專利名稱：第Ⅲ族元素氮化物層的單步驟懸掛和側(cè)向外延過(guò)生長(zhǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子器件結(jié)構(gòu)和制造方法，并且尤其涉及通過(guò)懸掛(pendeo-)和側(cè)向外延過(guò)生長(zhǎng)(overgrowth)而實(shí)施的第III族元素氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法。
現(xiàn)在還不能得到商用的高性能大塊GaN晶體。因此，一般作為異質(zhì)外延層在下面的非GaN襯底上制造GaN晶體。但不幸的是，GaN與大多數(shù)合適的襯底晶體有較大的晶格錯(cuò)配度。例如，GaN與藍(lán)寶石有15％的晶格錯(cuò)配度，與碳化硅有3.5％的晶格錯(cuò)配度。襯底與外延層之間的晶格錯(cuò)配會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生螺(threading)位錯(cuò)，這種位錯(cuò)可以擴(kuò)展并穿過(guò)正在生長(zhǎng)的外延層。即使借助于氮化鋁緩沖層在碳化硅上生長(zhǎng)，GaN外延層也會(huì)呈現(xiàn)出超過(guò)108/cm2的位錯(cuò)密度。這樣的缺陷密度限制了GaN在諸如激光二極管的高靈敏電子器件中的應(yīng)用。
由于GaN的側(cè)向外延過(guò)生長(zhǎng)(LEO)是首先被引入的、用以降低外延生長(zhǎng)GaN膜中的位錯(cuò)密度的方法，所以它成為引起廣泛興趣的課題。該技術(shù)基本包含用具有開(kāi)口圖案的掩模掩蓋下面的GaN層，并使GaN長(zhǎng)大，穿過(guò)掩模并從側(cè)向生長(zhǎng)到掩模上。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于下面的GaN層或在掩模開(kāi)口上面的GaN層，從側(cè)向生長(zhǎng)到掩模上的GaN層部分表現(xiàn)出明顯更低的位錯(cuò)密度。這里所用的“側(cè)向”或“水平”指的是通常與襯底表面平行的方向，而術(shù)語(yǔ)“垂直”指的是通常與襯底表面正交的方向。
常規(guī)LEO技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是需要單獨(dú)的工藝步驟，用于生長(zhǎng)下面的GaN膜，掩蓋GaN膜，然后使側(cè)向?qū)由L(zhǎng)。由于在低溫下在GaN層的形核期間會(huì)在掩模上產(chǎn)生有害的形核，所以在LEO的早期實(shí)施例中不直接將掩模放在非GaN襯底上，以防止鄰近側(cè)向生長(zhǎng)區(qū)域聚結(jié)(coaleseing)(如果不需要聚結(jié)，也可防止側(cè)向生長(zhǎng)到所需距離)。由于不需要低溫形核，并且GaN的生長(zhǎng)溫度非常高，一般高于1000℃，所以當(dāng)掩模被直接放在GaN層上時(shí)，在掩模上的有害形核一般不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。在高溫生長(zhǎng)的過(guò)程中，由于與在掩模上相比，在氮化鎵襯底表面上的鎵原子有較高的粘著系數(shù)，所以不會(huì)在掩模上產(chǎn)生有害形核。
通過(guò)單步驟的“LEO”工藝一定程度上克服了這種缺點(diǎn)。Shealy等發(fā)明這樣一種工藝，通過(guò)這種工藝，用氮化硅掩蓋下面的SiC或藍(lán)寶石襯底。將這種工藝被稱為″單步驟″是由于它不需要在襯底和掩模之間生長(zhǎng)GaN中間層。Shealy發(fā)現(xiàn)最大限度降低氮化硅掩模上的形核，會(huì)容許在掩模上生長(zhǎng)側(cè)向生長(zhǎng)的GaN的相對(duì)無(wú)缺陷層。但是，在一定的條件下，要求避免最大程度減少掩模上的形核，而仍可在單步驟中使GaN的相對(duì)無(wú)缺陷層生長(zhǎng)。發(fā)明概述因此，在本領(lǐng)域中，需要這樣一種方法在單步驟工藝中制造相對(duì)無(wú)缺陷的氮化鎵單晶膜的方法，而不必最大限度減少掩模層上的形核。
并且，在本領(lǐng)域中，還需要這樣一種方法在單步驟工藝中制造相對(duì)無(wú)缺陷的氮化鎵單晶膜的方法，而不必最大限度減少掩模層上的形核，該掩模層提供導(dǎo)電性緩沖層，以容許導(dǎo)電襯底和氮化鎵的外延層之間的電連通。
本發(fā)明的目的在于提供這樣一種方法在單步驟工藝中制造相對(duì)無(wú)缺陷的氮化鎵單晶膜的方法，而不必最大限度減少掩模層上的形核。
本發(fā)明的另一目的在于提供這樣一種方法在單步驟工藝中制造相對(duì)無(wú)缺陷的氮化鎵單晶膜的方法，而不必最大限度減少掩模層上的形核，該掩模層提供導(dǎo)電性緩沖層，以容許導(dǎo)電襯底和氮化鎵的外延層之間的電連通。
通過(guò)在襯底上制造氮化鎵基半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法實(shí)現(xiàn)上述目的以及其它目的。該方法包含下列步驟直接在襯底上形成具有至少一個(gè)開(kāi)口的掩模，通過(guò)所述至少一個(gè)開(kāi)口使緩沖層生長(zhǎng)，并且由所述緩沖層向上并側(cè)向穿過(guò)所述掩模使氮化鎵層生長(zhǎng)。在氮化鎵從掩模中的生長(zhǎng)過(guò)程中，使氮化鎵層的垂直生長(zhǎng)速率和側(cè)向生長(zhǎng)速率保持足以防止多晶材料在所述掩模上的形核阻止氮化鎵層的側(cè)向生長(zhǎng)的速率。
在另一實(shí)施例中，這種方法包含下列步驟在襯底中形成用以限定鄰接溝槽(trench)的至少一個(gè)高出部分(raised portion)，在襯底上形成掩模，該掩模在高出部分上的上表面上具有至少一個(gè)開(kāi)口。緩沖層可以從高出部分的上表面上生長(zhǎng)。然后氮化鎵層在溝槽上懸掛外延(pendeoepitaxy)進(jìn)行側(cè)向生長(zhǎng)。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供位于襯底上的氮化鎵基半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包含襯底和至少其中具有一個(gè)窗口的掩模，該掩模被直接置于襯底的上表面上。氮化鎵的過(guò)生長(zhǎng)層從掩模窗口向上延伸并穿過(guò)掩模側(cè)向延伸，在該掩模上多晶材料已經(jīng)形核并生長(zhǎng)。
在另一實(shí)施例中，襯底包含至少一個(gè)用以限定鄰近溝槽的高出部分。掩模結(jié)構(gòu)覆于襯底，并且掩模中的窗口至少暴露部分高出部分上表面的一部分。氮化鎵的過(guò)生長(zhǎng)層從掩模窗口向上延伸并在溝槽上側(cè)向延伸并越過(guò)掩模延伸，多晶材料已經(jīng)在該掩模上形核和生長(zhǎng)。
圖2為襯底的俯視圖，在該襯底上，對(duì)掩模進(jìn)行了刻圖。
圖3為襯底的截面圖，在該襯底上，通過(guò)LEO在導(dǎo)電緩沖層上使GaN層外延生長(zhǎng)。
圖3A為襯底的截面圖，在該襯底上，通過(guò)LEO在導(dǎo)電緩沖層上使GaN層外延生長(zhǎng)，但該GaN還沒(méi)有聚結(jié)。
圖4為襯底的截面圖，在該襯底上，掩模上的過(guò)度形核阻止了GaN的側(cè)向生長(zhǎng)。
