[发明专利]生长氮化镓结晶组合物的方法

说明书

本申请是申请日为2007年11月9日、申请号为201310078174.5的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请是2006年3月15日提交的系列申请No.11/376,575、2004年12月13日提交的系列申请No.11/010,507、2002年12月27日提交的系列申请No.10/329,981的部分继续申请。本申请要求前述申请的优先权和权利，在此引入它们的内容作为参考。

关于联邦政府资助研究和开发的声明

依据美国商务部国家标准与技术研究所授予的合作协议No.70NANB9H3020，美国政府可享有本发明中的一定权利。

技术领域

本发明涉及与结晶组合物相关的方法。

背景技术

金属氮化物基光电器件和电子器件可商业利用。可能期望获得缺陷水平较低的金属氮化物。缺陷可包括器件半导体层中的螺位错。这些螺位错可能源于金属氮化物层与非同质衬底如蓝宝石或碳化硅的晶格失配。缺陷可能源于热膨胀失配、杂质和倾斜边界(tilt boundary)，这取决于层生长方法的细节。

可能期望获得不同于现有方法的制备和/或金属氮化物的方法。

发明内容

在一种实施方案中，一种方法可包括在衬底上生长第一结晶组合物。该第一结晶组合物可包含镓和氮。该结晶组合物可具有位于约3175cm^-1之处的红外吸收峰且单位厚度吸收率大于约0.01cm^-1。或者，该第一结晶组合物可具有小于约3×10¹⁸cm^-3的氧浓度，并且在该第一结晶组合物的测定体积中可不含二维平面晶界缺陷。可将该第一结晶组合物从衬底上取下，以使该第一结晶组合物限定种晶。可在该第一结晶组合物的至少一个表面上生长第二结晶组合物。

本发明的实施方案可包括加热处于压力之下并与形核中心连通的源材料的方法。形核中心可包括含有小于约5摩尔％的磷、砷、铝或铟的第一结晶组合物。该第一结晶组合物可包括至少一个直径大于3mm、一维位错密度小于约1000cm^-2的晶粒，并且可不含二维缺陷如倾斜边界。该方法还可包括在第一结晶组合物上生长第二结晶组合物。一方面，第二结晶组合物可包括氮化镓。

一方面，本发明还涉及形成氮化镓结晶组合物的方法，其中在一种实施方案中晶体横向生长，沿方向横向生长生成具有大面积(0001)和晶面的结晶组合物。在另一实施方案中，沿方向横向生长生成具有大面积(0001)和晶面的结晶组合物。在第二实施方案中，沿方向横向生长生成具有大面积晶面的结晶组合物。在第三实施方案中沿方向横向生长生成具有大面积晶面的结晶组合物。

本发明包括：

1.一种生长氮化镓结晶组合物的方法，包括：

加热与形核中心连通的源材料，其中所述形核中心包括含有镓和氮的第一结晶组合物，该第一结晶组合物具有厚度w以及限定垂直于厚度w的晶面的尺寸x和y，其中该第一结晶组合物包括至少一个尺寸x或y为至少3mm的至少一个晶粒，所述至少一个晶粒不含二维缺陷且具有小于约10,000cm^-2的一维位错密度；以及

在所述第一结晶组合物上生长第二结晶组合物，其中所述第一结晶组合物和所述第二结晶组合物是相同或不同的第III族氮化物。

2.项1的方法，其中所述第一结晶组合物包括至少一个尺寸x或y为至少5mm的至少一个晶粒，所述至少一个晶粒不含二维缺陷且具有小于约10,000cm^-2的一维位错密度。

3.项1的方法，其中所述第一结晶组合物包括至少一个尺寸x或y为至少10mm的至少一个晶粒，所述至少一个晶粒不含二维缺陷且具有小于约10,000cm^-2的一维位错密度。

4.项1的方法，其中所述第一结晶组合物包括至少一个尺寸x或y为至少15mm的至少一个晶粒，所述至少一个晶粒不含二维缺陷且具有小于约10,000cm^-2的一维位错密度。

5.项1的方法，其中所述形核中心包括图案化衬底、该图案化衬底限定至少一个具有确定尺寸的切口。

6.项5的方法，还包括从所述切口的边界横向生长所述第二结晶组合物。

7.项1的方法，其中所述源材料设置在具有第一区域和第二区域的腔室中，所述第二区域与所述第一区域隔开；该方法还包括：

将所述形核中心置于第一区域；

将所述源材料置于第二区域；以及