專利名稱：氮化鎵層在藍(lán)寶石基體上的懸掛外延生長(zhǎng)的制作方法
聯(lián)邦政府贊助的研究這項(xiàng)發(fā)明是在政府支持下按照海軍研究合同第N00014-96-1-0765、N00014-98-1-0384和N00014-98-1-0654號(hào)進(jìn)行的。政府對(duì)這項(xiàng)發(fā)明可以有某種權(quán)利。
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域這項(xiàng)發(fā)明涉及微電子器件和制造方法，更具體地說(shuō)涉及氮化鎵半導(dǎo)體器件及其制造方法。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)目前正在對(duì)氮化鎵進(jìn)行廣泛地微電子器件研究，其中包括但不限于晶體管、場(chǎng)致發(fā)射體和光電子器件。人們將理解，如同在本文中所用的那樣，氮化鎵也包括氮化鎵的合金，例如氮化鎵鋁，氮化鎵銦和氮化鎵銦鋁。
在制造以氮化鎵為基礎(chǔ)的微電子器件方面的主要問(wèn)題是制造缺陷密度低的氮化鎵半導(dǎo)體層。眾所周知缺陷密度的貢獻(xiàn)者之一是供氮化鎵層在其上生長(zhǎng)的基體。因此，雖然氮化鎵層已在藍(lán)寶石基體上生長(zhǎng)，但是讓氮化鎵層在本身是在碳化硅基體上形成的氮化鋁緩沖層上生長(zhǎng)將降低缺陷密度是眾所周知的。盡管有這些進(jìn)步，繼續(xù)降低缺陷密度仍然是令人想要的。
人們還知道憑借在氮化鎵層上形成其中包括至少一個(gè)露出打底的氮化鎵層的開(kāi)口的掩模和讓打底的氮化鎵層穿過(guò)所述的至少一個(gè)開(kāi)口往掩模上橫向生長(zhǎng)可以生產(chǎn)低缺陷密度的氮化鎵層。這種技術(shù)往往被稱為“外延型橫向蔓延(ELO)”。這個(gè)氮化鎵層可以往掩模上橫向生長(zhǎng)，使氮化鎵在掩模上聚結(jié)成單層。為了形成缺陷密度比較低的連續(xù)的氮化鎵層，可以在橫向蔓延的氮化鎵層上形成包括至少一個(gè)與打底的掩模中的開(kāi)口錯(cuò)開(kāi)的開(kāi)口的第二掩模。然后，ELO再一次穿過(guò)第二掩模中的開(kāi)口得以完成，借此允許連續(xù)的低缺陷密度的第二氮化鎵層蔓延。然后，微電子器件可以在這個(gè)蔓延的第二層中形成。例如，氮化鎵的ELO在如下出版物中已有描述Nam等人的“Lateral Epitaxyof Low Defect Density GaN Layers Via Organometallic Vapor PhaseEpitaxy(經(jīng)由有機(jī)金屬蒸汽相外延附生的低缺陷密度GaN層橫向外延附生)”，Appl.Phys.Lett.Vol.71，No.18，1997年11月3日，pp.2638-2640；Zheleva等人的“Dislocation Density ReductionVia Lateral Epitaxy in Selectively Grown GaN Structures(在有選擇地生長(zhǎng)的GaN結(jié)構(gòu)中借助橫向外延附生減少位錯(cuò)密度)”，Appl.Phys.Lett.Vol.71，No.17，1997年10月27日，pp.2472-2474，在此通過(guò)引證將它們的揭示并入。
人們還知道通過(guò)在打底的氮化鎵層中形成至少一個(gè)溝槽或柱來(lái)定義至少一個(gè)側(cè)壁可以生產(chǎn)低缺陷密度的氮化鎵層。然后，氮化鎵層從所述的至少一個(gè)側(cè)壁橫向生長(zhǎng)出來(lái)。橫向生長(zhǎng)優(yōu)選持續(xù)到橫向長(zhǎng)出的膜層在溝槽范圍內(nèi)聚結(jié)為止。橫向生長(zhǎng)還優(yōu)選一直持續(xù)到從側(cè)壁生長(zhǎng)出來(lái)的氮化鎵層橫向蔓延到柱的頂端之上為止。為了促進(jìn)橫向生長(zhǎng)、氮化鎵的成核作用和在垂直方向上生長(zhǎng)，柱的頂端和/或溝槽底面可以被掩蔽。來(lái)自溝槽和/或柱的側(cè)壁的橫向生長(zhǎng)也被稱為“懸掛外延(Pendeoepitaxy)”并且是在下面列舉的出版物中予以描述的Zheleva等人的“Pendeo-EpitaxyA New Approach for Lateral Growth of GalliumNitride Films(懸掛外延用于氮化鎵膜橫向生長(zhǎng)的新方法)”，Journal of Electronic Materials，Vol.28，No.4，1999年2月，PP.L5-L8；以及Linthicum等人的“Pendeoepitaxy of GalliumNitride Thin Films(氮化鎵薄膜的懸掛外延)”，Applied PhysicsLetters，Vol.75，No.2，1999年7月，pp.196-198，在此通過(guò)引證將它們的揭示并入。
ELO和懸掛外延能夠?yàn)槲㈦娮討?yīng)用提供比較大的低缺陷密度的氮化鎵層。然而，可能限制氮化鎵器件批量生產(chǎn)的主要問(wèn)題是氮化鎵層在碳化硅基體上的生長(zhǎng)。盡管碳化硅的重要性在商業(yè)上逐漸增加，但是碳化硅基體仍然可能是比較昂貴的。此外，因?yàn)樘蓟枋遣煌该鞯?，所以在需要背面照明的?chǎng)合把碳化硅基體用在光學(xué)器件中可能是困難的。因此，使用碳化硅基體打底制造氮化鎵微電子結(jié)構(gòu)可能對(duì)氮化鎵器件的成本和應(yīng)用產(chǎn)生不利的影響更具體地說(shuō)，氮化鎵半導(dǎo)體層可以通過(guò)蝕刻在藍(lán)寶石基體上打底的氮化鎵層來(lái)制造，以便在打底的氮化鎵層中定義至少一個(gè)柱和至少一條溝槽。所述的至少一個(gè)柱包括氮化鎵頂端和氮化鎵側(cè)壁。所述的至少一條溝槽包括溝槽底面。氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。然而，在完成橫向生長(zhǎng)步驟之前，藍(lán)寶石基體和/或打底的氮化鎵層是經(jīng)過(guò)處理的，以便防止來(lái)自溝槽底面的氮化鎵的生長(zhǎng)干擾所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)。