圖5為襯底的截面圖，在該襯底上，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面外延生長(zhǎng)GaN層。
圖6為襯底的截面圖，在該襯底上，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面外延生長(zhǎng)GaN層。
圖6A為襯底的截面圖，在該襯底上，形成一對(duì)高出部分并淀積掩模層。
圖6B為襯底的截面圖，在該襯底上，使用自排列技術(shù)形成一對(duì)高出部分并淀積掩模層。
圖7為截面的SEM圖像，該圖像表明位于掩模上的晶體形核阻止了GaN層的側(cè)向生長(zhǎng)。
圖8為兩個(gè)GaN條帶的俯視SEM圖像，其中，位于下面的掩模中的微晶擾亂了外延生長(zhǎng)。
圖9為GaN條帶的截面SEM圖像，該GaN條帶根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用反射性掩模層生長(zhǎng)。


圖10為GaN條帶的截面SEM圖像，該GaN條帶根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例生長(zhǎng)，直到鄰近區(qū)域在反射性掩模上聚結(jié)。
圖11為GaN條帶的截面SEM圖像，該GaN條帶通過(guò)Si3N4掩模在導(dǎo)電緩沖層上生長(zhǎng)。
圖12為GaN條帶的截面SEM圖像，該GaN條帶根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例生長(zhǎng)。
圖13為GaN條帶的俯視SEM圖像，該GaN條帶根據(jù)本發(fā)明的所述第二實(shí)施例生長(zhǎng)。
圖14為根據(jù)本發(fā)明生長(zhǎng)的GaN層的截面TEM(透射電鏡)圖像。
圖15為GaN條帶的截面SEM圖像，該GaN條帶根據(jù)本發(fā)明在保持側(cè)向生長(zhǎng)速率與側(cè)向生長(zhǎng)速率的比為4.2∶1的條件下生長(zhǎng)。
圖16為GaN條帶的截面SEM圖像，該GaN條帶根據(jù)本發(fā)明在保持側(cè)向生長(zhǎng)速率與側(cè)向生長(zhǎng)速率的比為1∶1的條件下生長(zhǎng)。
發(fā)明詳述下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的說(shuō)明，其中，給出發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是可以用許多不同的形式使本發(fā)明具體化，并且不應(yīng)理解為僅限于這里所述的實(shí)施例。然而，提供這些實(shí)施例可以使發(fā)明的內(nèi)容變得完全和徹底，并對(duì)熟練的技術(shù)人員表達(dá)出本發(fā)明的范圍。通篇中相同的數(shù)字代表相同的元件。并且，對(duì)圖中所示不同各層和區(qū)域進(jìn)行示意性說(shuō)明。熟練的技術(shù)人員可以理解，這里所述的在襯底或其它層“上”形成的層指的是，直接在襯底或其它層之上形成的層，或在一個(gè)或多個(gè)形成于襯底上的中間層或其它層上形成的層，該中間層或多個(gè)中間層在襯底或其它層上形成。這里所述的”直接在”在襯底或其它層上形成的層指的是，在沒(méi)有中間層或多個(gè)中間層的情況下在襯底或其它層上形成的層，該中間層或多個(gè)中間層在襯底上形成。本發(fā)明不限于附圖中所用的相對(duì)尺寸和間距。
在A.Usui的題目為“通過(guò)氫化物氣相外延實(shí)施的低位錯(cuò)密度的厚GaN的外延生長(zhǎng)”的文章中對(duì)基本的LEO技術(shù)進(jìn)行了描述，該文章于1997年發(fā)表于“日本應(yīng)用物理雜志”第36卷第L899-902頁(yè)。在下列專利中說(shuō)明了包含懸掛外延技術(shù)的各種不同LEO技術(shù)于1998年2月27日申請(qǐng)的題目為“氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它包含從下面氮化鎵層上延伸的側(cè)向氮化鎵層”的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)09/032190，于1998年2月27日申請(qǐng)的題目為“包含側(cè)向偏移刻圖層的氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)”的專利申請(qǐng)系列號(hào)09/031843，于1998年11月24日申請(qǐng)的題目為“通過(guò)從掩模柱(masked posts)的側(cè)壁側(cè)向生長(zhǎng)在碳化硅襯底上制造氮化鎵半導(dǎo)體層的懸掛外延方法及由此制成的氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)”的專利申請(qǐng)系列號(hào)09/198784，于1998年6月10日申請(qǐng)的題目為“通過(guò)從側(cè)壁到溝槽的側(cè)向生長(zhǎng)制造氮化鎵半導(dǎo)體層的方法及由此制成的氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)”專利申請(qǐng)系列號(hào)60/088,761，在此引入各專利的內(nèi)容作為參考。
現(xiàn)在參照示出襯底10的圖1，在該襯底上淀積有包含條帶14a和14b的掩模層14。雖然可以周期性或非周期性地向兩邊延伸條帶圖案，但為了方便僅示出條帶14a和14b。條帶14a和14b的特征在于，它們具有寬度(w)，并且被具有窗口長(zhǎng)度(l)的掩模開(kāi)口或窗口6分開(kāi)。將條帶14a的邊緣與14b的相應(yīng)邊緣之間的距離定義為掩模圖案的周期，該周期至少對(duì)于條帶14a和條帶14b，使得p＝w+1。
可以使用等離子增加化學(xué)氣相淀積(PECVD)、濺射、電子束淀積、熱氧化或其它淀積技術(shù)對(duì)掩模層進(jìn)行淀積，并用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)進(jìn)行刻圖。在S.M.Sze所著“超大規(guī)模集成電路技術(shù)”一書(shū)第二版第6章中詳細(xì)說(shuō)明了PECVD的工藝，該書(shū)于1988年在McGraw-Hill出版。光刻技術(shù)為熟練的技術(shù)人員所熟知。
如圖2所示，條帶14a和14b優(yōu)選沿(0001)面上的<1100>晶向取向。(這里所用的晶體標(biāo)注規(guī)范為熟練的技術(shù)人員所熟知，不需作進(jìn)一步的說(shuō)明。)掩模層14可以包含氮硅化合物(SixNy)或二氧化硅(SiO2)或其它適當(dāng)?shù)难谀２牧?。如果要將所制成的結(jié)構(gòu)用于諸如LED或激光二極管的光學(xué)裝置，掩模層14可以包含反射性金屬或難熔金屬，該金屬可以在氨或氫氣氛中保持穩(wěn)定，它的熔點(diǎn)超過(guò)約1200℃，并對(duì)所需波長(zhǎng)有反射作用。這種金屬諸如鎢(W)和鉑(Pt)?；蛘?，掩模層可以包含布拉格反射器(Bragg reflector)，該反射器可以包含SixNy和SiO2或其它氧化物的交替疊層，它的設(shè)計(jì)為熟練的技術(shù)人員所熟知。
