park 等，supra ；禾口 L. Liu 和 J. H. Edgar, Mat. Sci. Engin. R37，61 (2002)]。除了所选择的异质衬底外，断裂形成的敏感度还强烈依赖于分别用于HVPE生长的形成于异质衬底和层或模板之间的成核层或缓冲层。通常我们采用1.5微米厚的GaN 模板，它们是在2英寸的蓝宝石晶片上通过金属有机汽相外延(MOVPE)生成的。我们注意到，如果在MOVPE处理中采用低温下由AlN生长得到的成核层[B. Kuhn和F. Scholz, phys. stat. sol. (a) 188，629 (2001)]替代常规的 GaN成核层，来制造模板[F. Habel,P. Bruckner, 和F. Scholz, J. Cryst. Growth 272，515 (2004)]，则可以通过HVPE生长没有断裂的较厚的层。很明显，此改善是由于在室温下成核层的更高的压缩应变，因为其减轻或消除了在大约1000°C的典型HVPE生长温度下的净拉伸应变。甚至可以在图案化模板(例如，选择性生长的GaN条纹)上生长无断裂的较厚的层[P. Bruckner, F. Habel，和F. Scholz (2005)， Contribution to ICNS 6, Bremen, Germany, August 2005]。在早期的研究中[F.Habel, P. Bruckner, J. Tsay, W. Liu，F. Scholz, D. khmitz，和 Μ. Heuken, phys. stat. sol. (c) 2，2049 (2005)]，我们观察到通过 HVPE 生长的 GaN 层的形态有明显的差异。这些差异明显和模板的选择有关。通过标准特性方法(光显微镜，X射线衍射，光致发光光谱学，原子/扫描力显微镜)估测的其它层属性则没有明显的差异。因此， 下面我们着重于在早期的调查中没有深入研究的模板特性。只是近来才有一些研究组报道薄GaN层的表面形态[T. Yuasa, Y. Ueta, Y. Tsuda, A. Ogawa, M. TaneyajP K. Takao, Jpn. J. Appl. Phys. 38，L703(1999) ；D. Lu, D. L. Florescu, D. S. Lee, V. Merai, J. C. Ramer, A. Parekh, 禾口 E. A. Armour, J. Cryst. Growth 272, 353 (2004)；禾口 Y. N. Drozdov, N. V. Vostokov, D. Μ. Gaponova, V. Μ. Daniltsev, Μ. N. Drozdov, 0. I. Khrykin, A. S. Filimonov，和 V. I. Shashkin, Semiconductor 39,1(2005)]或由 MOVPE 生长的 AlN 层[Q. Paduano 和 D. Weyburne, Jpn. J. Appl. Phys. 44，L150 (2005)]通过使用带有微斜切的(斜切的角度大概是0. 3° )蓝宝石晶片得以改善。这类表现从III的砷化物和磷化物的MOVPE[R. Sasaki, J. Cryst. Growth 160,27(1996)；禾ΠΜ· Razegi 和 J. P. Duchemin, J. Cryst. Growth 64，76(1983)]*HVPE[M.J.McCollun^PG.E.Millman，High purity InP grown by 本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于生成ＩＩＩ－Ｎ衬底的方法，其中，ＩＩＩ表示元素周期表中第ＩＩＩ族元素中的至少一种元素，所述方法包括步骤：在预定的Ｎ／ＩＩＩ比率和预定的反应器压力下，通过外延生长在衬底上沉积厚度至少是４０微米的ＩＩＩ－Ｎ层；其中，在接近ＩＩＩ－Ｎ层外延生长过程的最后阶段，Ｎ／ＩＩＩ比率和／或反应器压力分别相对于预定Ｎ／ＩＩＩ比率和／或预定反应器压力降低。
【技术特征摘要】
2005.05.06 DE 102005021099.61.一种用于生成III-N衬底的方法，其中，III表示元素周期表中第III族元素中的至少一种元素，所述方法包括步骤在预定的N/III比率和预定的反应器压力下，通过外延生长在衬底上沉积厚度至少是40微米的III-N层；其中，在接近III-N层外延生长过程的最后阶段，N/III比率和/或反应器压力分别相对于预定N/III比率和/或预定反应器压力降低。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述N/III比率的减小和/或所述反应器压力的减小范围分别被减小到预定N/III比率的50%到5%，和/或被减小到预定压力的6...
【专利技术属性】
技术研发人员：费迪南·斯考兹，彼得·布克纳，弗兰克·哈伯尔，马提亚·彼得，克劳斯·柯勒，
申请(专利权)人：弗赖贝格化合物原料有限公司，欧司朗光电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：DE
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