在所述的至少一條溝槽下面，藍(lán)寶石基體可以被蝕刻到足夠的深度以形成藍(lán)寶石底面和防止來(lái)自藍(lán)寶石底面的氮化鎵垂直生長(zhǎng)干擾所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)。除此之外作為替代方案，溝槽底面可以用掩模掩蔽。在其它的替代方案中，打底的氮化鎵層被有選擇的蝕刻和掩蔽以便將藍(lán)寶石基體暴露出來(lái)形成藍(lán)寶石底面。柱的氮化鎵頂端也可以被掩模掩蔽，以便與在氮化鎵上相比降低氮化鎵在其上的成核作用。生長(zhǎng)之后，可以在氮化鎵半導(dǎo)體層中形成至少一個(gè)微電子器件。
更明確地說(shuō)，在藍(lán)寶石基體上打底的氮化鎵層經(jīng)過(guò)蝕刻有選擇地將藍(lán)寶石基體暴露出來(lái)并且在打底的氮化鎵層中定義至少一個(gè)柱和至少一條溝槽。所述的至少一個(gè)柱每個(gè)都包括氮化鎵頂端和氮化鎵側(cè)壁。所述的至少一條溝槽包括藍(lán)寶石底面。所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。
優(yōu)選的是在蝕刻藍(lán)寶石基體上打底的氮化鎵層時(shí)，藍(lán)寶石基體也被蝕刻，以便定義在打底的氮化鎵層中和在藍(lán)寶石基體中的至少一個(gè)柱以及在打底的氮化鎵層中和在藍(lán)寶石基體中的至少一條溝槽。所述的至少一個(gè)柱每個(gè)都包括氮化鎵頂端、氮化鎵側(cè)壁和藍(lán)寶石側(cè)壁。所述的至少一條溝槽包括藍(lán)寶石底面。更優(yōu)選的是藍(lán)寶石基體被蝕刻足夠的深度以便防止來(lái)自藍(lán)寶石底面的氮化鎵垂直生長(zhǎng)干擾所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)的步驟。例如，藍(lán)寶石側(cè)壁高度與藍(lán)寶石底面寬度之比超過(guò)大約1/4。在另一個(gè)實(shí)施方案中，藍(lán)寶石底面是用與在藍(lán)寶石上相比將降低氮化鎵的成核作用的掩模掩蔽的。
在另一些實(shí)施方案中，藍(lán)寶石基體包括在它上面的氮化鋁緩沖層。在蝕刻步驟期間，氮化鎵層和氮化鋁緩沖層兩者都被蝕刻以便將藍(lán)寶石基體有選擇地暴露出來(lái)。在其它的實(shí)施方案中，藍(lán)寶石基體也被這樣有選擇地蝕刻，以致溝槽延伸到藍(lán)寶石基體之中。
橫向生長(zhǎng)優(yōu)選通過(guò)讓氮化鎵側(cè)壁往氮化鎵頂端上橫向蔓延以懸掛外延方式繼續(xù)進(jìn)行，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。在懸掛外延生長(zhǎng)之前，氮化鎵頂端可以用與在氮化鎵上相比將降低氮化鎵的成核作用的掩模掩蔽。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方面，溝槽底面可以用掩模掩蔽，借此回避將藍(lán)寶石基體暴露出來(lái)的需要。具體地說(shuō)，在藍(lán)寶石基體上打底的氮化鎵層可以被蝕刻，以便定義在打底的氮化鎵中的至少一個(gè)柱和在打底的氮化鎵層中的至少一條溝槽。所述的至少一個(gè)柱包括頂端和側(cè)壁，而所述的至少一條溝槽包括溝槽底面。所述的至少一個(gè)底面是用掩模掩蔽的，而所述的至少一個(gè)柱的側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。如上所述，柱的頂端也可以被掩蔽。優(yōu)選的是所述的至少一個(gè)底面和所述的至少一個(gè)頂端同時(shí)被掩蔽，例如，通過(guò)實(shí)施定向沉淀在側(cè)面的頂端和底面上形成掩模，但在側(cè)壁上不形成掩模。還是如上所述，在有氮化鋁緩沖層存在時(shí)，可以通過(guò)蝕刻定義柱和溝槽，或者在氮化鋁緩沖層上形成掩模。在另一個(gè)替代方案中，溝槽底面本身可以位于氮化鎵層中，而氮化鎵溝槽底面可以如同前面描述的那樣被掩蔽。
依照本發(fā)明氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案可以包括藍(lán)寶石基體和在藍(lán)寶石基體上打底的氮化鎵層。打底的氮化鎵層中包括至少一個(gè)柱和至少一條溝槽。所述的至少一個(gè)柱每個(gè)都包括氮化鎵頂端和氮化鎵側(cè)壁。所述的至少一條溝槽包括藍(lán)寶石底面。側(cè)面的氮化鎵層從所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁橫向延伸到所述的至少一條溝槽之中。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的至少一條溝槽這樣延伸到藍(lán)寶石基體之中，以致于所述的至少一個(gè)柱每個(gè)包括氮化鎵頂端、氮化鎵側(cè)壁和藍(lán)寶石側(cè)壁，而所述的至少一條溝槽包括藍(lán)寶石底面。優(yōu)選的是在藍(lán)寶石底面上沒(méi)有垂直的氮化鎵層，而藍(lán)寶石側(cè)壁高度與藍(lán)寶石底面寬度之比可以超過(guò)大約1/4。掩模可以被包括在藍(lán)寶石底面上，氮化鋁緩沖層也可以被包括在藍(lán)寶石基體和打底的氮化鎵層之間。掩模也可以被包括在氮化鎵頂端上。頂端和底面上的掩模優(yōu)選由同一種材料組成。
依照本發(fā)明氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的其它實(shí)施方案也可以包括藍(lán)寶石基體和在藍(lán)寶石基體上打底的氮化鎵層。在打底的氮化鎵層中包括至少一個(gè)柱和至少一條溝槽。所述的至少一個(gè)柱包括氮化鎵頂端和氮化鎵側(cè)壁，而所述的至少一條溝槽包括溝槽底面。掩模被包括在所述的至少一條溝槽鋪的底面上，而氮化鎵層從所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁橫向延伸到所述的至少一條溝槽之中。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，溝槽底面是藍(lán)寶石底面。在氮化鎵頂端上可以提供優(yōu)選包含與溝槽底面上的掩模相同的材料的掩模。氮化鋁緩沖層也可以如同前面描述的那樣被提供。至少一個(gè)微電子器件可以在該氮化鎵半導(dǎo)體層中形成。
因此，藍(lán)寶石可以作為生成低缺陷密度的氮化鎵半導(dǎo)體層的基體被使用。借此可以提供低成本和/或高實(shí)用性的氮化鎵器件。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1-5是依照本發(fā)明第一種氮化鎵微電子結(jié)構(gòu)在中間的制造步驟期間的剖視圖。