襯底可為碳化硅、藍(lán)寶石(Al2O3)、硅、ZnO或其它所有類似適當(dāng)?shù)囊r底。碳化硅襯底的優(yōu)點(diǎn)有多個(gè)方面。碳化硅提供與GaN相近的晶格匹配及熱膨脹匹配，具有熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，具有自然解理面，具有高的熱傳導(dǎo)率，對(duì)直到380nm的可見(jiàn)光透明。并且，碳化硅明顯的優(yōu)點(diǎn)是它具有導(dǎo)電性，容許制造垂直結(jié)構(gòu)的裝置。碳化硅可以具有多種類型(多型)4H、6H、3C或15R。但優(yōu)選襯底為6H-SiC(在軸上)。
襯底10的制造為熟練的技術(shù)人員所熟知。例如在下列專利中對(duì)碳化硅襯底的制造進(jìn)行了說(shuō)明Palmour等的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?865685、Davis等的Re34861、Kong等的4912064和Palmour等的4946547。在此引入這些專利的內(nèi)容作為參考。藍(lán)寶石和硅襯底的制造為熟練的技術(shù)人員所熟知，不需作詳細(xì)說(shuō)明。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，可以首先通過(guò)在襯底10表面上生長(zhǎng)緩沖層12而制造外延層20。外延層20可以包含氮化鎵或第III族元素氮化物合金，諸如氮化鎵鋁(AlGaN)、氮化鎵銦(InGaN)、氮化鎵銦鋁(AlInGaN)。對(duì)于SiC襯底，緩沖層優(yōu)選包含AlxGa1-xN層12，其中x代表合金中鋁的摩爾分?jǐn)?shù)，且0＜x≤1。對(duì)于碳化硅襯底，緩沖層12可以具有如共同轉(zhuǎn)讓的共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)08/944547中所述的結(jié)構(gòu)，該專利題目為“在具有導(dǎo)電性緩沖中間層結(jié)構(gòu)的碳化硅襯底上的第III族元素氮化物光子裝置”，于1997年10月7日申請(qǐng)，在此引入該發(fā)明的內(nèi)容作為參考。
最上面的緩沖層優(yōu)選包含摩爾百分比為9-12％的鋁，并且其厚度約為1000-5000。在淀積緩沖層之前，通過(guò)在SiC襯底上形成蓋狀的GaN點(diǎn)，可以使緩沖層12與SiC襯底之間導(dǎo)電，如美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)08/944547中所述。
對(duì)藍(lán)寶石或硅襯底，可以生長(zhǎng)低溫GaN、AlN或AlGaN緩沖層。
如圖3所示，可以使用氣相外延(VPE)技術(shù)使AlGaN緩沖層12從掩模開(kāi)口6中垂直生長(zhǎng)，該氣相外延技術(shù)諸如氫化物氣相外延(HVPE)，或者更優(yōu)選地諸如金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)。在優(yōu)選實(shí)施例中，使緩沖層12生長(zhǎng)直到其厚度大于掩模層14的厚度。一旦緩沖層12已達(dá)到所需的厚度，就通過(guò)VPE使外延層20生長(zhǎng)，優(yōu)選以與緩沖層相同的流程(run)或步驟使該外延層生長(zhǎng)。
如圖3A所示，外延層20除了垂直生長(zhǎng)外還側(cè)向(即平行于襯底表面)生長(zhǎng)。在層20生長(zhǎng)時(shí)，側(cè)向生長(zhǎng)前端22移動(dòng)越過(guò)掩模條帶14表面。
再次參照?qǐng)D3，在一個(gè)實(shí)施例中，使外延層20側(cè)向生長(zhǎng)直到生長(zhǎng)前端22在界面24處聚結(jié)，以形成氮化鎵的連續(xù)層20。但是，即使生長(zhǎng)前端沒(méi)有與相鄰部分聚結(jié)，也可能在GaN的側(cè)向過(guò)生長(zhǎng)部分制造裝置，所以不必要求所有應(yīng)用條件下的生長(zhǎng)前端都聚結(jié)。如圖9所示，在鄰近部分沒(méi)有聚結(jié)的情況下可以制造層20的有用部分。例如，可以在層20沒(méi)有聚結(jié)的區(qū)域制造激光二極管條帶。對(duì)于LED的制造，優(yōu)選聚結(jié)的層。例如，可以在根據(jù)本發(fā)明生長(zhǎng)的氮化鎵的發(fā)生聚結(jié)的層上制造寬為250μ、長(zhǎng)為275μ的LED裝置。
可以通過(guò)加入稀釋劑H2的三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)和氨(NH3)前體使緩沖層12和過(guò)生長(zhǎng)層20生長(zhǎng)。在T.Weeds等的“使用高溫單晶AlN緩沖層在α(6H)-SiC(0001)上通過(guò)有機(jī)金屬外延淀積的GaN薄膜”一文中更詳細(xì)地說(shuō)明了合適的MOVPE生長(zhǎng)技術(shù)，該文發(fā)表于1995年7月的應(yīng)用物理快報(bào)第67卷第3期第401-403頁(yè)。
當(dāng)?shù)墝?0生長(zhǎng)時(shí)，一般在暴露的掩模條帶14的上表面上開(kāi)始多晶AlxGa1-xN30的形核和生長(zhǎng)。如圖4所示，如果AlxGa1-xN在掩模上的生長(zhǎng)速率太快，就會(huì)阻止層20的側(cè)向生長(zhǎng)，阻止它形成所需寬度的側(cè)向過(guò)生長(zhǎng)材料，和/或阻止它與鄰近區(qū)域聚結(jié)。在掩模上的多晶AlxGa1-xN基本上垂直生長(zhǎng)，并阻礙單晶層20的側(cè)向生長(zhǎng)。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)控制層20的側(cè)向生長(zhǎng)速率和垂直生長(zhǎng)速率，可以避免側(cè)向生長(zhǎng)的層20被多晶AlxGa1-xN30阻止。根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何形狀，使層20相對(duì)于垂直生長(zhǎng)速率增加一定量的側(cè)向生長(zhǎng)速率，那么不論在掩模上如何形核，都可以使層20生長(zhǎng)到所需的距離。
也就是說(shuō)，通過(guò)保持層20相對(duì)于垂直生長(zhǎng)速率足夠高的側(cè)向生長(zhǎng)速率，由于層20過(guò)生長(zhǎng)任何在掩模上的多晶形核和生長(zhǎng)，不必控制掩模上的形核。
作為特定例子，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)保持側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率大于1∶1，就可以從具有Al濃度約為10％的形核層在條帶上生長(zhǎng)側(cè)向過(guò)生長(zhǎng)的GaN，該條帶圖案的寬度為5μ，周期為30μ。通過(guò)將側(cè)向/垂直生長(zhǎng)比保持為4∶1，就可以在寬度為25μ的條帶上生長(zhǎng)GaN層。如圖5所示，當(dāng)使側(cè)向生長(zhǎng)速率超過(guò)垂直生長(zhǎng)速率足夠的量時(shí)，層20的生長(zhǎng)前端就會(huì)在生長(zhǎng)于條帶14a和14b上的多晶AlGaN長(zhǎng)得足夠大以至于阻止它們之前而聚結(jié)。
