專利名稱：用于形成半導(dǎo)體材料的外延方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各個實(shí)施例主要涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和襯底的制造。各個實(shí)施例提供了用于生產(chǎn)具有改進(jìn)的特性的半導(dǎo)體材料和襯底的方法和結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
由于多種原因，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變層是不受歡迎的。半導(dǎo)體層中的應(yīng)變可能導(dǎo)致缺陷密度的增加，龜裂的形成以及相分離，廣義上講，造成可能的材料質(zhì)量的下降。在制造例如III-氮化物的III-V半導(dǎo)體材料時，應(yīng)變效應(yīng)可能是不利的。例如考慮基于III-氮化物的發(fā)光器件，其中該發(fā)光器件包含具有相當(dāng)大的銦含量(例如X > 0. 15)的氮化銦鎵(InxGahN)。在這種器件中，優(yōu)選地增大銦含量，從而擴(kuò)展發(fā)射波長范圍， 這通常會由于相鄰層的晶格失配而弓I入有害的應(yīng)變水平。應(yīng)變層通常具有有限的厚度和低的銦含量，目的是避免材料相分離以及后續(xù)的不均勻的銦分布。更具體地，化合物InGaN的二元成分，即InN和GaN并不能夠完全混合，因此在給定的一組生長條件和膜厚度下，存在固定范圍的極其有利的InGaN成分。在InGaN系統(tǒng)中引入晶格應(yīng)變和缺陷可導(dǎo)致在傾向于相分離的極其不利的成分下生長的更厚的InGaN層， 即該材料不再是單一的成分，且化和(^原子將不再同質(zhì)地分布在層中。InGaN材料中的非同質(zhì)性可導(dǎo)致基于III-氮化物的器件的性能的退化。因此，在獲得以基本單一相、具有希望的成分的應(yīng)變松弛材料為目的的材料方面， 現(xiàn)有技術(shù)方法是不切實(shí)際的。因此，需要用于生產(chǎn)無應(yīng)變的、單一相的半導(dǎo)體層的方法和結(jié)構(gòu)。2007年9月18日Saxler提出的美國專利No. 7，271，416公開了制造降低相鄰材
料層中的應(yīng)變的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和方法。如該文所述，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可包括具有第一平面內(nèi)非應(yīng)變晶格常數(shù)的襯底；位于該襯底上的，具有不同于第一平面內(nèi)非應(yīng)變晶格常數(shù)的第二平面內(nèi)非應(yīng)變晶格常數(shù)的第一半導(dǎo)體材料層；以及包含位于該襯底和該第一半導(dǎo)體材料層之間的第二半導(dǎo)體材料的可變失配層?？勺兪鋵佑糜趯⒌谝粚又械膽?yīng)力減小到低于由第一層在襯底上直接生長所產(chǎn)生的應(yīng)力的水平?？勺兪鋵涌梢允蔷哂信c第一層的非應(yīng)變晶格常數(shù)基本匹配的應(yīng)變平面內(nèi)晶格常數(shù)的層。Krames等2005年9月27日提交的美國專利申請序列號No. 11/237，164(美國專利申請公開號No. 2007/0072324A1，
公開日2007年3月四日)公開了一種設(shè)計的用于生長發(fā)光器件的襯底，該襯底包括主襯底(host substrate)和鍵合在該主襯底上的晶種層。包含位于η型區(qū)和ρ型區(qū)之間的發(fā)光層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在該晶種層上生長。鍵合層可用于將主襯底鍵合到晶種層。為了松弛半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變，晶種層可比臨界厚度薄，這樣一來，通過在晶種層中形成的位錯(dislocation)，或通過晶種層和鍵合層之間的滑動，減輕了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變?？赏ㄟ^將鍵合層腐蝕掉，來將主襯底從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和晶種層分離。向著下層襯底異質(zhì)外延生長的半導(dǎo)體層可能由于不同層之間的晶格失配而發(fā)生不希望的應(yīng)變。因此可能限制半導(dǎo)體層的成分并影響質(zhì)量。因此需要提供具有降低的應(yīng)變和優(yōu)選的成分的半導(dǎo)體層的方法和結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個實(shí)施例總地提出了用于制造具有高晶體質(zhì)量的半導(dǎo)體層的方法和結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在以本發(fā)明的某些實(shí)施例簡要地描述所述方法。該發(fā)明內(nèi)容部分用于以簡化的方式介紹概念選擇，其將在本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)說明中進(jìn)一步被描述。該發(fā)明內(nèi)容并不認(rèn)為是要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或?qū)嵸|(zhì)特征，也不用于限制要求保護(hù)的主題的范圍。本發(fā)明的實(shí)施例涉及基本連續(xù)的半導(dǎo)體材料(例如III-氮化物)膜的形成，該半導(dǎo)體材料具有提高的材料特性，即減小的缺陷/位錯密度、基本應(yīng)變松弛(即減小的晶格應(yīng)變水平)以及基本沒有相分離(例如單一成分的hGaN材料)。為了形成這樣的半導(dǎo)體材料，本發(fā)明的實(shí)施例包括形成隨機(jī)分布的分開的半導(dǎo)體材料(例如^GaN)的島狀結(jié)構(gòu)，該島狀結(jié)構(gòu)的上區(qū)域具有優(yōu)選的晶格特性，即無應(yīng)變、單一成分、且具有優(yōu)選的缺陷/位錯密度。然而，高質(zhì)量材料的分開的隨機(jī)分布的島對于形成襯底或器件結(jié)構(gòu)等來說實(shí)際上是沒有用的，因?yàn)槠潆S機(jī)的特性及小尺寸。因此，本發(fā)明的各個實(shí)施例采用高質(zhì)量材料的分開的隨機(jī)分布的島作為籽晶體， 用來進(jìn)行進(jìn)一步生長。利用進(jìn)一步生長過程來形成基本連續(xù)的半導(dǎo)體材料層。該島狀結(jié)構(gòu)用作籽晶體，用于進(jìn)一步的外延生長過程，所述多個生長過程產(chǎn)生了連續(xù)的高質(zhì)量半導(dǎo)體材料層。在第一實(shí)施例中，該高質(zhì)量松弛島結(jié)構(gòu)直接用作用于進(jìn)一步生長的籽晶體，而不采用任何進(jìn)一步的遮蓋結(jié)構(gòu)、橫向生長技術(shù)等。因此實(shí)施例繼續(xù)進(jìn)行從該島結(jié)構(gòu)開始的進(jìn)一步生長，其中進(jìn)一步生長基本均勻地，即各向同性地增大了島的尺寸，其中沿所有面(例如在橫向和縱向方向)基本上均勻地增大尺寸，直到島結(jié)構(gòu)接合以形成基本連續(xù)的半導(dǎo)體材料層。在某些實(shí)施例中，當(dāng)接合時，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的生長模式可變換為更優(yōu)先在縱向方向生長。在其他實(shí)施例中，可能需要平滑所產(chǎn)生的高質(zhì)量基本連續(xù)半導(dǎo)體層的表面從而從該層去除任何殘留的表面粗糙度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)后續(xù)的處理，例如器件形成、層轉(zhuǎn)移等等。