圖6-10是依照本發(fā)明其它氮化鎵微電子結(jié)構(gòu)在中間的制造步驟期間的剖視圖。
圖11-16是依照本發(fā)明另一些氮化鎵微電子結(jié)構(gòu)在中間的制造步驟期間的剖視圖。
圖17-22是依照本發(fā)明另外一些氮化鎵微電子結(jié)構(gòu)在中間的制造步驟期間的剖視圖。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明現(xiàn)在將參照用來(lái)展示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的附圖更全面地描述這項(xiàng)發(fā)明。然而，這項(xiàng)發(fā)明可以用許多不同的形式予以體現(xiàn)，因此不應(yīng)該被解釋為僅僅局限于在此處發(fā)表的實(shí)施方案；更確切地說(shuō)，這些實(shí)施方案是這樣提供的，以至于這個(gè)揭示將是完全徹底的并且對(duì)于熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人將全面覆蓋本發(fā)明的范圍。為了清楚起見(jiàn)，膜層的厚度和區(qū)域在這些附圖中被夸大了。相同的數(shù)字自始至終指的是相同的要素。人們將理解諸如膜層、區(qū)域或基體之類的要素被稱為“在”或“到”另一個(gè)要素之上時(shí)，它可能直接在其它要素之上，也可能有居間的要素存在。此外，在本文中描述和圖解說(shuō)明的每個(gè)實(shí)施方案也包括其補(bǔ)充的傳導(dǎo)型實(shí)施方案。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1-5，描述依照本發(fā)明的實(shí)施方案制造氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。如圖1所示，打底的氮化鎵層104生長(zhǎng)在基體102上。基體102包括藍(lán)寶石(Al2O3)基體102a，優(yōu)選具有(0001)(c-平面)取向，并且優(yōu)選包括氮化鋁和/或氮化鎵緩沖層102b。在本文中使用的結(jié)晶學(xué)命名約定對(duì)于熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人是眾所周知的，因此不需要進(jìn)一步予以描述。氮化鎵層104可以有介于0.5和2.0μm的厚度，并且可以在使用三乙基鎵(26微摩爾/分)、氨(1500sccm)和氫稀釋劑(3000sccm)的垂直的和感應(yīng)加熱的有機(jī)金屬蒸汽相冷壁外延系統(tǒng)中于1000℃下在沉積在藍(lán)寶石基體102a上的低溫(600℃)的氮化鋁緩沖層和/或低溫(500℃)的氮化鎵緩沖層102b上生長(zhǎng)。氮化鎵層在包括氮化鋁緩沖層的藍(lán)寶石基體上的生長(zhǎng)是在下述出版物中予以描述的Yoshida等人，Appl.Phys.Lett.42(5)，1983年3月1日，pp.427-429，題為“Improvements on the Electrical and LuminescentProperties of Reactive Molecular Beam EpitaxiallV Grown Films byUsing-Coated Sapphire Substrates(通過(guò)使用帶AlN涂層的藍(lán)寶石基體對(duì)反應(yīng)分子束外延附生而成GaN膜的電發(fā)光特性的改進(jìn))”；Amano等人，Appl.Phys.Lett.48(5)，1986年2月，pp.353-355，題為“有機(jī)金屬Vapor Phase Epitaxial Growth of aHigh Quality GaN Film Using an AIN Buffer Layer(使用AlN緩沖層時(shí)高質(zhì)量GaN膜的有機(jī)金屬蒸汽相外延生長(zhǎng))”；Kuznia等人，J.Appl.Phys.73(9)，1993年5月1日，pp.470-4702，題為“Influence of Buffer Layers on the Deposition of High QualitySingle Crystal GaN Over Sapphire Substrate(緩沖層對(duì)高質(zhì)量的GaN單晶在藍(lán)寶石基體上的沉積的影響)”；Nakamura，JapaneseJournal of Applied Physics，Vol.30，No.10A，1991年10月，pp.L1705-L1707，題為“GaN Growth Using GaN Buffer Layer(使用GaN緩沖層時(shí)GaN的生長(zhǎng))”；Doverspike等人，Journal ofElectronic Materials，Vol.24，No.4，1995年，pp.269-273，題為“The Effect of GaN and AIN Buffer Layers on GaN FilmProperties Grown on Both C-Plane and A-Plane Sapphire(GaN和AlN緩沖層對(duì)在C-平面和A-平面兩種藍(lán)寶石上生長(zhǎng)的GaN膜的性能的影響)”，在此通過(guò)引證將這些出版物所揭示的內(nèi)容全部并入。
仍然參照?qǐng)D1，打底的氮化鎵層104包括眾多的側(cè)壁105。熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人將理解側(cè)壁105可以被看作是由眾多也可以被稱為“臺(tái)地”、“底座”或“圓柱”的被隔開(kāi)的柱106定義的。側(cè)壁105也可以被看作是由眾多在打底的氮化鎵層104中也被稱為“井”的溝槽107定義的。側(cè)壁105還可以被看作是由一系列交替的溝槽107和柱106定義的。此外，可以提供被看作是由至少一條毗鄰溝槽107定義的單一的柱106。人們還將理解定義側(cè)壁105的柱106和溝槽107可以借助有選擇的蝕刻和/或有選擇的外延生長(zhǎng)和/或其它的傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)制造。人們還將理解側(cè)壁不需要與基體102正交，而是傾斜的。最后，人們將理解雖然側(cè)壁105在圖1中是用橫截面展示的，但是柱106和溝槽107可以定義筆直的、V形的或具有其它形狀的細(xì)長(zhǎng)區(qū)域。