現(xiàn)在詳細(xì)說(shuō)明控制相關(guān)生長(zhǎng)因素的機(jī)制。多種因素會(huì)控制過(guò)生長(zhǎng)層20的側(cè)向生長(zhǎng)速率和垂直生長(zhǎng)速率。其中一種控制因素是所謂的“充滿因子”，這里它的定義是窗口長(zhǎng)度(l)與條帶周期(p)之間的比。對(duì)于給定的窗口長(zhǎng)度，較大的充滿因子(即對(duì)于給定的周期具有較大的窗口長(zhǎng)度)導(dǎo)致較慢的垂直生長(zhǎng)速率。反過(guò)來(lái)，對(duì)于給定的窗口長(zhǎng)度，較低的充滿因子導(dǎo)致垂直生長(zhǎng)速率增加?？刂苽?cè)向生長(zhǎng)速率和垂直生長(zhǎng)速率的其它因素為生長(zhǎng)溫度、源氣體流量、源氣體氮/鎵的比和生長(zhǎng)壓力。
如果需要，一旦層20的側(cè)向生長(zhǎng)的生長(zhǎng)前端22已經(jīng)在掩模上聚結(jié)，那么可以調(diào)整生長(zhǎng)條件以增加垂直生長(zhǎng)速率。
雖然依據(jù)所用特定外延生長(zhǎng)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，但這里所述的速率的典型生長(zhǎng)參數(shù)總結(jié)如下
表1.典型生長(zhǎng)參數(shù)。
側(cè)向生長(zhǎng)速率應(yīng)優(yōu)選為約2-8μ/hr，且垂直生長(zhǎng)速率應(yīng)為約1-2μ/hr?？梢酝ㄟ^(guò)下述參數(shù)使側(cè)向生長(zhǎng)速率為6.3μ/hr且使垂直生長(zhǎng)速率為1.5μ/hr(4.2∶1的比)在1110℃的溫度及200乇的壓力下在SixNy刻圖掩模上通過(guò)MOVPE使層20生長(zhǎng)，在該掩模中，條帶寬度為10μ，窗口寬度為25μ，周期為35μ，充滿因子為0.71。在層20的生長(zhǎng)過(guò)程中，N/Ga比優(yōu)選為約2500。側(cè)向生長(zhǎng)與垂直生長(zhǎng)速率的比可以超過(guò)4.2∶1。
為了使緩沖層生長(zhǎng)，可使TMG在34.8μmol/min的條件下流動(dòng)，可使TMA在6.5μmol/min的條件下流動(dòng)，并且氨的流量為10slpm，其稀釋劑H2的流量為15.5slpm。一旦緩沖層已經(jīng)生長(zhǎng)到所需的厚度，可以在下列條件下使層20生長(zhǎng)，直到GaN層已經(jīng)生長(zhǎng)到所需厚度TMG在309μmol/min的條件下流動(dòng)，氨的流量為17slpm，稀釋劑H2的流量為22.5slpm。
可以在1060℃的溫度和200乇的壓力下在SixNy條帶的刻圖掩模上通過(guò)MOVPE使層20生長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)4.2μ/hr的側(cè)向與垂直生長(zhǎng)速率(1∶1的比)，該SixNy條帶的條帶寬度為10μ，窗口寬度為25μ，周期為35μ，充滿因子為0.71，在層20生長(zhǎng)過(guò)程中的N/Ga比優(yōu)選為約2500?？梢岳斫猓梢酝ㄟ^(guò)選擇其它生長(zhǎng)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)其它的比，包含大于4.2∶1的比值。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例利用了如圖6所示的懸掛外延生長(zhǎng)。在該實(shí)施例中，對(duì)襯底10進(jìn)行蝕刻以形成至少一個(gè)高出部分15，該高出部分限定了位于襯底10上的相鄰凹陷區(qū)域或溝槽18。圖6說(shuō)明了一個(gè)實(shí)施例，其中，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)和活性離子蝕刻已刻圖形成了一對(duì)高出部分15a和15b。高出部分15的高度(即溝槽18的深度)至少為1μ。然后在襯底10的上表面淀積掩模層14，該掩模層在高出部分15a和15b的上表面上形成掩模開(kāi)口16，該掩模層可以為SixNy、SiO2或其它所有適當(dāng)?shù)难谀！?br> 在該實(shí)施例中，襯底10可以為碳化硅、藍(lán)寶石、硅、砷化鎵、氮化鎵或諸如氮化鋁或氮化鋁鎵的其它第III族元素氮化物。在Hunter的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?858086和5954874中說(shuō)明了氮化鋁襯底的制造，在此引入該專利的內(nèi)容作為參考。通過(guò)在非GaN襯底上使厚的氮化鎵外延層生長(zhǎng)，已制造出氮化鎵襯底。在A.Usui等人的“通過(guò)氫化物氣相外延實(shí)施的低位錯(cuò)密度的厚GaN的外延生長(zhǎng)”一文中對(duì)其它獲得氮化鎵襯底的方法進(jìn)行了概述，該文于1997發(fā)表于日本應(yīng)用物理雜志的第36卷第L899-902頁(yè)。熟練的技術(shù)人員可以理解，當(dāng)襯底為第III族元素氮化物時(shí)，可以使用同質(zhì)外延(homoepixial)。
如圖6所示，如果需要緩沖層，可以使用MOVPE從掩模開(kāi)口(或窗口)16上使AlGaN緩沖層12垂直生長(zhǎng)。在優(yōu)選實(shí)施例中，所生長(zhǎng)的緩沖層12的厚度大于掩模層14。一旦緩沖層12生長(zhǎng)到所需的厚度，然后使懸掛外延層26生長(zhǎng)。懸掛外延層26除了垂直生長(zhǎng)外，還在溝槽18上側(cè)向(即平行于襯底表面)生長(zhǎng)。
雖然多晶GaN30可在掩模14上形核和生長(zhǎng)，但由于這種形核和生長(zhǎng)發(fā)生在溝槽18內(nèi)，因此不會(huì)妨礙懸掛外延層26的側(cè)向生長(zhǎng)。
圖12為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例生長(zhǎng)的懸掛外延GaN層的截面SEM圖像。在溝槽內(nèi)明顯存在多晶AlGaN材料，但它不會(huì)妨礙GaN層的側(cè)向生長(zhǎng)。
很容易理解，溝槽深度為1μ只是示范性的。如果需要，根據(jù)多晶在掩模上的生長(zhǎng)速率以及所需生長(zhǎng)的懸掛外延層的寬度，可以使所制造的溝槽18的寬度大于或小于1μ。
在一個(gè)實(shí)施例中，懸掛外延層26側(cè)向生長(zhǎng)，直到相對(duì)的生長(zhǎng)前端22在界面24處聚結(jié)，形成氮化鎵的連續(xù)層26。但是，如上所述，生長(zhǎng)前端22不必對(duì)于所有的應(yīng)用條件都聚結(jié)，因?yàn)榧词顾鼈儧](méi)有與鄰近的部分聚結(jié)，也可以在GaN側(cè)向過(guò)生長(zhǎng)部分中制造出器件。
圖13為根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例生長(zhǎng)的兩個(gè)懸掛外延GaN條帶的俯視SEM圖像。
