[发明专利]具有特定结晶特征的III-V族衬底材料及其制备方法

说明书

技术领域

下文涉及一种生成一种半导体衬底的方法，特别是，成形衬底和改善由此种衬底生成的器件的方法。

背景技术

半导体基化合物，包括III-V族材料，例如氮化镓（GaN），三元化合物，例如，铟镓氮（InGaN）和镓铝氮（GaAlN），乃至四元化合物（AlGaInN）都是直接带隙半导体。这些材料被认为具有短波长发射的极大潜能，因此适用于制造发光二极管（LED），激光管（LD），紫外探测器，以及高温电子器件。

然而，加工此类材料所带来的困难阻碍了此类半导体材料的发展，特别是此种材料高质量单晶形态的生成，而这正是光电子学中制造短波长发射器所必须的。GaN不是自然界出现的化合物，因此不能像硅、砷化镓或蓝宝石那样从晶锭融化并拉出，因为在常压下其理论融化温度超过其离解温度。作为替代手段，工业界转而通过外延生长工艺生成体GaN晶体。然而，外延法仍存在问题，包括适用的低缺陷密度体GaN材料的生成和其他结晶形态差异的存在，这些结晶形态差异包括晶体弓曲。

扩展缺陷（穿透位错、堆垛层错，和反向边界）的存在导致性能明显下降并且导致器件使用寿命的下降。更具体的说，位错表现为非辐射中心，从而降低这些材料制备的发光二极管和激光管的发光效率。另外，其他因素，例如结晶取向可以对GaN材料上生成的器件的性能有负面影响。

附图说明

通过参考附图，当前公开内容可被更好地理解，其大量的特征和优点对本领域技术人员而言也将变得明显。

图1包括流程图，此流程图提供了依照实施方式用于生成电子器件的半导体衬底材料的生成方法。

图2A包括依照实施方式在半导体衬底的生成过程中生成的各层的横截面图示。

图2B包括，依照实施方式，包含具有凹曲率主体的半导体衬底所生成的无支撑衬底的横截面图示。

图2C包括，依照实施方式，包含具有凸曲率主体的半导体衬底所生成的无支撑衬底的横截面图示。

图3A-3C包括依照一实施方式的成形工艺的横截面图示。

图4A-4C包括依照一实施方式的成形工艺的横截面图示。

图5A和5B包括依照本文实施方式的具有具备特定结晶特征的主体的无支撑衬底的横截面图示。

图6A和6B分别包括具有传统特征和示范特征的衬底主体的横截面图示。

不同图示中使用的同样的附图标记表示相似或完全一样的项目。

具体实施方式

下文涉及衬底材料，特别是，可以用于制造电子器件的由半导体材料构成的衬底。具体地说，本文的实施方式中的衬底可能用于生成发光二极管（LED）或激光管（LD）。实施方式中的衬底可以包括III-V族材料例如氮化镓（GaN）。应当认识到，提及的III-V族材料包括，具有至少一个元素周期表中的III族元素和至少一个元素周期表中的V族元素的化合物。

图1包括流程图，此流程图图示，依照实施方式，由适用于在其上制造电子器件的半导体材料组成的半导体衬底的生成方法。如图所示，工艺流程可以在步骤101通过提供衬底开始，此衬底也被称为模板衬底。模板衬底可以作为适用于支撑模板衬底上所生成的多个层的结构，并充当为在模板衬底上生成多个层的异质外延支撑结构。

依照一实施方式，模板衬底可以为无机材料。一些适用的无机材料可以包括氧化物，碳化物，氮化物，硼化物，含氧碳化物，含氧硼化物，含氧氮化物，以及它们的组合。在某些实例中模板衬底可以包括氧化铝，尤其是，可能包括单晶氧化铝（即蓝宝石）。一种实施方式利用大体上由蓝宝石组成的衬底。

在步骤103，工艺流程可以通过生成覆盖在衬底上的缓冲层而继续。暂时转向图2A，图示为依照实施方式的半导体衬底200。显然，半导体衬底200可以包括衬底201（即模板衬底）和覆盖在衬底201上的缓冲层203。特别地，缓冲层203可以覆盖衬底201的主要上表面，尤其是，缓冲层203可以与衬底201的主要上表面直接接触。

缓冲层203的生成可以包括淀积工艺。例如，衬底可以被装载进一反应室，在反应室中提供适用的环境之后，缓冲层可以被淀积在衬底上。根据一实施方式，适用的淀积技术可以包括化学气相淀积。在一个特定实例中，淀积工艺可以包括金属氧化物化学气相淀积（MOCVD）。