如圖1所示，溝槽107優(yōu)選延伸到緩沖層102b和基體102a之中，以致氮化鎵隨后的生長(zhǎng)優(yōu)先發(fā)生在側(cè)壁105上，而不是發(fā)生在溝槽底面上。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，打底的氮化鎵層104的側(cè)壁105橫向生長(zhǎng)，在溝槽107中形成橫向的氮化鎵層108a。氮化鎵的橫向生長(zhǎng)可以在1000-1100℃和45托下獲得。以13-39微摩爾/分鐘提供的母料TEG和以1500sccm提供的NH3可以與3000sccm的H2稀釋劑結(jié)合使用。如果要形成氮化鎵合金，舉例說(shuō)，附加的鋁或銦的傳統(tǒng)母料也可以被使用。如同在本文中使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“橫向”意味著與側(cè)壁105正交的方向。人們還將理解在來(lái)自側(cè)壁105的橫向生長(zhǎng)期間，柱106上的某種垂直生長(zhǎng)也可能發(fā)生。如同在本文中使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“垂直”表示平行于側(cè)壁105的方向。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)藍(lán)寶石基體在氮化鎵生長(zhǎng)期間暴露在氣相中時(shí)，氮化鎵能夠在藍(lán)寶石上成核。因此，氮化鎵的垂直生長(zhǎng)可以來(lái)自藍(lán)寶石的溝槽底面，這可能干擾氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)。作為替代，因?yàn)榘钡拇嬖?，藍(lán)寶石表面的暴露區(qū)域可以被轉(zhuǎn)化成氮化鋁。令人遺憾的是氮化鎵能夠在氮化鋁上很好地成核，因此為可能干擾氮化鎵側(cè)壁的橫向生長(zhǎng)的來(lái)自溝槽底面的氮化鎵的垂直生長(zhǎng)創(chuàng)造條件。
藍(lán)寶石表面的暴露區(qū)域向氮化鋁的轉(zhuǎn)變可以由于氮化鎵在較高的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)而被減少并且優(yōu)選被消除。例如，可以采用大約1100℃的溫度，而不是大約1000℃的傳統(tǒng)溫度。然而，這仍然不足以阻止氮化鎵在藍(lán)寶石基體底面上成核。
再一次參照?qǐng)D2，依照本發(fā)明，藍(lán)寶石基體102a被蝕刻到足夠的深度，以防止來(lái)自藍(lán)寶石溝槽底面107的氮化鎵的垂直生長(zhǎng)干擾所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵的側(cè)壁往所述的至少一條溝槽之中橫向生長(zhǎng)的步驟。例如，藍(lán)寶石側(cè)壁高度y與藍(lán)寶石底面寬度x之比可能是至少1/4。其它比值也可以使用，取決于氮化鎵生長(zhǎng)期間垂直生長(zhǎng)速率與橫向生長(zhǎng)速率之比。在下面描述的條件下，氮化鎵的橫向生長(zhǎng)速率可以比垂直生長(zhǎng)速率快。在這些條件下，只要溝槽足夠深，來(lái)自柱的側(cè)壁生長(zhǎng)能夠在起因于氮化鎵在藍(lán)寶石基體上的成核作用的氮化鎵在溝槽中的垂直生長(zhǎng)可能干擾橫向生長(zhǎng)之前在溝槽上聚結(jié)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，橫向的氮化鎵層108a的繼續(xù)生長(zhǎng)引起在打底的氮化鎵層104上(確切地說(shuō)在柱106上)的垂直生長(zhǎng)，從而形成垂直的氮化鎵層108b。如同結(jié)合圖2描述的那樣，垂直生長(zhǎng)的生長(zhǎng)條件可以被維持。也如同用圖3展示的那樣，繼續(xù)進(jìn)入溝槽107的垂直生長(zhǎng)可能發(fā)生在溝槽底部。空間109優(yōu)選保持在橫向的氮化鎵層108a和溝槽底面107a之間。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，生長(zhǎng)被允許繼續(xù)到橫向生長(zhǎng)的前端在接口108c處在溝槽107中聚結(jié)，從而在溝槽中形成連續(xù)的氮化鎵半導(dǎo)體層?？偟纳L(zhǎng)時(shí)間可能是大約60分鐘。如同在圖5中展示的那樣，微電子器件110隨后可以在橫向的氮化鎵半導(dǎo)體層108a中形成。器件也可以在垂直的氮化鎵層108b中形成。
因此，在圖5中，依照本發(fā)明實(shí)施方案圖解說(shuō)明氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。氮化鎵結(jié)構(gòu)100包括基體102?；w包括藍(lán)寶石基體102a和在藍(lán)寶石基體102a上的氮化鋁緩沖層102b。氮化鋁和/或氮化鎵緩沖層102b可以是大約200-300埃厚。
打底的氮化鎵層104也被包括在與基體102a相對(duì)的緩沖層102b上。打底的氮化鎵層104可以具有介于大約0.5和2.0微米之間的厚度，而可以是利用有機(jī)金屬蒸汽相外延(MOVPE)形成的。打底的氮化鎵層通常具有不符合要求的比較高的缺陷密度。例如，在打底的氮化鎵層中可能存在介于大約108/cm2和1010/cm2之間的位錯(cuò)密度。這樣高的缺陷密度可能起因于緩沖層102b和打底的氮化鎵層104之間晶格參數(shù)的不匹配和/或其它原因。這樣高的缺陷密度可能影響在打底的氮化鎵層104中形成的微電子器件的性能。
仍然繼續(xù)關(guān)于圖5的描述，打底的氮化鎵層104包括眾多可以用眾多柱106和/或眾多溝槽107定義的側(cè)壁105。如同前面描述過(guò)的那樣，側(cè)壁可以是傾斜的并且可以有各種不同的細(xì)長(zhǎng)形狀。柱106包括氮化鎵頂端、氮化鎵側(cè)壁和藍(lán)寶石側(cè)壁，而所述的至少一條溝槽包括藍(lán)寶石底面107a。在藍(lán)寶石底面107a上優(yōu)選沒(méi)有垂直的氮化鎵層。藍(lán)寶石側(cè)壁高度對(duì)藍(lán)寶石底面寬度的比優(yōu)選是至少1/4。