對(duì)于如圖6所示的實(shí)施例，其它可供選擇的形成掩模層14的方法如圖6A和6B所示。如上所述，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)蝕刻技術(shù)形成高出部分15。這種技術(shù)一般包含用蝕刻掩模對(duì)襯底表面進(jìn)行刻圖，對(duì)襯底進(jìn)行蝕刻直到達(dá)到所需深度，然后去除蝕刻掩模。如圖6A所示，在去除蝕刻掩模之后，可以通過(guò)PECVD在襯底10上形成掩模層14。然后在掩模14上打開(kāi)窗口16，以露出高出部分15的上表面。
由于光刻技術(shù)的公差限制，當(dāng)在掩模14上打開(kāi)窗口16時(shí)，很難使高出部分15的邊緣對(duì)齊窗口16的邊緣。因此，在高出部分15的上表面與掩模14具有一定的交迭部分。
形成掩模14的簡(jiǎn)化方法如圖6B所示。在該方法中，將蝕刻掩模19置于襯底表面10上，并且對(duì)襯底10進(jìn)行蝕刻，以形成溝槽18。在對(duì)溝槽18進(jìn)行蝕刻之后且在去除蝕刻掩模19之前，對(duì)掩模14進(jìn)行蝕刻。在這種技術(shù)中，掩模14優(yōu)選包含厚度約為50-200的薄掩模層。掩模14可以包含SixNy、SiO2或所有其它適當(dāng)?shù)难谀２牧稀Ｈ缓笕コg刻掩模19，露出高出部分15的上表面。掩模14中的窗口16的邊緣由此與高出部分15自行對(duì)齊。因此，通過(guò)這種技術(shù)，僅需要單掩模步驟，并且不需要使用光刻技術(shù)用以打開(kāi)掩模層14中的窗口16。
圖7為截面的SEM圖像，該圖像表明位于掩模上的晶體形核阻止了GaN層的側(cè)向生長(zhǎng)。
圖8為兩個(gè)GaN條帶的俯視SEM圖像，其中，位于下面的掩模中的微晶擾亂了外延生長(zhǎng)。
圖9為GaN條帶的截面SEM圖像，該GaN條帶根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用反射性掩模層生長(zhǎng)。
圖10為GaN條帶的截面SEM圖像，該GaN條帶根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例生長(zhǎng)，直到鄰近區(qū)域在掩模上聚結(jié)。
圖11為GaN條帶的截面SEM圖像，該GaN條帶通過(guò)Si3N4掩模在導(dǎo)電緩沖層上生長(zhǎng)。
圖14為根據(jù)本發(fā)明生長(zhǎng)的GaN層的截面TEM(透射電鏡)圖像。觀察表明，缺陷密度從窗口上的區(qū)域中的約109/cm2降低到掩模條帶上的區(qū)域的約106/cm2。例子1將SixNy的刻圖掩模條帶應(yīng)用于6H-SiC襯底，該掩模條帶具有條帶寬度為10μ窗口長(zhǎng)度為25μ，周期為35μ，充滿因子為0.715。條帶排列方向與<1100>方向平行。通過(guò)MOVPE生長(zhǎng)厚度為0.5μ的Al0.1Ga0.9N緩沖層的條件如下TMG在34.8μmol/min的條件下流動(dòng)，TMA在6.5μmol/min的條件下流動(dòng)，氨的流量為10slpm，稀釋劑H2的流量為15.5slpm，溫度為1020℃，壓力為76乇，總時(shí)間為80分鐘。在緩沖層生長(zhǎng)之后，通過(guò)MOVPE生長(zhǎng)GaN的外延層的條件如下TMG在309μmol/min的條件下流動(dòng)，氨的流量為17slpm，稀釋劑H2的流量為22.5slpm，溫度為1110℃，壓力為200乇，時(shí)間為45分鐘。在這些條件下得到的側(cè)向與垂直生長(zhǎng)的比約為4.2∶1。圖15為所得到的GaN層的截面SEM圖像。例子2將SixNy的刻圖掩模條帶應(yīng)用于6H-SiC襯底，該掩模條帶具有條帶寬度為10μ、窗口長(zhǎng)度為25μ，周期為35μ，充滿因子為0.715。條帶排列方向與<1100>方向平行。通過(guò)MOVPE生長(zhǎng)厚度為0.5μ的Al0.1Ga0.9N緩沖層的條件如下TMG在34.8μmol/min的條件下流動(dòng)，TMA在6.5μmol/min的條件下流動(dòng)，氨的流量為10slpm，稀釋劑H2的流量為15.5slpm，溫度為1050℃，壓力為76乇，總時(shí)間為80分鐘。在緩沖層生長(zhǎng)之后，通過(guò)MOVPE生長(zhǎng)GaN的外延層的條件如下TMG在309μmol/min的條件下流動(dòng)，氨的流量為17slpm，稀釋劑H2的流量為22.5slpm，溫度為1060℃，壓力為200乇，時(shí)間為1小時(shí)。在這些條件下得到的側(cè)向與垂直生長(zhǎng)的比約為1∶1。圖16為所得到的GaN層的截面SEM圖像在說(shuō)明書(shū)和附圖中，通過(guò)例子，而非限定，已對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的和示范性的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，在下面的權(quán)利書(shū)對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行說(shuō)明。
權(quán)利要求
1.一種在襯底上制造氮化鎵基半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包含在所述襯底上形成具有開(kāi)口的掩模；垂直于開(kāi)口并側(cè)向經(jīng)過(guò)掩模生長(zhǎng)外延層，該外延層選自氮化鎵和氮化鎵的第III族元素氮化物合金；并且使所述外延層的側(cè)向生長(zhǎng)速率保持足夠的速率，以防止在掩模上形核的多晶氮化物材料阻止所述外延層的側(cè)向生長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，包含保持側(cè)向生長(zhǎng)速率大于垂直生長(zhǎng)速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，包含保持側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率的比大于約1∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，包含保持側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率的比約在1∶1與4.2∶1之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，包含保持側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率的比大于約4.2∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的制造方法，包含使側(cè)向生長(zhǎng)速率保持在每小時(shí)約2-8微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中，襯底包含碳化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，進(jìn)一步包含穿過(guò)掩模中的開(kāi)口生長(zhǎng)緩沖層，其中所述緩沖層將支持第III族元素氮化物在其上進(jìn)行的外延生長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的制造方法，其中，緩沖層的生長(zhǎng)步驟包含生長(zhǎng)AlxGa1-xN層，其中0≤x≤1。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的制造方法，其中，緩沖層形成對(duì)于襯底的導(dǎo)電界面。
