[发明专利]通过纳米或微米颗粒膜生长的超低位错密度的第三族-氮化物半导体衬底

权利要求书

1.一种半导体衬底的制造方法，包括如下步骤：

在初始衬底上形成三维多层颗粒膜；

处理所述初始衬底以形成微米空隙和/或纳米空隙，所述空隙交叉连接并从该颗粒膜的上表面向所述颗粒膜下面的所述初始衬底的表面延伸；

在所述处理的初始衬底上通过所述颗粒膜生长第三族-氮化物半导体晶体，所述颗粒膜消除、阻滞和/或消灭所述第三族-氮化物半导体晶体中的位错。

2.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述第三族-氮化物半导体晶体中的缺陷或位错密度小于1×10⁸缺陷或位错/平方厘米(/cm²)。

3.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述初始衬底选自蓝宝石、ZnO、6H-SiC、4H-SiC、3C-SiC、GaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、AlInN、AlInGaN、LiAlO₂、LiGaO₂、MgAlO₄、Si、HfB₂和GaAs，或其他化合物半导体、有机材料或无机材料。

4.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述颗粒膜包括至少一种选自以下成分的至少一层：硅石/二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(SiN)、二氧化钛(TiO₂)、金、CdS、Pb、中尺度ZnS和聚合物。

5.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述在初始衬底上形成三维多层颗粒膜的步骤选自以下步骤：在所述初始衬底上旋涂颗粒膜、喷涂、重力沉降、自组装、物理约束和将颗粒膜沉积到所述初始衬底上的随机或周期性两维或三维图案中。

6.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述颗粒膜包括至少一层直径为2纳米(nm)～2000微米(μm)的球体的层，或包括至少一层直径为2纳米(nm)～2000微米(μm)的球状多面体颗粒、多角体或多面体的层。

7.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述颗粒膜的厚度为5纳米～10000微米。

8.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述颗粒膜中空隙的总体积为颗粒膜体积的99.9％以下。

9.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中在生长所述第三族-氮化物半导体晶体的工艺中的最初生长阶段，从所述颗粒膜的球体间形成的空隙内部选择性地产生半导体晶核。

10.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述生长第三族-氮化物半导体晶体的步骤通过选自以下的方法进行：(a)金属有机化学气相淀积法(MOCVD)；(b)气相外延生长法；(c)氢化物气相外延生长法(HVPE)；(d)气相外延生长法中的有机金属的高温分解(OMVPE)；(e)封闭空间气相传送(CSVT)；和(f)分子束外延生长法(MBE)。

11.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述第三族-氮化物半导体晶体选自氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)和氮化铟铝(InAlN)，和氮化铝铟镓(AlInGaN)。

12.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述第三族-氮化物半导体晶体采用选自以下的掺杂物进行正型或负型掺杂：镁、锌、铍、碳、硅、氧、锡和锗，或其他元素。

13.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述第三族-氮化物半导体晶体的厚度为50纳米以上，以及其表面基本上平坦。

14.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述初始衬底的表面是非极性形成表面，用于提供所述第三族-氮化物半导体晶体的生长表面，以及所述第三族-氮化物半导体晶体的生长表面是非极性表面。

15.如权利要求1所述的半导体衬底的制造方法，其中所述生长第三族-氮化物半导体晶体的步骤包括形成由多个第三族-氮化物半导体外延层构成的光电子或微电子器件结构。