層的平滑可通過腐蝕、質(zhì)量傳輸再生長(mass transport regrowth)、拋光/打磨方法等來實(shí)現(xiàn)?？蛇x地，從分開的籽晶體，例如島結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生連續(xù)的材料層的方法是本領(lǐng)域已知的。例如外延橫向過度生長(ELO)及其多種變形(例如FIELO，PENDEO等)的方法是本領(lǐng)域已知的用于橋接各個分開的籽晶體之間的間隙以產(chǎn)生連續(xù)的材料層的技術(shù)。然而，目前不知道這樣的方法，即能夠?qū)崿F(xiàn)特定半導(dǎo)體材料，例如特定InGaN材料成分的橫向生長，因?yàn)镮nGaN被證明是針對橫向方式生長的復(fù)雜材料。因此，本發(fā)明的實(shí)施例利用能夠基本上橫向生長的材料，例如，諸如GaN(或低銦含量的hGaN)的材料，從該高質(zhì)量半導(dǎo)體島(例如hGaN)開始進(jìn)行橫向生長(形成橫向生長區(qū))，如同本領(lǐng)域已知的用于GaN橫向生長以形成連續(xù)層的方法那樣。為了避免橫向生長區(qū)中的應(yīng)變松弛，區(qū)的厚度保持在臨界厚度或之下，因此橫向生長區(qū)是應(yīng)變的，且保持高質(zhì)量島的平面內(nèi)晶格參數(shù)，同時通過避免應(yīng)變松弛避免了形成額外的缺陷/位錯。
因此本發(fā)明的方法可產(chǎn)生樣板結(jié)構(gòu)，其包括連續(xù)的上表面，該上表面具有基本等于島結(jié)構(gòu)(例如^GaN)松弛的上表面的晶格參數(shù)的平面內(nèi)晶格參數(shù)，同時保持優(yōu)選的缺陷 /位錯密度。這種具有優(yōu)選的材料特性的半導(dǎo)體材料的樣板結(jié)構(gòu)非常適用于進(jìn)一步的高質(zhì)量連續(xù)半導(dǎo)體層的生長，例如InGaN材料的生長，該InGaN材料具有與下面的InGaN島結(jié)構(gòu)相比基本相似或增加的銦含量。因此本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的實(shí)施例包括形成具有第一材料成分的多個隨機(jī)分布的島結(jié)構(gòu)，從所述島結(jié)構(gòu)開始進(jìn)一步生長，所述進(jìn)一步生長的成分包括第二材料成分。另外，進(jìn)行縱向生長以形成縱向生長層，所述縱向生長層的成分包括第三材料成分。本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例包括通過外延生長在晶格失配的基底襯底(base substrate)上形成所述島結(jié)構(gòu)，且在某些實(shí)施例中在基底襯底上形成遮蓋結(jié)構(gòu)，從而島結(jié)構(gòu)的上部分透過該遮蓋結(jié)構(gòu)而暴露。隨機(jī)分布的島結(jié)構(gòu)可包括應(yīng)變松弛的區(qū)，且進(jìn)一步生長可以基本上源自島結(jié)構(gòu)的這些應(yīng)變松弛部分。在其他實(shí)施例中，從島結(jié)構(gòu)開始的進(jìn)一步生長形成各向同性生長區(qū)，在所述實(shí)施例中，可能需要對該各向同性生長區(qū)或產(chǎn)生的縱向生長區(qū)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。在可選實(shí)施例中，從島開始的進(jìn)一步生長形成橫向生長區(qū)，其中橫向生長可基本源自島結(jié)構(gòu)的上表面或基本源自島結(jié)構(gòu)的側(cè)面。橫向生長區(qū)的厚度可保持在或低于橫向生長區(qū)的臨界厚度，即等于或低于形成進(jìn)一步的缺陷/位錯的厚度。第一、第二和第三材料成分可包括III-氮化物材料，進(jìn)一步可包括Inx(iai_xN。在某些實(shí)施例中，第二材料成分可包括GaN，第一和第三材料成分可基本相等?？赏ㄟ^沉積一種或多種介電材料，接著去除遮蓋結(jié)構(gòu)的一部分來形成基底襯底上的遮蓋結(jié)構(gòu)，這樣的去除過程可利用化學(xué)機(jī)械拋光或反應(yīng)離子腐蝕方法來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的各個實(shí)施例還包括在上述過程中形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可包括在晶格失配基底襯底之上的多個隨機(jī)分布的島結(jié)構(gòu)、進(jìn)一步生長區(qū)和縱向生長層。隨機(jī)分布島結(jié)構(gòu)可以是基本應(yīng)變松弛的，可形成進(jìn)一步的一種或多種介電遮蓋材料，從而基本上覆蓋基底襯底的暴露部分。在某些實(shí)施例中的進(jìn)一步生長區(qū)包括橫向生長區(qū)，其厚度等于或小于通過進(jìn)一步的缺陷/位錯的形成啟動應(yīng)變松弛的臨界厚度。此外，該進(jìn)一步生長區(qū)可包括橫向生長區(qū)， 其可被形成以產(chǎn)生基本連續(xù)的材料層，該材料層的厚度低于通過缺陷形成啟動應(yīng)變松弛的臨界厚度。在某些實(shí)施例中，島結(jié)構(gòu)的成分包括hxGai_xN，其中銦成分大于χ = 0. 02，進(jìn)一步生長區(qū)包括hxGai_xN，其中銦成分小于x = 0. 11，而縱向生長層可包括hxGai_xN，其中銦成分大于χ = 0.02。以下詳細(xì)的說明將呈現(xiàn)本發(fā)明的元素的其他方面和細(xì)節(jié)以及可選組合，它們也包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。


參考本發(fā)明的實(shí)施例的下列詳細(xì)說明、本發(fā)明的特定實(shí)施例的描述性示例以及附圖，可以更充分地理解本發(fā)明，其中
圖1A-1F示意性地描述了用于降低半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變水平的本發(fā)明的特定實(shí)施例。圖2A-2G示意性地描述了用于降低半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變水平的本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例。圖3A-3E示意性地描述了用于降低半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變水平的本發(fā)明的其他的實(shí)施例。圖4A-4E示意性地描述了用于降低半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變水平的本發(fā)明的其他進(jìn)一步的實(shí)施例。圖5顯示了利用本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的典型掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。圖6A-6C顯示了利用本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的典型橫截面透射電子顯微鏡(TEM)圖像。