11.一種在襯底上制造氮化鎵基半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括在襯底上形成其中具有開(kāi)口的掩模；在不抑制多晶氮化物材料在掩模上形核的條件下，由開(kāi)口垂直地并側(cè)向經(jīng)過(guò)掩模生長(zhǎng)外延層，該外延層選自氮化鎵和氮化鎵的第III族元素氮化物合金；其中側(cè)向生長(zhǎng)的外延層對(duì)于多晶氮化物材料過(guò)生長(zhǎng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法，包含保持側(cè)向生長(zhǎng)速率大于垂直生長(zhǎng)速率。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法，包含保持側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率的比大于約1∶1。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法，包含保持側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率的比約在1∶1與4.2∶1之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法，包含保持側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率的比大于約4.2∶1。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的制造方法，包含使側(cè)向生長(zhǎng)速率保持在每小時(shí)約2-8微米。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法，其中，外延層的生長(zhǎng)在約1060-1120℃的溫度下進(jìn)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法，包含在碳化硅襯底上形成掩模。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的制造方法，包含在SiC襯底的(0001)表面上沿<1100>方向形成條帶掩模。
20.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法，進(jìn)一步包含穿過(guò)掩模中的開(kāi)口生長(zhǎng)緩沖層，其中所述緩沖層將支持第III族元素氮化物的在其上的外延生長(zhǎng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的制造方法，其中，緩沖層的生長(zhǎng)步驟包含生長(zhǎng)AlxGa1-xN層，其中0≤x≤1。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的制造方法，包含緩沖層形成對(duì)于襯底的導(dǎo)電界面。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的制造方法，包含使緩沖層生長(zhǎng)到其厚度大于掩模的厚度。
24.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法，包含通過(guò)氣相外延生長(zhǎng)外延層，該氣相外延使用選自三甲基鎵、三甲基鋁和氨的一種或多種源氣體。
25.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法，包含形成具有多個(gè)開(kāi)口的掩模，使緩沖層和外延層從所述多個(gè)開(kāi)口中生長(zhǎng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的制造方法，包含使外延層生長(zhǎng)直到側(cè)向生長(zhǎng)部分聚結(jié)。
27.一種在襯底上制造氮化鎵基半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包含在襯底上形成其中至少具有兩個(gè)開(kāi)口的掩模；在位于掩模開(kāi)口中的襯底上使緩沖層生長(zhǎng)；并且沿緩沖層向上并側(cè)向經(jīng)過(guò)掩模使外延層生長(zhǎng)，該外延層選自氮化鎵和氮化鎵的第III族元素氮化物合金；同時(shí)使氮化鎵層的側(cè)向生長(zhǎng)速率保持在足以防止在掩模形核的多晶材料阻止氮化鎵層的側(cè)向生長(zhǎng)，直到從開(kāi)口的側(cè)向生長(zhǎng)聚結(jié)的速率；并且然后繼續(xù)使外延層垂直生長(zhǎng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的制造方法，還包含在從開(kāi)口進(jìn)行的側(cè)向生長(zhǎng)聚結(jié)以后，增加聚結(jié)后的外延層的垂直生長(zhǎng)速率。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的制造方法，包含保持側(cè)向生長(zhǎng)速率大于垂直生長(zhǎng)速率。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的制造方法，包含保持側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率的比大于約1∶1。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的制造方法，包含保持側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率的比約在1∶1與4.2∶1之間。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的制造方法，包含保持側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率的比大于約4.2∶1。
33.根據(jù)權(quán)利要求30的制造方法，包含使側(cè)向生長(zhǎng)速率保持在每小時(shí)約2-8微米。
34.根據(jù)權(quán)利要求27的制造方法，包含使用選自以下的技術(shù)掩蓋襯底等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法、濺射法、反應(yīng)濺射法、電子束淀積法和熱氧化法。
35.根據(jù)權(quán)利要求27的制造方法，包含掩蓋SiC襯底。
36.根據(jù)權(quán)利要求27的制造方法，其中，緩沖層的生長(zhǎng)步驟包含生長(zhǎng)AlxGa1-xN層，其中0＜x≤1。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的制造方法，其中，緩沖層形成對(duì)于襯底的導(dǎo)電界面。
38.根據(jù)權(quán)利要求36的制造方法，包含使用三甲基鎵、三甲基鋁和氨作為源氣體通過(guò)氣相外延使緩沖層生長(zhǎng)。
