[发明专利]形成III族氮化物合金

说明书

用于形成半导体器件的方法包括选择衬底、和纤锌矿III族氮化物合金层的压电极化和有效压电系数，在所述衬底上将形成纤锌矿III族氮化物合金层。确定是否存在满足所选有效压电系数的纤锌矿III族氮化物合金成分。还基于所选衬底和所选有效压电系数，确定是否存在满足所选压电极化的由纤锌矿III族氮化物合金成分形成的层的厚度。对于确定存在晶格常数满足所选有效压电系数的纤锌矿III族氮化物合金成分，并且该纤锌矿III族氮化物合金成分形成的层的厚度满足所选压电极化的情况，在衬底上形成纤锌矿III族氮化物合金层，所述纤锌矿III族氮化物合金层具有满足所选有效压电系数的纤锌矿III族氮化物合金成分并且具有满足所选压电极化的厚度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月5日提交的题为“改变III族氮化物材料和异质结的极化的应变敏感性的方法”的美国临时专利申请第62/594779的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

技术领域

所公开的主题的实施方案一般涉及基于纤锌矿III族氮化物合金层的有效压电系数、应变和晶格常数形成具有所需总极化或所需压电极化的III族氮化物合金层的方法。

背景技术的讨论

纤锌矿(WZ)III族氮化物半导体及其合金特别有利于用于光电子器件，例如可见光和紫外线发光二极管(LED)、激光二极管、以及高功率器件例如高电子迁移率晶体管(HEMT)。由于纤锌矿结构的不对称性，III族氮化物及其异质结会表现出很强的自发极化(SP)和压电(PZ)极化，这会极大地影响半导体器件的工作。例如，由于量子阱(QW)的内部极化场引起的量子限制的斯塔克效应(QCSE)，LED和激光二极管的辐射复合率降低，并且发射波长发生偏移。因此，对于这些类型的器件，异质结界面处极化差更小能够有利地最小化或消除量子限制斯塔克效应。相比之下，高电子迁移率晶体管(HEMT)在异质结的界面处需要高的极化差，以产生强的载流子限制并形成二维电子气(2DEG)。

纤锌矿III族氮化物合金层的极化是基于该层的自发极化和压电极化来确定的。当前，纤锌矿III族氮化物合金层的极化是使用可能不准确的纤锌矿III族氮化物合金的极化常数来计算的。具体来说，大多数人使用的纤锌矿III族氮化物三元合金的常规极化常数是基于二元材料常数(即基于氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)和氮化铟(InN)的二元材料常数)的线性插值。然而，相对于相应的二元材料成分，纤锌矿III族氮化物三元合金(例如AlGaN、InGaN、InAlN、BAlN和BGaN)的自发极化和压电极化可能具有相当大的非线性特征。

此外，目前尚不十分了解哪些特定因素会影响纤锌矿III族氮化物合金层的压电极化。

因此，需要找出影响纤锌矿III族氮化物合金层的压电极化的因素，以便可以利用这些因素来形成具有所需压电极化以及进一步的所需总极化的纤锌矿III族氮化物合金层。

发明内容

根据一个实施方案，存在一种用于形成半导体器件的方法。选择将在其上形成纤锌矿III族氮化物合金层的衬底。选择纤锌矿III族氮化物合金层的压电极化。选择纤锌矿III族氮化物合金层的有效压电系数。确定是否存在满足所选有效压电系数的纤锌矿III族氮化物合金成分。还基于所选衬底和所选有效压电系数，确定是否存在满足所选压电极化的由纤锌矿III族氮化物合金成分形成的层的厚度。对于确定存在晶格常数满足所选有效压电系数的纤锌矿III族氮化物合金成分，并且由纤锌矿III族氮化物合金成分形成的层的厚度满足所选压电极化的情况，在衬底上形成纤锌矿III族氮化物合金层，该纤锌矿III族氮化物合金层包含满足所选有效压电系数的纤锌矿III族氮化物合金成分并且具有满足所选压电极化的厚度。