[发明专利]形成III/V族半导体材料的方法及用该方法形成的半导体结构

说明书

技术领域

本发明的实施方式总体上涉及形成III/V族半导体材料的方法，并且涉及使用该方法制造的半导体结构。

背景技术

例如，诸如III族-氮化物(例如，氮化铟镓(InGaN))、III族-砷化物(例如，砷化铟镓(InGaAs))以及III族-磷化物(例如，磷化铟镓(InGaP))的III/V族半导体材料可以用在各种电子、光学以及光电器件中。这样的器件的示例包括开关结构(例如，晶体管等)、发光结构(例如，发光二极管、激光二极管等)以及光接收结构(例如，波导、分路器、混合器、光电二极管、太阳能电池、太阳能子电池等)。包含III/V族半导体材料的这样的器件可以用在各种应用中。例如，这样的器件常常用于以一个或者多个波长产生电磁辐射(例如，可见光)。由这样的器件发射的电磁辐射可以用在例如介质存储和检索应用、通信应用、打印应用、光谱应用、生物剂检测应用以及图像投射应用中。

III/V族半导体材料可以通过在下层衬底上沉积或者“生长”III/V族半导体材料层来制造。III/V族半导体材料层是结晶体，并且可以基本上由III/V族半导体材料的单晶来构成。衬底被选择为具有与将在其上生长的III/V族半导体材料相同的晶体结构。衬底可以具有已知的、选择的晶向，使得其上将生长III/V族半导体材料的衬底的生长表面包括在衬底材料的晶体结构中的已知的晶面。然后，具有与衬底材料相同的晶体结构的结晶III/V族半导体材料可以外延生长在下层衬底上。换言之，III/V族半导体材料的晶体结构可以利用下层衬底的类似晶体结构对准和取向。虽然III/V族半导体材料的晶体结构可以与下层衬底类似，但是III/V族半导体材料的晶体结构内的给定晶面中的原子之间的间隔(在弛豫、平衡状态下)可以与下层衬底的晶体结构内的对应晶面中的原子之间的间隔不同。换言之，III/V族半导体材料的弛豫晶格参数可以与下层衬底材料的弛豫晶格参数不同。

更详细地，III/V族半导体材料层可以一开始“假晶”地生长在下层衬底上，使得III/V族半导体材料的实际晶格参数被强制(例如，由原子力)与III/V族半导体材料在其上生长的下层衬底的实际晶格参数基本上匹配。III/V族半导体材料和下层衬底之间的晶格错配可以引起III/V族半导体材料的晶格中的应变，并且该应变导致III/V族半导体材料内的对应应力。在III/V族半导体材料内储存的应力能量可以随着在衬底上生长的III/V族半导体材料层的厚度的增加而增加。如果III/V族半导体材料层生长到等于或者超过通常被称为“临界厚度”的总厚度，则III/V族半导体材料可能经历应变弛豫。III/V族半导体材料中的应变弛豫可能劣化III/V族半导体材料的结晶质量。例如，诸如位错的缺陷可能形成在III/V族半导体材料的晶体结构中，III/V族半导体材料层的暴露的主表面会粗糙化，和/或在其它均质材料内发生相分离，使得在III/V族半导体材料层内观察到非均质区域。

在一些情况下，在III/V族半导体材料中的这些缺陷可能使得III/V族半导体材料不适合在将使用III/V族半导体材料形成的最终操作器件中使用。例如，这样的缺陷可能导致在诸如发光二极管(LED)或者激光二极管的部分的III/V族半导体材料中形成的P-N结两端的电短路，使得P-N结和二极管没有生成想要的电磁辐射。

在本领域中需要形成其中具有较小的和/或数量减少的缺陷的III/V族半导体材料的方法，并且需要包括具有较小的和/或数量减少的缺陷的这样的III/V族半导体材料的半导体结构和器件。

发明内容

提供该发明内容，从而以简化的形式来介绍概念的选择，所述概念将在本公开的以下一些示例实施方式的详细描述中进行进一步说明。该发明内容不旨在标出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不是用来限制所要求保护的主题的范围。

在一些实施方式中，本公开包括形成氮化铟镓(InGaN)的方法。根据这样的方法，在腔室内提供氮化镓(GaN)层。在GaN层的表面上外延生长InGaN层。外延生长InGaN层的步骤包括：在腔室内提供气体前体混合物；选择气体前体混合物，以包括一个或者多个III族前体和氮前体；以及将气体前体混合物配制为使腔室内的氮前体的分压与一个或者多个III族前体的分压的比率为至少大约5600。在GaN层的表面附近分解一个或者多个III族前体的至少一部分以及氮前体的至少一部分，以生长InGaN层。InGaN层生长到大于大约100纳米(100nm)的平均最终厚度。