[发明专利]具有减少的凹坑缺陷的III-V半导体结构及其形成方法

说明书

本发明涉及具有减少的凹坑缺陷的III‑V半导体结构及其形成方法。在一些实施方案中，所述方法可用于制造III‑V材料的半导体结构，如InGaN。通过调节诸如生长表面的温度的生长条件以产生过饱和区域，从而生长铟浓度在饱和区域以上的In‑III‑V半导体层，其中相对于饱和区域，In‑III‑V半导体层生长为具有减小的V形凹坑密度。

本发明是中国专利申请号为201280008784.1，发明名称为“具有减少的凹坑缺陷的III-V半导体结构及其形成方法”，申请日为2012年02月17日的进入中国的PCT专利申请的分案申请。

技术领域

本发明的实施方案一般涉及III-V半导体结构，以及形成III-V半导体结构的方法。

背景技术

III-V半导体材料，例如III-砷化物(例如砷化铟镓(InGaAs))、III-磷化物(例如磷化铟镓(InGaP))和III-氮化物(例如氮化铟镓(InGaN))，可在多种电子装置结构中使用。一些示例电子装置为转换结构(例如晶体管等)、发光结构(例如激光二极管、发光二极管等)、光接收结构(例如波导管、分离器、混合器、光电二极管、太阳能电池、太阳能子电池(subcell)等)，和/或微电子机械系统结构(例如加速器、压力传感器等)。含有III-V半导体材料的这种电子装置可用于多种应用中。例如，这种装置结构常用于产生一个或多个各种波长下的辐射(例如可见光)。由这种结构发射的光不仅可用于照明应用，还可用于例如媒体存储和检索应用、通讯应用、印刷应用、光谱应用、生物试剂检测应用，和图像投影应用。

更详细地，InGaN层可最初“假同晶”生长至下方的基材，从而使(例如通过原子力强制)InGaN层的晶格参数基本上匹配于其生长的下方基材的晶格参数。InGaN层与下方基材(例如GaN)之间的晶格失配可诱导InGaN层的晶格中的应变，并且该诱导应变可诱导应变能，所述应变能可随InGaN层厚度的增加而增加。当InGaN层的厚度随其连续生长而增加时，InGaN层中的应变能可增加，直至在通常称为“临界厚度”的厚度下，InGaN层可不再以假同晶的方式生长，并且可能发生应变松弛。InGaN层中的应变松弛可导致InGaN层的品质劣化。例如，InGaN层中的晶体品质的这种劣化可包括结晶缺陷(例如位错)的形成、InGaN层表面的粗糙化，和/或非均相材料组成的区域的形成。

在一些情况中，这些缺陷可导致装置失效。例如，缺陷可能足以显著，以导致发光二极管(LED)或激光二极管的P-N结的短路，使得发光装置无法产生所需的电磁能。

需要III-V半导体结构和形成这种III-V半导体结构的方法，所述III-V半导体结构具有降低的缺陷密度以增加由其形成的装置的品质。特别地，需要III-V半导体结构和形成它们的方法，所述III-V半导体结构包括与其他材料成合金的铟，以形成具有降低缺陷密度的含铟层，所述含铟层相对较厚，具有相对较高的铟浓度，或它们的组合。

发明内容

本发明的各个实施方案一般涉及III-V半导体结构，以及形成这种III-V半导体结构的方法。例如，在一些实施方案中，本发明包括氮化铟镓(InGaN)结构和形成InGaN结构的方法。

提供该发明内容来以简化的形式介绍概念的选择，所述概念在本发明的一些示例实施方案的如下详细描述中进一步描述。该发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保护的主题的范围。

在一些实施方案中，本发明包括形成半导体结构的方法，其包括在基材上形成III-V半导体层，以及在所述III-V半导体层的生长表面上形成具有减小的V形凹坑密度的铟-III-V半导体层。通过在加工室中组合至少铟前体、与所述铟前体不同的III族元素前体，和V族元素前体，从而形成铟固相浓度在铟饱和区域(regime)以上的铟-III-V半导体层，所述加工室构造为具有铟过饱和区域，所述铟过饱和区域包括比铟饱和区域的相应室温更低的室温。