[发明专利]半导体衬底及形成方法

说明书

技术领域

以下涉及一种形成半导电衬底的方法，并且具体涉及一种包括用于形成LED或LD器件的释放层的衬底的方法。

背景技术

包括III-V族材料（例如，氮化镓（GaN））、三元化合物（例如，氮化铟镓（InGaN）和氮化镓铝（GaAlN））、甚至四元化合物（氮化铝镓铟（AlGaInN））的基于半导电的化合物为直接带隙半导体。此类材料已被公认为具有用于短波长发射的巨大潜力，并因此适用于发光二极管（LED）、激光二极管（LD）、UV检测器以及高温电子器件的制造。

然而，由于围绕这种材料的处理，尤其是短波长发射电子设备的制造所需要的高质量的单晶形式的材料的形成的困难已经阻碍了这种半导电材料的开发。GaN不是作为自然产生的化合物被发现，并且由于在通常压力下它的理论熔化温度超过其解离温度，因此不能被熔化以及不能由像硅、砷化镓或蓝宝石的晶锭提取。作为替代，本行业已转向利用外延生长工艺形成块状GaN晶体。然而，利用外延方法仍存在问题，包括合适的低缺陷密度的块状GaN材料的形成。

扩展缺陷（穿透位错、堆垛层错和反相边界）的存在导致显著变差的性能并且导致设备的缩短的工作寿命。更具体地，位错表现为非辐射中心，因此降低了由这些材料制造的发光二极管和激光二极管的发光效率。这些位错还增加暗电流。虽然穿透位错并没有阻止高亮度发光二极管的开发，但是位错在诸如高电子迁移率晶体管、场效应晶体管以及其它电子器件的p-n结器件中产生过多的反向偏置漏电流。此外，位错可充当载流子的强散射中心，因此降低了电子和空穴的迁移率，限制了许多半导体器件的性能。

发明内容

根据一个方面，形成用于电子器件的半导电衬底材料的方法包括在反应室中的连续生长工艺期间在衬底上形成多个半导电层，其中在连续生长工艺期间，通过改变在连续生长工艺期间的至少一个生长工艺参数并且将多个半导电层与衬底分离而在基层和外延层之间形成释放层。

根据另一方面，形成III-V族材料的方法包括：形成包括覆盖衬底的III-V族材料的基层，形成包括覆盖基层的III-V族材料的释放层，其中释放层包括与基层中的掺杂剂的浓度相比不同量的掺杂剂的浓度，以及形成包括覆盖基层的III-V族材料的外延层。具体而言，该过程在单个室中以连续生长工艺进行。

在一个方面，形成用于电子器件的半导电衬底材料的方法包括进行连续生长工艺以在衬底上形成多个半导电层，连续生长工艺包括形成包括覆盖衬底的III-V族材料的基层和连续生长III-V族材料，同时改变至少一个生长工艺参数以形成覆盖基层的释放层，释放层具有与基层的组分不同的组分。该方法进一步包括连续生长III-V族材料并改变至少一个工艺参数以形成覆盖释放层的外延层，外延层具有与释放层的组分不同的组分。

在又一方面，形成用于电子器件的半导电衬底材料的方法包括在反应室中形成包括覆盖衬底的III-V族材料的基层，其中沉积基层包括氢化物气相外延（HVPE）工艺和继续生长III-V族材料以及将第一掺杂剂材料引入反应室以形成覆盖基层的第一释放层。该方法进一步包括继续生长III-V族材料并从反应室移除掺杂剂以形成覆盖释放层的第一外延层部分，继续生长III-V族材料并且将第二掺杂剂材料引入反应室以形成覆盖第一外延层部分的第二释放层，以及利用碰撞（impinging）在第一释放层上的第一波长的辐射在第一释放层处将第一外延层部分与基层分离。

在再一方面，半导体器件包括基层、第一释放层和第一外延层部分，其中，所述基层包含III-V族材料；所述第一释放层部分包括覆盖基层的III-V族材料；所述第一外延层部分包括覆盖第一释放层的III-V族材料，所述第一外延层部分包括根据在第一外延层部分的上表面处测量的在大约1x10⁵位错/cm²和大约1x10⁸位错/cm²之间的范围内的位错密度。

根据另一方面，半导体器件包括基层、第一释放层、第一外延层部分、第二释放层以及第二外延层部分，其中，所述基层包含III-V族材料；所述第一释放层包括覆盖基层的III-V族材料；所述第一外延层部分包括覆盖第一释放层的III-V族材料；所述第二释放层包括覆盖第一外延层部分的III-V族材料；所述第二外延层部分包括覆盖第二释放层的III-V族材料。