繼續(xù)關(guān)于圖5的描述，橫向的氮化鎵層108a從打底的氮化鎵層104的眾多側(cè)壁105延伸出來(lái)。橫向的氮化鎵層108a可以是在大約1000-1100℃和45托下利用有機(jī)金屬蒸汽相外延形成的。為了形成橫向的氮化鎵層108a，以13至39微摩爾/分鐘的速率提供的三乙基鎵(TEG)和以1500sccm提供的氨(NH3)的母料可以與3000sccm的H2稀釋劑結(jié)合起來(lái)使用。氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100還包括從柱106垂直地延伸出來(lái)的垂直的氮化鎵層108b。
如圖5所示，橫向的氮化鎵層108a在溝槽中于接口108c處聚結(jié)，形成連續(xù)的橫向的氮化鎵半導(dǎo)體層108a。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在打底的氮化鎵層104中位錯(cuò)密度通常不以與從打底的氮化鎵層104垂直地傳播時(shí)相同的密度從側(cè)壁105橫向地傳播。因此，橫向的氮化鎵層108a可以具有比較低的缺陷密度，例如，低于104/cm2。所以，橫向的氮化鎵層108b可以形成器件質(zhì)量的氮化鎵半導(dǎo)體材料。因此，如同在圖5中展示的那樣，微電子器件110可以在橫向的氮化鎵半導(dǎo)體層108a中形成。人們還應(yīng)該理解因?yàn)闄M向生長(zhǎng)是依據(jù)側(cè)壁105定向的，所以不需要使用掩模來(lái)制造圖5的氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。
圖6-10圖解說(shuō)明依照本發(fā)明其它的實(shí)施方案。如圖6所示，掩模201在溝槽底面107a’上形成。當(dāng)掩模201在溝槽底面107a’上形成時(shí)，溝槽不需要被蝕刻到藍(lán)寶石基體102a之內(nèi)。而是如圖6所示，溝槽可以僅僅被蝕刻穿過(guò)氮化鋁緩沖層102b。但是，熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人將理解溝槽也可以被蝕刻到藍(lán)寶石基體102之內(nèi)，如同用圖1予以圖解說(shuō)明的那樣，而藍(lán)寶石基體中的溝槽底面107a可以用掩模201掩蔽。在另一個(gè)替代方案中，溝槽僅僅被部份地蝕刻到氮化鋁緩沖層102b之內(nèi)，而不是如同在圖6中展示的那樣完全穿透氮化鋁緩沖層102b。在另外一個(gè)替代方案中，溝槽全然不需要被蝕刻到氮化鋁緩沖層102b之內(nèi)，而是可以在氮化鋁緩沖層102b的暴露部分上形成掩模201。在另外一個(gè)替代方案中，溝槽可以不延伸到氮化鋁緩沖層之內(nèi)，而是可以在氮化鎵層104里面結(jié)束，并且可以在氮化鎵底面上形成掩模201。最后，人們將理解雖然掩模201被表現(xiàn)成具有與氮化鋁緩沖層102b相同的厚度，但是它不需要具有相同的厚度。它可以更薄或更厚。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，依照本發(fā)明，氮化鎵在諸如二氧化硅、氮化硅之類的某些無(wú)定形的和結(jié)晶的材料上以及在諸如鎢之類的某些金屬上顯然不成核。因此，諸如熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)之類的“視線”沉積技術(shù)可以用來(lái)把諸如二氧化硅、氮化硅和/或鎢之類的掩模材料沉積到溝槽底面上。由于氮化鎵在掩模上明顯地不成核，所以它被迫離開(kāi)柱的側(cè)壁生長(zhǎng)。圖6-10的剩余處理步驟與圖1-5的那些一致，因此不需要在此再一次描述。
圖11-16圖解說(shuō)明依照本發(fā)明的其它實(shí)施方案。在圖11-16中，藍(lán)寶石基體102a被蝕刻到足夠的深度，以防止來(lái)自藍(lán)寶石底面的氮化鎵的垂直生長(zhǎng)干擾所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)的步驟，如同結(jié)合圖1-5描述的那樣，因此不需要在此再一次描述。然而，與圖1-5相反，在圖11-16中，掩模(例如，二氧化硅、氮化硅和/或鎢掩模209)被包括在打底的氮化鎵層104上。掩模209可以具有大約1000?；蚋〉暮穸龋铱梢允抢枚趸韬?或氮化硅的低壓化學(xué)蒸汽淀積(CVD)在打底的氮化鎵層104上形成。作為替代，電子束或熱蒸發(fā)可以被用來(lái)淀積鎢。掩模209是采用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)組成圖案的，以便在其中提供開(kāi)口陣列。
如圖11所示，通過(guò)開(kāi)口陣列蝕刻打底的氮化鎵層，從而在打底的氮化鎵層104中定義眾多的柱106以及在其間的眾多溝槽107。這些柱每個(gè)都包括側(cè)壁105和上面有掩模209的頂端。人們將理解雖然柱106和溝槽107是優(yōu)選如同前面描述的那樣通過(guò)掩蔽和蝕刻制成的，但是這些柱也可以是通過(guò)讓來(lái)自打底的氮化鎵層的柱有選擇地生長(zhǎng)，然后在柱的頂端加上封頂層形成的。有選擇的生長(zhǎng)和有選擇的蝕刻的組合也可以被采用。
如圖12所示，打底的氮化鎵層104的側(cè)壁105通過(guò)橫向生長(zhǎng)在溝槽107中形成橫向的氮化鎵層108a。橫向生長(zhǎng)可以如同前面描述的那樣繼續(xù)進(jìn)行。人們將理解借助掩模209，在柱106的頂端上生長(zhǎng)和/或成核作用將被減少，優(yōu)選被消除。
參照?qǐng)D13，橫向的氮化鎵層108a的繼續(xù)生長(zhǎng)引起橫向的氮化鎵層108a穿過(guò)開(kāi)口陣列的垂直生長(zhǎng)。用于垂直生長(zhǎng)的條件可以如同結(jié)合圖12描述的那樣被維持。
現(xiàn)在參照?qǐng)D14，橫向的氮化鎵層108a的繼續(xù)生長(zhǎng)引起往掩模209上橫向蔓延，從而形成橫向蔓延的氮化鎵層108b。蔓延的生長(zhǎng)條件可以如同結(jié)合圖12描述的那樣被維持。
現(xiàn)在參照?qǐng)D15，生長(zhǎng)過(guò)程被允許持續(xù)到在溝槽107中橫向生長(zhǎng)的前緣在接口108c處聚結(jié)，在溝槽中形成連續(xù)的橫向氮化鎵半導(dǎo)體層108a。