具體實(shí)施例方式本文的圖示并不意味著任何特定材料、裝置、系統(tǒng)或方法的實(shí)際視圖，而僅僅是用于描述本發(fā)明的理想化表現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施例涉及具有改進(jìn)的材料特性的半導(dǎo)體材料的基本連續(xù)膜的形成。以下說明以本發(fā)明的實(shí)施例的提要作為開始，接下來是更詳細(xì)的描述。本文使用的術(shù)語“基本上”是指除了本領(lǐng)域正?？深A(yù)見的不足之外的，完整的結(jié)果。例如，常規(guī)上不能認(rèn)為在肉眼可見的尺寸內(nèi)，外延層是完全連續(xù)的(或者完全單晶質(zhì)， 或完全由一種晶體極性構(gòu)成，或完全由單一成分相構(gòu)成)。但是在肉眼可見的尺寸內(nèi)，常規(guī)上可認(rèn)為外延層是“基本連續(xù)的”(或“基本單晶質(zhì)”，或“基本由一種晶體極性構(gòu)成”，或“基本由單一成分相構(gòu)成”)，其中間斷(或晶體區(qū)域，或晶體間界)的出現(xiàn)針對工藝條件、所尋求的材料質(zhì)量等等來說在本領(lǐng)域中是可以預(yù)見的。術(shù)語“進(jìn)一步生長”是指在完成島結(jié)構(gòu)的形成時，在島結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)的額外的外延材料。術(shù)語“橫向生長”是指生長方向主要在平行于基底襯底的方向上的生長，其中生長在基底襯底上進(jìn)行。相似地，“橫向生長區(qū)”是指在該方向中生長的材料。術(shù)語“縱向生長”是指生長方向主要在垂直于基底襯底的方向上的生長，其中生長在基底襯底上進(jìn)行，相似地，“縱向生長層”是指在該方向中生長的材料。術(shù)語“各向同性生長”是指在所有方向上基本均勻的生長，盡管應(yīng)理解不同的晶面可促進(jìn)不同速率的生長。術(shù)語“臨界厚度”是指外延層中的應(yīng)變足夠?qū)е氯毕菪纬梢越档蛻?yīng)變水平的厚度。術(shù)語“隨機(jī)分布”是整體上沒有可確定的圖形，即沒有均勻性或規(guī)則性的分布。在本文中，術(shù)語“晶格應(yīng)變”在用于材料層時，意思是在至少基本平行于材料層的平面的方向上的晶格的應(yīng)變。相似地，術(shù)語“平均晶格參數(shù)”在用于材料層時，意思是在至少基本上平行于材料層的平面的維度上的平均晶格參數(shù)。在本文中，術(shù)語“應(yīng)變松弛”或“無應(yīng)變”是指晶格參數(shù)處于其平衡位置的晶體材料。
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實(shí)施例包括外延生長寬范圍的半導(dǎo)體材料及其組合的應(yīng)用，所述半導(dǎo)體材料包括元素半導(dǎo)體和復(fù)合半導(dǎo)體。例如，可應(yīng)用于Si(硅)和/或( (鍺)的組合。也可用于
II-VI族和III-V族復(fù)合半導(dǎo)體材料。特別的應(yīng)用是用來生長具有減小的應(yīng)變水平的純的或混合的III族金屬的氮化物(III-氮化物，例如GaN，InGaN, AlGaN等)。然而，為了以下說明的簡明和方便，不帶有限制性地，本文主要通過旨在生長
III-氮化物的實(shí)施例，特別是旨在形成^GaN材料的實(shí)施例來描述本發(fā)明。該描述的目的僅僅是為了舉例，而不應(yīng)認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。事實(shí)上，如以下說明和附圖所示，實(shí)施例的方法可以通常很容易地應(yīng)用于生長III-V族復(fù)合半導(dǎo)體、生長屬于其他族(例如II-VI 族)的復(fù)合半導(dǎo)體、以及生長元素半導(dǎo)體和合金半導(dǎo)體。因此，本文的描述主要集中在針對 III-氮化物特別是InGaN的本發(fā)明的實(shí)施例上，這是非限制性的。本文所采用的標(biāo)題僅為了清晰，為不傾向于任何限制性。本文引用了多篇參考文獻(xiàn)，其全部公開內(nèi)容通過針對所有目的的引用完整地結(jié)合于本文。進(jìn)一步地，無論上文如何描述，這些引用的參考文獻(xiàn)都不認(rèn)為是本發(fā)明要求保護(hù)的主題的現(xiàn)有技術(shù)。簡要地，本發(fā)明的方法以在基底襯底的表面上形成成核層作為開始。在基底襯底上形成成核層時，形成了具有優(yōu)選的特性的多個島結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，島結(jié)構(gòu)是利用外延生長方法形成的，這樣由于島的材料和基底襯底的材料之間的晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)變迅速減輕，大多數(shù)島結(jié)構(gòu)是無應(yīng)變的，即結(jié)構(gòu)基本上是應(yīng)變松弛的。島結(jié)構(gòu)的材料和基底襯底之間的晶格失配通常在最初幾個生長單層中減輕，從而大多數(shù)島結(jié)構(gòu)是無應(yīng)變的，即具有應(yīng)變松弛特性。在形成所述島結(jié)構(gòu)時，本發(fā)明的各個實(shí)施例利用分開的隨機(jī)排列的高質(zhì)量材料的島作為籽晶體，用于形成基本連續(xù)的半導(dǎo)體材料層。在第一實(shí)施例中，通過連續(xù)地從島結(jié)構(gòu)進(jìn)一步生長，高質(zhì)量松弛島結(jié)構(gòu)直接用作籽晶體，從而基本均勻地，即各向同性地增加島的尺寸，伴隨著沿所有面(例如橫向和縱向)的近似均勻的尺寸增加，直到島結(jié)構(gòu)接合以形成基本連續(xù)的半導(dǎo)體材料層的時候。當(dāng)接合時，可改變半導(dǎo)體層的生長模式，從而在縱向方向更優(yōu)先的生長。在另一實(shí)施例中，各向同性生長材料的表面和/或產(chǎn)生的高質(zhì)量基本連續(xù)半導(dǎo)體層可能需要平滑， 從而從層上去除任何殘留的表面粗糙度，從而啟動后續(xù)處理，例如器件形成、層轉(zhuǎn)移等等。 層的平滑可通過腐蝕、質(zhì)量傳輸再生長、拋光/打磨方法等等來實(shí)現(xiàn)。在另一實(shí)施例中，當(dāng)形成基本上應(yīng)變松弛的島結(jié)構(gòu)時，施加遮蓋材料來覆蓋該島結(jié)構(gòu)以及基底襯底的先前暴露的區(qū)域。在形成遮蓋材料之后，進(jìn)行平坦化處理以暴露島狀結(jié)構(gòu)的上面的大部分，同時保持島結(jié)構(gòu)的下面的區(qū)域被遮蓋材料覆蓋。由于島結(jié)構(gòu)中的松弛發(fā)生的非常快，在生長過程中，在基底襯底附近的可能仍存在應(yīng)變的島結(jié)構(gòu)部分保持被覆蓋，并且不能用于后續(xù)的處理步驟。在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，遮蓋材料被省略。本發(fā)明的后續(xù)實(shí)施例利用基本上應(yīng)變松弛的島結(jié)構(gòu)作為用于進(jìn)一步生長的成核位置。在這些實(shí)施例中，生長模式以橫向模式(形成橫向生長區(qū))進(jìn)行，例如采用已知的外延橫向過度生長(ELO)過程及其變形。在這些實(shí)施例中，可以選擇可以基本上橫向模式快速生長的材料，作為非限制性示例，氮化鎵和氮化銦鎵(具有低銦含量)都是已知能夠橫向生長的材料。橫向生長材料形成橫向生長區(qū)。在某些實(shí)施例中，包含島結(jié)構(gòu)和橫向生長區(qū)的材料成分可能是不同的，因此由于島結(jié)構(gòu)和橫向生長區(qū)之間的可能的晶格失配可能產(chǎn)生應(yīng)變。因此，在某些實(shí)施例中，橫向生長區(qū)的厚度保持在臨界厚度或以下，即保持在引入進(jìn)一步的缺陷和位錯以減輕應(yīng)變的厚度或以下。因此，在這些實(shí)施例中，在橫向生長區(qū)中基本上保持松弛的島結(jié)構(gòu)的晶格參數(shù)，因此島結(jié)構(gòu)的上部分的松弛的晶格參數(shù)被橫向生長層繼承。本發(fā)明的某些實(shí)施例中，延續(xù)橫向生長區(qū)的橫向生長直到來自分開的島結(jié)構(gòu)的基本應(yīng)變松弛部分的個別的晶體生長前端終止并接合以形成基本連續(xù)橫向生長層，在某些實(shí)施例中，該層處于臨界厚度或以下，該厚度部分地取決于橫向生長層的成分和下面的島結(jié)構(gòu)的成分。