39.根據(jù)權(quán)利要求27的制造方法，包含使緩沖層生長(zhǎng)到其厚度大于掩模的厚度。
40.根據(jù)權(quán)利要求27的制造方法，包含通過(guò)氣相外延使外延層生長(zhǎng)，該氣相外延使用選自三甲基鎵、三甲基鋁和氨的一種或多種源氣體。
41.一種在襯底上制造氮化鎵基半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包含在襯底上形成掩模，該襯底包含至少一個(gè)溝槽和至少一個(gè)鄰近溝槽的高出部分，該掩模中在襯底的高出部分上具有至少一個(gè)開(kāi)口；在位于掩模開(kāi)口內(nèi)的襯底高出部分上使緩沖層生長(zhǎng)；并且沿緩沖層向上并側(cè)向經(jīng)過(guò)溝槽使外延層生長(zhǎng)，該外延層選自氮化鎵和氮化鎵的第III族元素氮化物合金。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的制造方法，包含使緩沖層生長(zhǎng)到其厚度大于掩模的厚度。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的制造方法，包含至少形成兩個(gè)鄰近于溝槽的高出部分，并使外延層生長(zhǎng)，直到它們?cè)跍喜凵暇劢Y(jié)。
44.根據(jù)權(quán)利要求41的制造方法，其中，形成掩模的步驟包含形成掩模并然后在其中形成開(kāi)口。
45.根據(jù)權(quán)利要求41的制造方法，包含在碳化硅襯底上形成掩模。
46.一種在襯底上制造氮化鎵基半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包含在襯底上形成至少一個(gè)溝槽，由此限定溝槽和直接與溝槽鄰接的高出部分；在已形成溝槽的襯底上形成掩模，使掩模中在襯底的高出部分上具有至少一個(gè)開(kāi)口；穿過(guò)掩模開(kāi)口使緩沖層在襯底的高出部分上生長(zhǎng)；并且沿緩沖層向上并側(cè)向經(jīng)過(guò)溝槽使外延層生長(zhǎng)，該外延層選自氮化鎵和氮化鎵的第III族元素氮化物合金。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的制造方法，其中，形成溝槽的步驟包含對(duì)襯底上的溝槽進(jìn)行蝕刻。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的制造方法，其中，該蝕刻步驟包括活性離子蝕刻。
49.根據(jù)權(quán)利要求46的制造方法，其中，形成緩沖層的步驟包含使用氣相外延形成緩沖層。
50.根據(jù)權(quán)利要求46的制造方法，包含使緩沖層生長(zhǎng)到其厚度大于掩模的厚度。
51.根據(jù)權(quán)利要求46的制造方法，包含至少形成兩個(gè)鄰近溝槽的高出部分，并使外延層生長(zhǎng)直到其在溝槽部件上聚結(jié)。
52.根據(jù)權(quán)利要求46的制造方法，其中，形成掩模的步驟包含形成掩模并且然后在其中形成開(kāi)口。
53.根據(jù)權(quán)利要求46的制造方法，包含采用選自下列的技術(shù)形成掩模等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法、濺射法、反應(yīng)濺射法、電子束淀積法和熱氧化法。
54.一種在碳化硅襯底上制造氮化鎵基半導(dǎo)體襯底的方法，該方法包含在碳化硅襯底上蝕刻出多個(gè)基本上平行的溝槽，該溝槽限定了其間在襯底上的各個(gè)高出部分；掩蓋有溝槽的襯底；在位于襯底高出部分上的掩模中開(kāi)出多個(gè)窗口；在位于高出部分上的窗口中使緩沖層垂直生長(zhǎng)；并且垂直于緩沖層和從緩沖層的側(cè)向使外延層生長(zhǎng)，并延伸經(jīng)過(guò)多個(gè)溝槽，該外延層選自氮化鎵和氮化鎵的第III族元素氮化物合金。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的制造方法，包含使氮化鎵層的垂直生長(zhǎng)速率與側(cè)向生長(zhǎng)速率的保持在足以防止可在掩模上形核的多晶材料阻止氮化鎵層的側(cè)向生長(zhǎng)的速率。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的制造方法，包含使側(cè)向生長(zhǎng)速率保持等于或大于垂直生長(zhǎng)速率。
57.根據(jù)權(quán)利要求55的制造方法，包含使側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率的比保持大于約1∶1。
58.根據(jù)權(quán)利要求55的制造方法，包含使側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率的比保持在約1∶1與4.2∶1之間。
59.根據(jù)權(quán)利要求55的制造方法，包含使側(cè)向生長(zhǎng)速率與垂直生長(zhǎng)速率的比保持大于約4.2∶1。
60.根據(jù)權(quán)利要求57的制造方法，包含使側(cè)向生長(zhǎng)速率保持在每小時(shí)約2-8微米。
61.根據(jù)權(quán)利要求54的制造方法，包含采用選自下列的技術(shù)形成掩模等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法、濺射法、反應(yīng)濺射法、電子束淀積法和熱氧化法。
62.根據(jù)權(quán)利要求54的制造方法，包括沿<1100>方向掩蓋SiC襯底的(0001)表面。
63.根據(jù)權(quán)利要求54的制造方法，其中，緩沖層的生長(zhǎng)步驟包含生長(zhǎng)AlxGa1-xN層，其中0≤x≤1。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的制造方法，其中，緩沖層形成對(duì)于襯底的導(dǎo)電界面。
65.根據(jù)權(quán)利要求63的制造方法，包含使用三甲基鎵、三甲基鋁和氨作為源氣體通過(guò)氣相外延使緩沖層生長(zhǎng)。
66.根據(jù)權(quán)利要求54的制造方法，包含使緩沖層生長(zhǎng)到其厚度大于掩模的厚度。
67.根據(jù)權(quán)利要求54的制造方法，包含通過(guò)氣相外延使外延層生長(zhǎng)，該氣相外延使用選自三甲基鎵、三甲基鋁和氨中的一種或多種源氣體。
68.根據(jù)權(quán)利要求54的制造方法，包含在形成掩模的步驟之后開(kāi)出窗口。
69.根據(jù)權(quán)利要求54的制造方法，包含在掩蓋已形成溝槽的襯底的同時(shí)形成窗口。
70.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含具有上表面的襯底；掩模，直接位于所述襯底的所述上表面上，并且在其中具有至少一個(gè)窗口；以及過(guò)生長(zhǎng)外延層，該外延層從所述掩模窗口向上延伸并穿過(guò)所述掩模側(cè)向延伸，它選自氮化鎵和氮化鎵的第III族元素氮化物合金；其中，多晶材料在所述掩模上已形核。
71.根據(jù)權(quán)利要求70的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述掩模包含難熔金屬。
72.根據(jù)權(quán)利要求70的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述掩模為反射性的。