仍然參照?qǐng)D15，生長(zhǎng)過(guò)程還被允許持續(xù)到在掩模209上橫向蔓延的前緣于接口108d處聚結(jié)，形成連續(xù)的橫向蔓延的氮化鎵半導(dǎo)體層108b?？偟纳L(zhǎng)時(shí)間可以是大約60分鐘。單一的連續(xù)生長(zhǎng)步驟可以被采用。如圖16所示，隨后微電子器件110可以在橫向的氮化鎵半導(dǎo)體層108a中形成。微電子器件也可以在橫向蔓延的氮化鎵層108b中形成。
最后，參照?qǐng)D17-22，進(jìn)一步圖解說(shuō)明本發(fā)明的其它實(shí)施方案。圖17-22把在圖6-10中予以圖解說(shuō)明的在溝槽107的底面上的掩模201與在圖11中予以圖解說(shuō)明的在柱106的頂端上的掩模209合并。人們將理解在溝槽底部的掩模201和在柱106的頂端上的掩模209優(yōu)選同時(shí)形成并且優(yōu)選由同一種材料組成。因此，舉例來(lái)說(shuō)，諸如二氧化硅、氮化硅之類的掩模材料和/或諸如鎢之類的金屬的熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)之類的視線淀積技術(shù)可以被使用。如果掩模材料是在蝕刻步驟之后淀積的，那么它僅僅覆蓋垂直的表面，即柱106的頂面和溝槽107的底部表面(底面)。氮化鎵優(yōu)選在掩模201和209上極少成核，以致于氮化鎵優(yōu)選僅僅從柱的側(cè)壁105向外生長(zhǎng)。作為替代，掩模201和209可以包含不同的材料和/或具有不同的厚度。圖17-22的其余步驟與圖11-16類似，因此不需要再一次詳細(xì)地描述。
人們將理解掩模201可以在基體102a的暴露的藍(lán)寶石底面上、在膜層102b的暴露氮化鋁底面上或在膜層104中暴露的氮化鎵底面上形成。換言之，溝槽可以被這樣蝕刻部分地進(jìn)入氮化鎵層104，完全穿透氮化鎵層104，部分地進(jìn)入氮化鋁緩沖層102b，完全穿透氮化鋁層102b，和/或部分進(jìn)入藍(lán)寶石基體102。此外，掩模201與氮化鋁層102b相比其厚度可以更薄或更厚。因此，藍(lán)寶石基體可以被用于氮化鎵半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)，借此提供低成本和/或高實(shí)用性。
在這些附圖和這份說(shuō)明書(shū)中，已經(jīng)揭示了本發(fā)明的典型的優(yōu)選實(shí)施方案，雖然使用了專用術(shù)語(yǔ)，但是它們僅僅被用在普通的描述意義上，而不是作為限制的目的，本發(fā)明的范圍是用權(quán)利要求書(shū)予以陳述的。
權(quán)利要求
1.一種制造氮化鎵半導(dǎo)體層的方法，該方法包括下述步驟蝕刻在藍(lán)寶石基體上打底的氮化鎵層，以便有選擇地暴露藍(lán)寶石基體和在打底的氮化鎵層中定義至少一個(gè)柱和至少一條溝槽，所述的至少一個(gè)柱每個(gè)都包括氮化鎵頂端和氮化鎵側(cè)壁，所述的至少一條溝槽包括藍(lán)寶石底面；以及讓所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中蝕刻步驟包括如下步驟蝕刻在藍(lán)寶石基體上打底的氮化鎵層和藍(lán)寶石基體，以便在打底的氮化鎵層和藍(lán)寶石基體中定義至少一個(gè)柱和至少一條溝槽，所述的至少一個(gè)柱每個(gè)都包括氮化鎵頂端、氮化鎵側(cè)壁和藍(lán)寶石側(cè)壁，所述的至少一條溝槽包括藍(lán)寶石底面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中蝕刻步驟包括將藍(lán)寶石基體蝕刻到足夠的深度的步驟，以便防止來(lái)自藍(lán)寶石底面的氮化鎵垂直生長(zhǎng)干擾所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中藍(lán)寶石側(cè)壁高度對(duì)藍(lán)寶石底面寬度的比超過(guò)大約1/4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在蝕刻步驟和橫向生長(zhǎng)步驟之間完成的是如下步驟用與藍(lán)寶石相比將降低氮化鎵在其上的成核作用的掩模掩蔽藍(lán)寶石底面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中蝕刻步驟包括蝕刻打底的氮化鎵層和藍(lán)寶石基體上的氮化鋁和/或氮化鎵緩沖層，以便有選擇地暴露藍(lán)寶石基體和在打底的氮化鎵層和緩沖層中定義至少一個(gè)柱和至少一條溝槽，所述的至少一個(gè)柱包括氮化鎵頂端、氮化鎵側(cè)壁和氮化鋁側(cè)壁，而至少一條溝槽包括藍(lán)寶石底面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中蝕刻步驟包括蝕刻打底的氮化鎵層、藍(lán)寶石基體上的緩沖層和藍(lán)寶石基體，以便有選擇地暴露藍(lán)寶石基體和在打底的氮化鎵層、緩沖層和藍(lán)寶石基體中定義至少一個(gè)柱以及在打底的氮化鎵層、緩沖層和藍(lán)寶石基體中定義至少一條溝槽，所述的至少一個(gè)柱包括氮化鎵頂端、氮化鎵側(cè)壁和藍(lán)寶石側(cè)壁，而至少一條溝槽包括藍(lán)寶石底面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中橫向生長(zhǎng)步驟包括所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往氮化鎵頂端上橫向蔓延，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在橫向生長(zhǎng)步驟之前是用與在氮化鎵上相比將降低氮化鎵在其上的成核作用的掩模掩蔽氮化鎵頂端的步驟；而橫向生長(zhǎng)步驟包括所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往掩模上橫向蔓延的步驟，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中橫向生長(zhǎng)步驟之后是在氮化鎵半導(dǎo)體層中形成至少一個(gè)微電子器件的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中蝕刻步驟之前是在藍(lán)寶石基體上形成打底的氮化鎵層的步驟。