在可選實(shí)施例中，橫向生長區(qū)從島結(jié)構(gòu)側(cè)面通過橫向生長成核產(chǎn)生于島結(jié)構(gòu)自身之間，從而產(chǎn)生包含位于橫向生長區(qū)之間的島結(jié)構(gòu)的層。在這些實(shí)施例中，橫向生長直接從島結(jié)構(gòu)的側(cè)面成核，從而在橫向生長區(qū)中保留島的高質(zhì)量晶體結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明的各個實(shí)施例產(chǎn)生了中間結(jié)構(gòu)，該中間結(jié)構(gòu)包含上連續(xù)表面，該上連續(xù)表面具有基本上等于松弛的島結(jié)構(gòu)的上表面的平面內(nèi)晶格參數(shù)，同時保持優(yōu)選的缺陷/ 位錯密度。這種具有優(yōu)選的材料特性的半導(dǎo)體材料樣板結(jié)構(gòu)非常適用于進(jìn)一步的^GaN材料(或其他III-氮化物)的高質(zhì)量連續(xù)層的生長，其中銦含量基本上近似于或大于InGaN 島結(jié)構(gòu)的銦含量。因此，在形成中間結(jié)構(gòu)時(例如接合的橫向生長層)，生長模式可以變?yōu)樵诟v向的生長模式中發(fā)展，從而形成縱向生長層，其促進(jìn)半導(dǎo)體材料增厚到希望的厚度。在特定實(shí)施例中，縱向生長層的成分可與島結(jié)構(gòu)的成分基本相同。由于島結(jié)構(gòu)的應(yīng)變松弛上部分的晶格參數(shù)在橫向生長區(qū)(或?qū)?中是保持不變的，因而應(yīng)變松弛晶格參數(shù)被縱向生長層繼承，所以避免了在縱向生長層中的晶格失配，從而降低了應(yīng)變以及相分離的出現(xiàn)。因此本發(fā)明的某些實(shí)施例產(chǎn)生了 InGaN材料的基本連續(xù)應(yīng)變松弛層。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，縱向生長層的成分可與島結(jié)構(gòu)的成分不同，例如可相比于島結(jié)構(gòu)提高縱向生長層的銦含量。在這些實(shí)施例中，縱向生長層可稍微應(yīng)變，然而由于下面的材料的應(yīng)變晶格參數(shù)，對比與現(xiàn)有技術(shù)來說應(yīng)變水平降低。現(xiàn)在更詳細(xì)地參考圖1A-1F來描述本發(fā)明的實(shí)施例，并參考圖2A-2G，圖3A-3E和圖4A-4E來描述本發(fā)明的其他可選實(shí)施例。圖IA描述了中間結(jié)構(gòu)100，其示范了本發(fā)明的實(shí)施例的初始階段。中間結(jié)構(gòu)100 包括基底襯底102、成核層(NL) 104和其上形成的多個晶核106?；捉Y(jié)構(gòu)可由同質(zhì)結(jié)構(gòu) (即單一材料例如藍(lán)寶石)或異質(zhì)結(jié)構(gòu)(即由多種材料組成，例如金剛砂上的藍(lán)寶石)構(gòu)成。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，基底襯底的平均晶格參數(shù)對于其上生長的材料是失配的。例如，可采用藍(lán)寶石作為基底襯底，并且可將氮化銦鎵沉積在藍(lán)寶石的表面，藍(lán)寶石和InGaN 材料具有不同的晶格參數(shù)，例如不同的平面內(nèi)晶格參數(shù)。在基底襯底102上形成多個核106。外延生長(以及一般的晶體生長)通常以微晶的自然形成作為開始，微晶用作肉眼可見的晶體的生長的晶種。這里微晶被稱作“核”，其形成的過程和初始生長被稱為“成核”。在表面上成核的外延生長的情況下，表面的性質(zhì)可強(qiáng)烈地影響核的立體構(gòu)造和晶體性質(zhì)，例如通過形成比其他構(gòu)造和性質(zhì)更穩(wěn)定的特定構(gòu)造和性質(zhì)。術(shù)語成核層是指通過緩沖層的沉積/生長、或通過表面化學(xué)處理、或通過其他方法獲得的這樣的表面性質(zhì)。優(yōu)選的成核層促進(jìn)InGaN(或其他III-氮化物)成核，形成具有選擇的空間密度和構(gòu)造并具有選擇的晶體性質(zhì)的核。對于空間密度，其根據(jù)各向同性生長和/或ELO技術(shù)的后續(xù)應(yīng)用來選擇。在ELO技術(shù)的情況下，ELO是本領(lǐng)域已知的，用于產(chǎn)生基本連續(xù)的單晶質(zhì)的III-氮化物層，如果存在可在其上開始ELO的足夠數(shù)量的可用生長位置，并且如果該可用的生長位置是分開的從而從不同生長位置開始的橫向過度生長可以晶體生長前端中最小的傾斜/扭曲接合到單晶質(zhì)層，則該III-氮化物層具有較好的質(zhì)量。通常，優(yōu)選地NL104 促進(jìn)以分開且隔離的核來成核，所述核以0. 1-100 μ m,更優(yōu)選地0. 2-3 μ m之間的平均距離 d分開，但是或者隨機(jī)排列，例如圖IA中的中間結(jié)構(gòu)100的成核位置/核106。已經(jīng)描述了許多NL處理，例如得到在基底襯底102上的NL104，及其效果，它們是本領(lǐng)域已知的，并可用于本發(fā)明。參見Sumiya等，2004年的Review of polarity determination and control of GaN, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res.9, 1 ；Gibart,2004 年的 Metal organic vapor phase epitaxy of GaN and lateral overgrowth, Rep. Prog. Phys.67,1 ；Dwikusuma 等，2003 年的 X-ray photoelectron spectroscopic study of sapphire nitridation for GaN growth by hydride vapor phase epitaxy :Nitridation mechanism, J of Appl. Phys. 94, 5656 ；Narayanan 2002 的 Gallium nitride epitaxy on(0001)sapphire, Phil. Mag. A 82,885 ；Stutzmann 等， 2001 年的 Playing with Polarity, phys. stat. sol. (b) 228，505 ;0h 等，2006 年的 Optical properties of GaN and GaMnN nanowires grown on sapphire substrates ；以及Kikuchi
2004 InGaN/GaN Multiple Quantum Disk Nanocolumn Light-Emitting Diodes Grown on (111)Si Substrate。獲得了具有如上文所述選擇的優(yōu)選NL的基底襯底，本發(fā)明的方法接下來在基底襯底上生長hGaN島結(jié)構(gòu)。首先選擇成核條件，如果必要的話考慮NL，從而hGaN(或其他 III-氮化物)首先在核上生長，該核具有上文所述的空間密度和構(gòu)造。通常，核的密度和構(gòu)造使得后續(xù)的進(jìn)一步生長產(chǎn)生想要或其他III-氮化物)層(例如具有優(yōu)選的特性，例如減小的應(yīng)變)。平均起來，生長條件的選擇有利于源自NL的核的III-氮化物島的生長，其中島整體上保持彼此分離且基本上隨機(jī)排列。圖IB描述了由在襯底102上的NL 104上初始生長的hGaN所形成的非限制性的中間襯底110。圖3是掃描電子顯微(SEM)圖像，其描述了對應(yīng)于圖IB的實(shí)際示例。初始島結(jié)構(gòu)具有平坦的上表面114的類似梯形結(jié)構(gòu)112。在描述的實(shí)施例中(參見圖1B)，島生長為水平尺寸約為其垂直尺寸的1-2倍的結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施例中，可能相對更多地縱向生長，從而島更大程度上呈現(xiàn)為具有更多縱向分量的柱子。