73.根據(jù)權(quán)利要求70的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述掩模包含布拉格反射器。
74.根據(jù)權(quán)利要求70的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述掩模選自SixNy、SiO2、鉑和鎢。
75.根據(jù)權(quán)利要求70的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底選自碳化硅、藍(lán)寶石、硅、砷化鎵和氧化鋅。
76.根據(jù)權(quán)利要求70的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底為碳化硅并具有選自4H、6H、3C和15R的多型。
77.根據(jù)權(quán)利要求70的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包含位于所述襯底和所述外延層之間的緩沖層。
78.根據(jù)權(quán)利要求77的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，緩沖層形成對(duì)于襯底的導(dǎo)電界面。
79.根據(jù)權(quán)利要求77的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底包含藍(lán)寶石，并且所述緩沖層由AlxGa1-xN形成，其中0≤x≤1。
80.根據(jù)權(quán)利要求70的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在所述掩模中包含多個(gè)窗口。
81.根據(jù)權(quán)利要求80的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述外延層在所述窗口之間聚結(jié)。
82.一種氮化鎵基半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含襯底，具有上表面以及所述上表面的至少兩個(gè)高出部分，該高出部分限定位于其間的至少一個(gè)溝槽；掩模結(jié)構(gòu)，覆于所述襯底，該掩模結(jié)構(gòu)具有窗口，該窗口暴露所述襯底的所述高出部分的至少一部分所述上表面；以及過(guò)生長(zhǎng)外延層，該外延層從所述掩模窗口向上延伸并在所述溝槽上側(cè)向延伸并穿過(guò)所述掩模延伸，該外延層選自氮化鎵和氮化鎵的第III族元素氮化物合金。
83.根據(jù)權(quán)利要求82的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含在所述掩模上形核的多晶材料。
84.根據(jù)權(quán)利要求82的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述已形核的多晶材料位于所述溝槽中。
85.根據(jù)權(quán)利要求82的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底選自碳化硅、藍(lán)寶石、硅、砷化鎵和氧化鋅。
86.根據(jù)權(quán)利要求85的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底選自碳化硅和藍(lán)寶石，并且其中所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含位于所述襯底和所述外延層之間的緩沖層。
87.根據(jù)權(quán)利要求82的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述掩模包含SixNy。
88.根據(jù)權(quán)利要求82的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述外延層部分的部分在所述至少一個(gè)溝槽上聚結(jié)。
89.根據(jù)權(quán)利要求82的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含在所述掩模的所述窗口中的所述襯底上的緩沖層。
90.根據(jù)權(quán)利要求82的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含多個(gè)溝槽和多個(gè)高出部分，至少兩個(gè)所述高出部分在其中具有窗口。
91.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含具有上表面的碳化硅襯底；SixNy掩模，直接位于所述襯底的所述上表面上，并且在其中具有至少一個(gè)窗口；位于所述掩模窗口內(nèi)的AlxGa1-xN緩沖層，其中0≤x≤1；以及過(guò)生長(zhǎng)外延層，從所述掩模窗口向上延伸，并穿過(guò)所述掩模側(cè)向延伸，該外延層選自氮化鎵和氮化鎵的第III族元素氮化物合金。其中多晶材料已在所述掩模上形核。
92.一種氮化鎵基半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含碳化硅襯底，具有上表面和所述上表面上的至少兩個(gè)高出部分，該高出部分限定位于其間的至少一個(gè)溝槽；覆于所述襯底的SixNy掩模結(jié)構(gòu)，所述掩模結(jié)構(gòu)具有窗口，該窗口暴露所述襯底的所述高出部分的至少一部分所述上表面；以及位于所述掩模窗口內(nèi)的AlxGa1-xN緩沖層，其中0≤x≤1；以及過(guò)生長(zhǎng)外延層，從所述掩模窗口向上延伸，并在所述掩模上側(cè)向延伸和穿過(guò)所述掩模延伸，該外延層選自氮化鎵和氮化鎵的第III族元素氮化物合金。
全文摘要
一種在襯底上制造氮化鎵基半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法,包含下列步驟:直接在襯底(18)上形成具有至少一個(gè)開(kāi)口(6)的掩模(14),使緩沖層(12)穿過(guò)開(kāi)口生長(zhǎng),使氮化鎵層(20)從緩沖層向上生長(zhǎng)并沿掩模側(cè)向生長(zhǎng)。在氮化鎵從掩模中進(jìn)行的生長(zhǎng)過(guò)程中,氮化鎵層的垂直生長(zhǎng)速率和側(cè)向生長(zhǎng)速率保持足夠大的速率,以防止在所述掩模上形核的多晶材料(30)阻止氮化鎵層的側(cè)向生長(zhǎng)。另一實(shí)施例中的方法包含如下步驟:在襯底上形成限定鄰近溝槽(18)的至少一個(gè)高出部分(15),并在襯底(10)上形成掩模(14),在高出部分的上表面上,該掩模具有至少一個(gè)開(kāi)口(16)?？梢允咕彌_層(12)從高出部分的上表面生長(zhǎng)。然后通過(guò)在溝槽上懸掛外延使氮化鎵層(26)側(cè)向生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H01L21/205GK1378702SQ00814189
公開(kāi)日2002年11月6日 申請(qǐng)日期2000年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月14日
發(fā)明者孔華雙, J·A·艾迪芒德, K·W·哈彼爾勒恩, D·T·埃米爾森 申請(qǐng)人:克里公司