12.一種制造氮化鎵半導(dǎo)體層的方法，該方法包括下述步驟蝕刻藍(lán)寶石基體上打底的氮化鎵層，以便在打底的氮化鎵層中定義至少一個(gè)柱和在打底的氮化鎵層中定義至少一條溝槽，所述的至少一個(gè)柱包括頂端和側(cè)壁，而所述的至少一條溝槽包括底面；用掩模掩蔽所述的至少一個(gè)底面；以及讓所述的至少一個(gè)柱的側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12方法，其中蝕刻步驟包括蝕刻打底的氮化鎵層將藍(lán)寶石基體暴露出來(lái)并借此形成至少一個(gè)藍(lán)寶石底面的步驟；而掩蔽步驟包括用與在藍(lán)寶石上相比將降低氮化鎵在其上面的成核作用的掩模掩蔽至少一個(gè)藍(lán)寶石底面的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法進(jìn)一步包括步驟包括用掩模掩蔽至少一個(gè)頂端的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中掩蔽至少一個(gè)底面和掩蔽至少一個(gè)頂端的步驟是同時(shí)完成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中蝕刻步驟包括蝕刻打底的氮化鎵層和在藍(lán)寶石基體上的氮化鋁和/或氮化鎵緩沖層，以便定義在打底的氮化鎵層和緩沖層中的至少一個(gè)柱和在打底的氮化鎵層和緩沖層中的至少一條溝槽，所述的至少一個(gè)柱包括頂端和側(cè)壁，而所述的至少一條溝槽包括氮化鋁底面。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中掩蔽步驟包括蝕刻打底的氮化鎵層、在藍(lán)寶石基體上的氮化鋁和/或氮化鎵緩沖層和藍(lán)寶石基體，以便定義在打底的氮化鎵層、緩沖層和藍(lán)寶石基體中的至少一個(gè)柱和在打底的氮化鎵層、緩沖層和藍(lán)寶石基體中的至少一條溝槽，所述的至少一個(gè)柱包括頂端和側(cè)壁，而所述的至少一條溝槽包括藍(lán)寶石底面。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中橫向生長(zhǎng)步驟包括所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往氮化鎵頂端上橫向蔓延的步驟，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中橫向生長(zhǎng)步驟之前是用與在氮化鎵上相比將降低氮化鎵在其上的成核作用的掩模掩蔽氮化鎵頂端的步驟；以及橫向生長(zhǎng)步驟包括所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往掩模上橫向蔓延并借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中跟在橫向生長(zhǎng)步驟后面的是在氮化鎵半導(dǎo)體層中形成至少一個(gè)微電子器件的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在蝕刻步驟之前的是在藍(lán)寶石基體上形成打底的氮化鎵層的步驟。
22.一種制造氮化鎵半導(dǎo)體層的方法，該方法包括下述步驟蝕刻在藍(lán)寶石基體上打底的氮化鎵層，以便定義在打底的氮化鎵層中的至少一個(gè)柱和在打底的氮化鎵層中的至少一條溝槽，所述的至少一個(gè)柱包括氮化鎵頂端和氮化鎵側(cè)壁，所述的至少一條溝槽包括溝槽底面；讓所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層；其中在橫向生長(zhǎng)步驟前面的是至少對(duì)藍(lán)寶石基體和打底的氮化鎵層之一進(jìn)行處理的步驟，以防止來(lái)自溝槽底面的氮化鎵的垂直生長(zhǎng)干擾所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中處理步驟包括下述步驟將所述的至少一條溝槽下面的藍(lán)寶石基體蝕刻到足夠的深度，以便形成藍(lán)寶石底面和防止來(lái)自藍(lán)寶石底面的氮化鎵的垂直生長(zhǎng)干擾所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽中橫向生長(zhǎng)的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中處理步驟包括用掩模掩蔽溝槽底面的步驟。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中處理步驟包括有選擇地蝕刻打底的氮化鎵層將藍(lán)寶石基體暴露出來(lái)形成藍(lán)寶石底面的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中橫向生長(zhǎng)步驟包括讓所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往氮化鎵頂端上橫向蔓延形成氮化鎵半導(dǎo)體層的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中在橫向生長(zhǎng)步驟前面的是用與在氮化鎵上相比將降低氮化鎵在其上的成核作用的掩模掩蔽氮化鎵頂端的步驟；而橫向生長(zhǎng)步驟包括讓所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁往掩模上橫向蔓延形成氮化鎵半導(dǎo)體層的步驟。
28.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中跟在橫向生長(zhǎng)步驟后面的是在氮化鎵半導(dǎo)體層中形成至少一個(gè)微電子器件的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中在蝕刻步驟前面的是在藍(lán)寶石基體上形成打底的氮化鎵層的步驟。
30.一種氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中包括藍(lán)寶石基體；在藍(lán)寶石基體上打底的氮化鎵層，該打底的氮化鎵層把至少一個(gè)柱和至少一條溝槽包括在其中，所述的至少一個(gè)柱每個(gè)都包括氮化鎵頂端和氮化鎵側(cè)壁，而所述的至少一條溝槽包括藍(lán)寶石底面；以及從所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁橫向延伸到所述的至少一條溝槽中的橫向氮化鎵層。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)，其中所述的至少一條溝槽這樣延伸到藍(lán)寶石基體之中，以致于所述的至少一個(gè)柱每個(gè)都包括氮化鎵頂端、氮化鎵側(cè)壁和藍(lán)寶石側(cè)壁，而所述的至少一條溝槽包括藍(lán)寶石底面。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)，其中藍(lán)寶石底面沒(méi)有垂直的氮化鎵層。