然后縱向/橫向方面的比率可以更大，例如大約為2或大約為4。本發(fā)明還包括具有更顯著的橫向生長的實(shí)施例，從而縱向/橫向方面的比率小于1，但是平均上仍導(dǎo)致分開的島生長。進(jìn)一步選擇生長條件，特別是生長時間，從而島結(jié)構(gòu)的上部分具有逐步降低的應(yīng)變。生長繼續(xù)，直到大多數(shù)島結(jié)構(gòu)具有減小的應(yīng)變水平，優(yōu)選地大多數(shù)島結(jié)構(gòu)是無應(yīng)變的， 即應(yīng)變松弛的。圖IB描述了封閉的虛線區(qū)域116。虛線區(qū)域116示意性地表示了島結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)應(yīng)變松弛的區(qū)域，即形成缺陷(例如不合適的位錯)以減小島結(jié)構(gòu)112和基底襯底102之間的晶格失配的區(qū)域。在封閉區(qū)域116之上區(qū)域中，島結(jié)構(gòu)基本上無應(yīng)變，或基本上應(yīng)變松弛。因此這樣控制生長期，使得由島結(jié)構(gòu)和基底襯底之間的晶格失配導(dǎo)致的應(yīng)變快速減輕，例如通過形成例如不合適的位錯的缺陷。另一方面，生長不應(yīng)時間過長，以至于島傾向于合并而不再保持分開和隔離。通常，生長到大約30nm-l. 5 μ m的縱向島高度是合適的。在特定實(shí)施例中，島結(jié)構(gòu)具有遠(yuǎn)大于30nm的高度，然而在其他實(shí)施例中，島結(jié)構(gòu)具有大于150nm的高度，或者在某些實(shí)施例中，島結(jié)構(gòu)具有大于300nm的高度。此外，島的成分可包括Ιηχ(^_χΝ，其中銦含量大于χ = 0. 02，或大于χ = 0. 05，或大于χ = 0. 08。除了在島結(jié)構(gòu)112和基底襯底102之間的界面區(qū)域中形成缺陷和位錯之外，額外的缺陷和位錯可從區(qū)域116傳播進(jìn)入島結(jié)構(gòu)的體內(nèi)。在圖IB示意性描述的實(shí)施例中，島結(jié)構(gòu)在這樣的條件下生長，即位錯118橫向彎曲并在側(cè)面終止。左手的島的上部分120因此相對地沒有缺陷和位錯，并具有所選擇的缺陷和位錯密度。美國申請序列號No. 60/952，131 描述了這種用于進(jìn)一步減少島結(jié)構(gòu)的上部分的缺陷和位錯密度的方法，其全文以引用方式結(jié)合于此。有利于縱向或橫向生長的條件是已知的，并且在本領(lǐng)域中稱為一般VPE處理，例如，MBE、M0CVD或HVPE處理。參見例如美國專利6，325，850 ；也參見phys. Stats. Sol (c)3, No. 61750-1753(2006)。通常，已知橫向生長對比縱向生長的相對速度受到生長溫度、處理氣體中的V/III前體(precursor)比率、載體氣體的成分(H2 or N2或其組合)、以及反應(yīng)器壓力的影響。例如，通過更高的生長溫度、或通過更高的V/III比率、或通過更高的隊/吐比率、或通過更低的壓力(低于或約等于latm)、或通過上述的組合來增強(qiáng)橫向生長。通過相反的條件來增強(qiáng)縱向生長。在特定實(shí)施例中，有利地選擇考慮到^GaN島中的應(yīng)變的NL 處理和生長條件的細(xì)節(jié)。為達(dá)此目的，初始InGaN島的應(yīng)變特性可通過本領(lǐng)域已知的手段來測量，例如透射電子顯微鏡方法、以及電子和/或χ-射線衍射方法。一旦生長了上部分具有減小的應(yīng)變或應(yīng)變松弛水平的InGaN(或其他III-氮化物)島結(jié)構(gòu)時，后續(xù)的處理步驟可直接采用該島結(jié)構(gòu)作為籽晶體，用于進(jìn)一步生長以產(chǎn)生半導(dǎo)體材料的連續(xù)層。因此進(jìn)一步生長可從島結(jié)構(gòu)開始以各向同性的方式(即從所有晶面基本均勻地生長)繼續(xù)，直到島結(jié)構(gòu)接合以形成基本連續(xù)的層的時候。一旦接合的時候，半導(dǎo)體層的生長模式可改變?yōu)樵诳v向方向更優(yōu)先生長。在另外的實(shí)施例中，各向同性生長層的表面和/或產(chǎn)生的高質(zhì)量基本連續(xù)半導(dǎo)體層可能需要平滑，從而從該層去除任何殘留的表面粗糙度，以啟動后續(xù)處理，例如器件形成、層轉(zhuǎn)移等?？赏ㄟ^腐蝕、質(zhì)量傳輸再生長、拋光/打磨方法等來實(shí)現(xiàn)層的平滑。圖IC示意性地描述了中間結(jié)構(gòu)120，其示范了從島結(jié)構(gòu)112開始的進(jìn)一步生長的初始階段。在該示意性描述中，在額外生長之前，島結(jié)構(gòu)112的初始位置，由虛線112表示， 以各向同性的方式繼續(xù)進(jìn)行進(jìn)一步生長，產(chǎn)生基本各向同性的材料122。本發(fā)明的實(shí)施例采用了從島結(jié)構(gòu)112開始的各向同性生長，因?yàn)橛糜诟飨蛲陨L的材料通常不能在基本上橫向的生長方向上生長，例如銦含量大于X = 0. 11的hx(;ai_xN 被證實(shí)是一種在其中產(chǎn)生基本橫向生長的及其復(fù)雜的材料，即能夠相對于縱向生長的程度來控制橫向生長的程度。因此，在某些特定實(shí)施例中，各向同性生長材料與包含島結(jié)構(gòu)的材料具有基本相同的材料成分。因此，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，島結(jié)構(gòu)包括銦含量大于X = 0. 02的InxGi^xN,并且額外的各向同性材料同樣的包括銦含量大于χ = 0. 02的從而，從島開始繼續(xù)的進(jìn)一步生長不會在各向同性材料中引入額外的應(yīng)變。然而，由于III-氮化物材料的進(jìn)一步的各向同性生長是從島結(jié)構(gòu)的所有或幾乎所有暴露的面開始成核的，可能保留了缺陷和應(yīng)變的下面的區(qū)域又用于成核。因此，可能出現(xiàn)應(yīng)變和缺陷的區(qū)域116(例如不合適的片段)可能會進(jìn)一步傳播到額外的各向同性材料 122 中。除了各向同性材料生長對區(qū)域116中的應(yīng)變和缺陷的影響之外，還應(yīng)注意到各向同性生長可能充分影響缺陷位錯118，可能導(dǎo)致該缺陷/位錯中的彎曲。由于材料可以各向同性的方式生長，該缺陷/位錯可能以有害于最終基本連續(xù)材料層的最終質(zhì)量的方式彎曲ο圖ID示意性地描述了中間結(jié)構(gòu)130，其示范了當(dāng)生長了進(jìn)一步的各向同性材料 122’時的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并描述了當(dāng)島結(jié)構(gòu)接合時的生長，從而形成基本連續(xù)半導(dǎo)體材料層。在進(jìn)一步的細(xì)節(jié)中，各向同性材料122’的進(jìn)一步的生長從中間結(jié)構(gòu)120的各向同性材料122外延生長。進(jìn)一步的各向同性材料的生長導(dǎo)致了島結(jié)構(gòu)112的接合。因?yàn)樵撋L可以基本各向同性的方式繼續(xù)，在額外半導(dǎo)體材料生長122和122’的過程中，原島結(jié)構(gòu) 112的表面拓?fù)渫ǔ１３?。由于該拓?fù)湓诟飨蛲陨L模式中幾乎不變，在中間結(jié)構(gòu)130的上面的暴露表面中形成溝槽134。該溝槽對于后續(xù)的處理階段來說是不希望的，無論后續(xù)處理階段是用于形成器件結(jié)構(gòu)、或轉(zhuǎn)移部分半導(dǎo)體材料等。因此本發(fā)明的實(shí)施例的后續(xù)處理關(guān)注于去除部分的各向同性材料，從而產(chǎn)生更適于后續(xù)處理的平滑的、基本平坦表面。圖IE示意性地描述了中間結(jié)構(gòu)140，其示范了對中間結(jié)構(gòu)130的處理以產(chǎn)生包含平滑上表面142的中間結(jié)構(gòu)140。