33.根據(jù)權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)，其中藍(lán)寶石側(cè)壁高度對(duì)藍(lán)寶石底面寬度的比超過(guò)大約1/4。
34.根據(jù)權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在藍(lán)寶石底面上的掩模。
35.根據(jù)權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在藍(lán)寶石基體和打底的氮化鎵層之間的氮化鋁和/或氮化鎵緩沖層，其中所述的至少一個(gè)柱和至少一條溝槽穿過(guò)該緩沖層。
36.根據(jù)權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)，其中橫向的氮化鎵層進(jìn)一步延伸到氮化鎵頂端上，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。
37.根據(jù)權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在氮化鎵頂端上的掩模；其中橫向的氮化鎵層進(jìn)一步延伸到掩模上，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。
38.根據(jù)權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)在氮化鎵半導(dǎo)體層中的微電子器件。
39.一種氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中包括藍(lán)寶石基體；在藍(lán)寶石基體上打底的氮化鎵層，打底的氮化鎵層將至少一個(gè)柱和至少一條溝槽包括在其中，所述的至少一個(gè)柱每個(gè)都包括氮化鎵頂端和氮化鎵側(cè)壁，所述的至少一條溝槽包括溝槽底面；在所述的至少一條溝槽的底面上的掩模；以及從所述的至少一個(gè)柱的氮化鎵側(cè)壁橫向延伸到所述的至少一條溝槽中的橫向的氮化鎵層。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的結(jié)構(gòu)，其中溝槽底面是藍(lán)寶石溝槽底面。
41.根據(jù)權(quán)利要求39的結(jié)構(gòu)，其中所述掩模是第一掩模，而且該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在氮化鎵頂端上的第二掩模。
42.根據(jù)權(quán)利要求4 1的結(jié)構(gòu)，其中第一掩模和第二掩模是由同一種材料組成的。
43.根據(jù)權(quán)利要求39的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在藍(lán)寶石基體和打底的氮化鎵層之間的氮化鋁緩沖層和/或氮化鎵緩沖層，其中所述的至少一個(gè)柱和至少一條溝槽延伸到該緩沖層之中。
44.根據(jù)權(quán)利要求39的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在藍(lán)寶石基體和打底的氮化鎵層之間的氮化鋁緩沖層，其中所述的至少一個(gè)柱和至少一條溝槽穿過(guò)該緩沖層延伸。
45.根據(jù)權(quán)利要求39的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在藍(lán)寶石基體和打底的氮化鎵層之間的氮化鋁緩沖層，其中所述的至少一個(gè)柱和至少一條溝槽穿過(guò)該緩沖層延伸到藍(lán)寶石基體之中。
46.根據(jù)權(quán)利要求39的結(jié)構(gòu)，其中橫向的氮化鎵層進(jìn)一步延伸到氮化鎵頂端上，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。
47.根據(jù)權(quán)利要求39的結(jié)構(gòu)，其中所述掩模是第一掩模，該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在氮化鎵頂端上的第二掩模；而且橫向的氮化鎵層進(jìn)一步延伸到該掩模上，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。
48.根據(jù)權(quán)利要求39的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)在氮化鎵半導(dǎo)體層中的微電子器件。
全文摘要
為了在打底的氮化鎵層中定義至少一個(gè)柱(106)和至少一條溝槽(107)，可以通過(guò)蝕刻在藍(lán)寶石基體(102a)上打底的氮化鎵層(104)來(lái)制造氮化鎵半導(dǎo)體層。所述的至少一個(gè)柱包括氮化鎵頂端和氮化鎵側(cè)壁(105)。所述的至少一條溝槽包括溝槽底面。氮化鎵側(cè)壁往所述的至少一條溝槽橫向生長(zhǎng)，借此形成氮化鎵半導(dǎo)體層。在優(yōu)選實(shí)施方案中，所述的至少一條溝槽延伸到藍(lán)寶石基體之內(nèi)，以致于所述的至少一個(gè)柱進(jìn)一步包括藍(lán)寶石側(cè)壁和藍(lán)寶石底面。在藍(lán)寶石底面上可以包括掩模(201)，在藍(lán)寶石基體和打底的氮化鎵層之間還可以包括氮化鋁緩沖層(102b)。在氮化鎵頂端也可以包括掩模(209)。在底面和頂端上的掩模優(yōu)選由同一種材料組成。
文檔編號(hào)H01L21/205GK1409868SQ00817182
公開(kāi)日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2000年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月17日
發(fā)明者托馬斯·杰赫克, 凱文·J·林斯卡姆, 羅伯特·F·戴維斯 申請(qǐng)人:北卡羅來(lái)納州大學(xué)