在進(jìn)一步的細(xì)節(jié)中，以這樣的方式處理中間結(jié)構(gòu)130 即從表面136去除溝槽(即凹陷、波紋、洞穴等等)以提供具有平滑的上表面142的中間結(jié)構(gòu)140。平滑表面136以產(chǎn)生平滑的上表面142可以通過多種本領(lǐng)域已知的方法來進(jìn)行，包括濕法化學(xué)腐蝕、等離子體腐蝕(RIE，ICP，ECR等等)、打磨、拋光等等。由于表面136的拓?fù)?，?yōu)選各向異性腐蝕方法來產(chǎn)生平滑表面142，因?yàn)闇喜?36的頂點(diǎn)上方的材料將需要大量去除，而溝槽136的頂點(diǎn)下方的材料優(yōu)選地不去除，從而實(shí)現(xiàn)各向同性材料122的表面的平坦化。在某些實(shí)施例中，采用打磨/拋光方法來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生平滑表面142的表面136的平坦化。在本發(fā)明的實(shí)施例中，平坦化處理是通過化學(xué)機(jī)械拋光處理(CMP)來實(shí)現(xiàn)的。通過 CMP，利用適當(dāng)選擇的泥漿(slurry)，例如具有選擇的研磨劑和泥漿化學(xué)物質(zhì)，并采用適當(dāng)?shù)膾伖鈪?shù)，例如施加的壓力和速度，來去除足夠的各向同性材料122。當(dāng)完成產(chǎn)生表面 142的CMP處理時，表面142的表面粗糙度可小于5nm，或優(yōu)選地小于2nm，或優(yōu)選地小于 lnm。在可選實(shí)施例中，CMP處理可在再生長時施行，所述再生長在更縱向的生長方向上在各向同性生長材料上進(jìn)行。應(yīng)注意在本發(fā)明的實(shí)施例中，缺陷/位錯118可能改變其傳播方向，導(dǎo)致該缺陷/ 位錯118出現(xiàn)在表面142上損害表面142的質(zhì)量。中間結(jié)構(gòu)140(圖1E)提供了非常合適的樣板結(jié)構(gòu)，用于生長進(jìn)一步的III-氮化物材料，例如，用于高質(zhì)量的基本連續(xù)應(yīng)變松弛InGaN。在某些實(shí)施例中，中間結(jié)構(gòu)140用于銦含量基本等于下面的各向同性材料的銦含量的InGaN的生長，而在可選實(shí)施例中，中間結(jié)構(gòu)140用于具有比各向同性材料更大的銦含量的InGaN的生長。圖IF描述了結(jié)構(gòu)150，該結(jié)構(gòu)示范了在圖IE的中間結(jié)構(gòu)140上的進(jìn)一步的層的生長。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，進(jìn)一步的層152以更縱向的模式生長，從而形成縱向生長層，其促進(jìn)了半導(dǎo)體材料增厚到希望的厚度。如本領(lǐng)域已知的，通過外延生長參數(shù)的變化， 該縱向生長層以優(yōu)先縱向生長模式生長。如前面提到的，在某些實(shí)施例中，在縱向生長層完成時，通過前面提到的方法利用CMP平滑縱向生長層。因此，這些實(shí)施例的縱向生長層的平坦化可在縱向生長層的外延生長之前和/或之后進(jìn)行。還應(yīng)注意，在島結(jié)構(gòu)的形成過程中形成的缺陷/位錯118被描述為傳播到并進(jìn)入縱向生長層152的表面。在某些實(shí)施例中，縱向生長包括銦含量基本等于下面的島結(jié)構(gòu)以及各向同性材料的銦含量的hfahN層，更特別地，縱向生長層可包括銦含量大于χ = 0. 02、或大于χ = 0. 05、或大于 χ = 0. 08 的 InxGa1^xN 材料。因此，本發(fā)明的實(shí)施例能夠產(chǎn)生應(yīng)變松弛的、具有優(yōu)選的缺陷/位錯密度的基本單一成分相InGaN的連續(xù)層。產(chǎn)生的層152的厚度可以小于約1 μ m、或達(dá)到約100 μ m、或達(dá)到約500 μ m,或達(dá)到約1000 μ m。產(chǎn)生的連續(xù)縱向生長層152可用于制造電子元件、光伏元件、光學(xué)元件、或光電子元件等等。在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，可從中間結(jié)構(gòu)150轉(zhuǎn)移部分或整個連續(xù)半導(dǎo)體層，用于產(chǎn)生獨(dú)立的或復(fù)合的襯底。轉(zhuǎn)移過程可通過連續(xù)層的部分的分離來進(jìn)行，也可能包括鍵合技術(shù)。在某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體層152的部分可通過離子注入和分離技術(shù)從中間結(jié)構(gòu) 150分開，例如采用稱為SMART-CUT 的技術(shù)。例如Bruel的美國專利No. RE39, 484、Aspar等的美國專利 No. 6，303，468,Aspar 等的美國專利 No. 6，335，258,Moriceau 等的 6，756，286、 Aspar等的6，809，044、Aspar等的6，946，365詳細(xì)地描述了該過程，上述每個文獻(xiàn)公開的內(nèi)容以引用方式全文結(jié)合于此?，F(xiàn)在參考圖2A-2G描述本發(fā)明的可選實(shí)施例。本發(fā)明的可選實(shí)施例的很多元件等同于上文描述的那些元件；因此后續(xù)的描述將主要關(guān)心該可選實(shí)施例的新穎的特性。簡要地，本發(fā)明的可選實(shí)施例采用上文描述的方法的大部分內(nèi)容，但是采用了形成遮蓋結(jié)構(gòu)以遮蓋島結(jié)構(gòu)的不需要的部分。因此從島結(jié)構(gòu)開始的進(jìn)一步生長的成核可被限制到島結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量晶體部分。此外，例如采用諸如ELO的方法，在更橫向的方向上促進(jìn)從島結(jié)構(gòu)開始的進(jìn)一步生長。更詳細(xì)地，圖2A等同于圖1A，描述了中間結(jié)構(gòu)200，示范了 NL204在基底襯底202 上的形成和具有優(yōu)選的間距d的核206的形成。圖2B等同于圖1B，描述了中間結(jié)構(gòu)210， 示范了 InGaN島結(jié)構(gòu)212的形成，該InGaN島結(jié)構(gòu)具有優(yōu)選的晶體特性，即具有減小的晶格應(yīng)變或應(yīng)變松弛的上表面214。當(dāng)上部分具有減小的應(yīng)變或應(yīng)變松弛水平的hGaN(或其他III-氮化物)島結(jié)構(gòu)生成時，后續(xù)處理步驟用形成遮蓋結(jié)構(gòu)的遮蓋材料覆蓋該基底襯底的沒有被島覆蓋的暴露部分。該遮蓋結(jié)構(gòu)的厚度(或深度)足以覆蓋可能仍存在應(yīng)變的島的下部分的大多數(shù)或全部以及具有相對大量的終端缺陷和位錯的側(cè)面。然而，本發(fā)明的實(shí)施例不覆蓋島的上部分， 在該上部分中面具有減小的應(yīng)變水平或松弛的應(yīng)變水平，并且僅具有相對較少的終端缺陷和位錯。此外，透過遮蓋結(jié)構(gòu)露出的島結(jié)構(gòu)的上部分可具有斜面，其足以促進(jìn)后續(xù)的ELO 生長在島/柱的露出的上部分開始，然后擴(kuò)展穿過該遮蓋。用于形成遮蓋結(jié)構(gòu)的優(yōu)選的遮蓋材料是那些GaN(或其他III-氮化物，例如低銦含量^GaN)在其上不容易成核的遮蓋材料。這種材料包括氧化硅，氮化硅及其組合，例如氮氧化硅，以及其他難熔的含硅材料。特別優(yōu)選的是氮化硅，因?yàn)橄啾扔贗nGaN，氮化硅更容易通過例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)等處理去除。還應(yīng)注意，也可采用遮蓋材料的組合，例如一個或多個氧化/氮化硅層堆疊，使用這樣的遮蓋材料的組合有助于遮蓋結(jié)構(gòu)的部分受控制地被去除。圖2C示意性地描述了中間結(jié)構(gòu)230，其示范了遮蓋結(jié)構(gòu)形成的實(shí)施例，包括沉積遮蓋材料從而完全覆蓋島結(jié)構(gòu)，以及圖2D描述了中間結(jié)構(gòu)M0，其示范了后續(xù)的去除足夠的遮蓋材料，從而島結(jié)構(gòu)最上面的部分透過遮蓋而露出。因此，首先通過例如旋涂玻璃過程或化學(xué)氣相沉積(CVD)過程形成遮蓋材料232， 從而島結(jié)構(gòu)被完全覆蓋，如圖2C所示。這里，島結(jié)構(gòu)212(在基底襯底202上)已經(jīng)完全被遮蓋材料232覆蓋。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，在實(shí)時監(jiān)控下通過CVD過程沉積遮蓋材料，從而當(dāng)遮蓋已經(jīng)到達(dá)優(yōu)選厚度范圍時可停止沉積。例如，在沉積過程中，可通過能夠檢測表面特征(例如表面變形尺寸)的射線來掃描襯底，提供關(guān)于保持露出加厚的遮蓋之上的hGaN柱的高度的反饋。這種射線可以是可見光、紅外線或紫外線光、或粒子(如在SEM 中)。接下來，遮蓋材料的頂部被去除或分離，例如通過諸如濕法化學(xué)腐蝕、等離子體腐蝕(反應(yīng)離子腐蝕、感應(yīng)耦合等離子體腐蝕等等)等腐蝕技術(shù)，或通過諸如化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP)等拋光技術(shù)，從而最終的遮蓋厚度在優(yōu)選的范圍內(nèi)，以促進(jìn)后續(xù)的外延橫向過度生長。圖2D描述了中間結(jié)構(gòu)MO，其包括去除部分的遮蓋材料232之后的中間結(jié)構(gòu)230。 已經(jīng)去除了優(yōu)選的量的遮蓋材料，從而遮蓋層的厚度在優(yōu)選的范圍內(nèi)。在該優(yōu)選的范圍內(nèi)島結(jié)構(gòu)214的上面暴露，但是島結(jié)構(gòu)的大部分側(cè)面M2、應(yīng)變區(qū)216以及位錯218保持被覆蓋，從而避免從這些區(qū)域產(chǎn)生后續(xù)的從成核開始的進(jìn)一步生長，因此改善了后續(xù)的晶體質(zhì)量。通常，對于遮蓋的高度的厚度范圍大約是島的高度的60-90%。由于應(yīng)該有很少的或沒有InGaN(或其他III-氮化物材料)隨著遮蓋材料一起被去除，優(yōu)選的遮蓋材料還應(yīng)具有這樣的特征相比于InGaN的去除，遮蓋材料去除的更快。 例如當(dāng)通過CMP去除遮蓋材料時，遮蓋材料應(yīng)該比InGaN(已知其相對堅硬且不容易通過 CMP去除)更容易被磨損/腐蝕。更詳細(xì)地，可通過CVD處理沉積氮化硅以完全覆蓋島，例如在本領(lǐng)域已知的條件下，通過氣體SiH4和NH3的CVD處理。然后采用適當(dāng)選擇的泥漿(例如具有選擇的研磨劑和泥漿化學(xué)物質(zhì))，并采用合適的拋光參數(shù)(例如施加的壓力和速度)，通過CMP去除足夠的遮蓋材料。簡要地，選擇泥漿研磨劑、拋光壓力等等使得氮化硅主要通過下至InGaN柱的頂面上的機(jī)械作用被去除，其相對不留下影響。選擇泥漿化學(xué)物質(zhì)、PH等促進(jìn)InGaN島之間的氮化硅的腐蝕、分解和去除(dishing out)，從而其最上面的部分頭透過剩余的遮蓋材料而露出。可選地，可實(shí)時監(jiān)控遮蓋材料的分離，從而可在達(dá)到優(yōu)選的厚度范圍之后停止CMP。 同時，可在CMP之后進(jìn)行清潔處理，從而去除殘余的泥漿。在理想情況下，CMP處理應(yīng)產(chǎn)生很少或不產(chǎn)生InGaN島的表面的粗糙化。然而，如果CMP處理的磨損作用導(dǎo)致了 InGaN表面的磨損，那么該層將需要后續(xù)的CMP平滑處理。在 III-氮化物的情況下，可通過本領(lǐng)域已知的質(zhì)量傳輸再生長方法平滑粗糙的表面。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在NH3+H2氣氛中將樣本加熱到促進(jìn)質(zhì)量傳輸再生長的溫度。在質(zhì)量傳輸再生長的過程中，材料中的高能量峰被再分布到材料的谷中，以實(shí)現(xiàn)平滑作用，并產(chǎn)生更適于后續(xù)ELO的表面。例如參見日本的期刊Journal of Applied Physics Part 1 40 565(2001)以及 Applied Surface Sciences 159-160 42^2000)。此外，間隔大的InGaN島結(jié)構(gòu)可能需要補(bǔ)充平滑，以產(chǎn)生均勻的柱高度。當(dāng)考慮后續(xù)處理需要去除遮蓋材料時，以及考慮到一旦露出III-氮化物材料時能夠停止遮蓋去除時，柱高度的均勻性是重要的。不均勻的柱高度可能導(dǎo)致低效率的遮蓋去除，以及對于產(chǎn)生橫向生長層來說不理想的表面。對于III-氮化物，可通過上一段描述的質(zhì)量傳輸再生長方法來平滑不均勻的表面。在本發(fā)明的實(shí)施例的后續(xù)階段，InGaN島結(jié)構(gòu)的上面的暴露部分具有優(yōu)選的晶體特征，即基本應(yīng)變松弛，以及優(yōu)選的缺陷/位錯密度和單一成分相，該暴露部分用作進(jìn)一步的材料生長的籽晶體。InGaN島結(jié)構(gòu)的上部分用作用于橫向生長區(qū)的橫向生長的籽晶體。然而，高銦含量橫向生長層(例如具有高于11%的銦含量)的產(chǎn)生被證明是復(fù)雜的，并且目前在現(xiàn)有技術(shù)中這種層的報告是未知的。因此，橫向生長區(qū)包括能夠主要在橫向方向生長的材料，例如作為非限制性示例的GaN(或低銦含量的hGaN)，可用于形成橫向生長區(qū)和/或可能的橫向生長層。然而，由于橫向生長的GaN區(qū)(層)針對下面的松弛的hGaN島結(jié)構(gòu)發(fā)生應(yīng)變，橫向生長區(qū)(層)將保持較高銦含量InGaN的晶格常數(shù)。因此，本發(fā)明的實(shí)施例采用InGaN島結(jié)構(gòu)的松弛的上表面來形成用于GaN(或低百分比銦含量WhGaN)橫向?qū)拥倪M(jìn)一步生長的成核晶種。因?yàn)镚aN是本領(lǐng)域已知的能夠橫向生長(參見例如Sugiura 1月12日提出的美國專利No. 6，015，979，Davis 2000年4 月18日提出的美國專利No. 6，051，849，以及Kiyoku 2000年11月28日提出的美國專利 No. 6，153，010)，因此可以在InGaN島結(jié)構(gòu)的分離的、松弛的上部分之上形成GaN材料的基本連續(xù)層。GaN橫向生長區(qū)和后續(xù)的橫向生長層的厚度可保持低于通過缺陷和位錯的形成啟動應(yīng)變松弛的臨界厚度。在這種情況下，島結(jié)構(gòu)的上部分的松弛的InGaN應(yīng)變松弛的晶格參數(shù)基本上保持在GaN橫向生長層中，即GaN橫向生長區(qū)(層)的平面內(nèi)晶格參數(shù)基本上等于下面的松弛的hGaN島的晶格參數(shù)。此外，由于應(yīng)變沒有通過在GaN橫向區(qū)(層)中形成額外的缺陷/位錯而減輕，那么高質(zhì)量InGaN柱上表面的缺陷/位錯密度基本上保持在GaN橫向區(qū)(層)中。因此，本發(fā)明的方法產(chǎn)生了樣板結(jié)構(gòu)，其包括連續(xù)的上表面，該上表面具有基本等于下面的^iGaN島的平面內(nèi)晶格參數(shù)，同時保持優(yōu)選的缺陷/位錯密度。這種具有優(yōu)選的材料特性的半導(dǎo)體材料的樣板結(jié)構(gòu)非常適用于進(jìn)一步的高質(zhì)量InGaN材料的生長，該InGaN 材料具有與InGaN島結(jié)構(gòu)相比基本相似或增加的銦含量。
更詳細(xì)地，圖2E描述了中間結(jié)構(gòu)250，其示范了產(chǎn)生例如包含GaN的橫向生長區(qū)的橫向生長的進(jìn)一步生長的初始階段。如上文所述，用于控制GaN(或低銦含量hGaN)的橫向相對于縱向生長的程度的方法是本領(lǐng)域已知的。在某些實(shí)施例中，生長可從島結(jié)構(gòu)214的暴露的上部分開始，以更縱向生長的模式，并且在獲得需要的縱向高度時切換到更橫向的模式，或者從偏移開始(from the off set)采用橫向生長模式。在某些實(shí)施例中，初始的縱向生長模式可用于提供側(cè)面252，橫向生長可從這些側(cè)面開始。此外，可選擇生長條件以產(chǎn)生結(jié)合了橫向和縱向成分的生長模式。 適用于獲得縱向和橫向生長模式的條件是本領(lǐng)域已知的。更詳細(xì)地，在圖2E中描述了從島結(jié)構(gòu)214的上部分開始的橫向生長的早期階段； GaN橫向生長區(qū)2M從上島表面214發(fā)源或成核，產(chǎn)生橫向晶體生長前端252。在橫向生長過程中沉積的GaN橫向生長區(qū)可認(rèn)為是繼承了上文所述的在其上成核的材料的特性(缺陷密度，晶格參數(shù))。如上文所述，GaN橫向生長區(qū)154的厚度d保持在臨界厚度或之下。用于通過缺陷形成啟動應(yīng)變松弛的厚度d基于生長方法以及下面的InGaN材料的成分，在某些實(shí)施例中，GaN橫向區(qū)的臨界厚度小于500nm，在另一實(shí)施例中小于250nm，在另一實(shí)施例中小于IOOnm0在某些實(shí)施例中，橫向生長區(qū)包括InxGai_xN，其銦含量小于χ = 0. 11，或小于 χ = 0. 08，或小于 χ = 0. 05。圖2F描述了中間結(jié)構(gòu)沈0，其中橫向生長過程處于GaN橫向生長區(qū)接合以形成橫向生長層254的階段，從而形成III-氮化物材料的基本連續(xù)的膜。(圖IE的中間結(jié)構(gòu)250 的)半導(dǎo)體生長前端252匯聚并合并以形成單個接合的橫向生長材料(例如GaN，或低銦含量的hGaN)膜。InGaN島212的上表面的空間分布、尺寸和結(jié)構(gòu)被優(yōu)選的優(yōu)化，從而促進(jìn)高質(zhì)量橫向生長過程(如上文所述)，例如被分布和間隔從而避免在接合之前的晶體傾斜/ 扭曲，從而基本避免進(jìn)一步的缺陷形成。例如中心島212’和右側(cè)島212”結(jié)構(gòu)產(chǎn)生接合而不會產(chǎn)生進(jìn)一步的缺陷/位錯的橫向生長前端。然而，中心島212’和左側(cè)島212產(chǎn)生接合而產(chǎn)生缺陷/位錯沈2的橫向生長前端，因?yàn)檫@兩個晶種島結(jié)構(gòu)的不理想的分布和間隔。因此，中間結(jié)構(gòu)沈0(圖2F的)提供了非常合適的樣板結(jié)構(gòu)，用于進(jìn)一步的III-氮化物材料的生長，例如用于高質(zhì)量的基本連續(xù)的應(yīng)變松弛hGaN。在某些實(shí)施例中，中間結(jié)構(gòu)260用于具有基本上等于下面的島結(jié)構(gòu)的銦含量的hGaN的生長，而在可選實(shí)施例中，中間結(jié)構(gòu)260用于具有比島結(jié)構(gòu)更高的銦含量的InGaN的生長。圖2G描述了結(jié)構(gòu)270，其示范了在圖2F的中間結(jié)構(gòu)260上的額外層的生長。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，額外層272以更縱向的模式生長，從而形成縱向生長層，其促進(jìn)半導(dǎo)體材料加厚到需要的厚度。如本領(lǐng)域已知的，縱向生長層通過外延生長參數(shù)的變化以優(yōu)先縱向生長模式生長。應(yīng)注意，在橫向生長層254的接合期間形成的缺陷/位錯262被描述為進(jìn)入并向著縱向生長層272的表面?zhèn)鞑?。在某些?shí)施例中，縱向生長層包括具有基本等于下面的島結(jié)構(gòu)的銦含量的InGaN 層。因此，本發(fā)明的實(shí)施例能夠產(chǎn)生應(yīng)變松弛的、基本單一成分相InGaN的、具有優(yōu)選的缺陷/位錯密度的連續(xù)層。產(chǎn)生的層272的厚度可小于約1 μ m,或達(dá)到約100 μ m,或達(dá)到約 500 μ m，或達(dá)到約 1000 μ m。產(chǎn)生的連續(xù)縱向生長層272可用于制造電子元件、光伏元件、光學(xué)元件、或光電子元件等等。在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，可從中間結(jié)構(gòu)270轉(zhuǎn)移連續(xù)半導(dǎo)體層的部分或全部，用于產(chǎn)生獨(dú)立的或復(fù)合類型的襯底。轉(zhuǎn)移過程可通過分離部分連續(xù)層來進(jìn)行，并可還包括鍵合技術(shù)。在某些實(shí)施例中，可通過離子注入和分離技術(shù)從中間結(jié)構(gòu)270分離半導(dǎo)體層272 的部分，例如采用稱為SMART-CUT ‘ 的技術(shù)，參見上文針對該過程的描述?，F(xiàn)在參見圖3A-3E描述本發(fā)明的可選實(shí)施例。本發(fā)明的可選實(shí)施例的很多元件與上文描述的那些等同，因此后續(xù)的說明將主要關(guān)注可選實(shí)施例的新穎的特性。簡要地，本發(fā)明的可選實(shí)施例采用了上文描述的方法的大部分，但是省略了遮蓋結(jié)構(gòu)的形成及產(chǎn)生該遮蓋結(jié)構(gòu)所需的相關(guān)過程。遮蓋層的省略可簡化本發(fā)明的實(shí)施例的過程，而不會犧牲最終產(chǎn)品的質(zhì)量，即高質(zhì)量應(yīng)變松弛連續(xù)半導(dǎo)體材料，例如^GaN。更詳細(xì)地，圖3A等同于圖1A，描述了中間結(jié)構(gòu)300，其示范了在基底襯底302上的 NL 304的形成，以及具有優(yōu)選的間隔d的核306的形成。圖等同于圖1B，描述了中間結(jié)構(gòu)310，其示范了 ^iGaN島結(jié)構(gòu)312的形成，該島結(jié)構(gòu)具有優(yōu)選的晶體特征，即具有減小的晶格應(yīng)變或應(yīng)變松弛的上表面314。圖3C描述了中間結(jié)構(gòu)350，其示范了利用例如GaN作為橫向生長區(qū)3M的橫向生長的初始階段，產(chǎn)生橫向生長前端352。如上文所述，在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，省略了遮蓋結(jié)構(gòu)。因此，橫向生長從InGaN島的上表面314開始，并且從島側(cè)面342開始的橫向生長被抑制。用于控制從晶體結(jié)構(gòu)的不同面生長的方法是本領(lǐng)域已知的，例如從納米級特征(例如島結(jié)構(gòu))開始的氮化物的面選擇性成核已在文獻(xiàn)中報道過(參見例如Lee等的Journal of Crystal Growth, 279 289 2005)。在某些實(shí)施例中，橫向生長區(qū)包括Inx^vxN,其銦含量小于χ = 0. 11，或小于χ = 0. 08，或小于χ = 0. 05。應(yīng)注意，盡管橫向生長區(qū)廣泛地發(fā)源于半導(dǎo)體島的上表面，實(shí)際上，在圖3C的半導(dǎo)體島中間結(jié)構(gòu)350的其他表面上的一定程度的沉積也可能出現(xiàn)，因?yàn)闆]有遮蓋材料來遮蓋半導(dǎo)體島的其他表面。然后，本發(fā)明的可選實(shí)施例如上文所述那樣繼續(xù)進(jìn)行。圖3D描述了中間結(jié)構(gòu)360， 其示范了橫向生長區(qū)的各個生長橫向前端的接合，以形成基本連續(xù)的橫向生長層354，包含缺陷362。進(jìn)一步地，圖3E描述了結(jié)構(gòu)370，其示范了通過采用更縱向的生長模式將縱向生長層372增加到中間生長結(jié)構(gòu)360，從而外延生長縱向生長模式材料層到需要的厚度。由于 InGaN島的表面的自然性質(zhì)以及橫向生長層繼承的這些特性，縱向?qū)?72具有提高的質(zhì)量。產(chǎn)生的連續(xù)縱向生長層372可用于制造電子元件、光伏元件、光學(xué)元件、或光電子元件等等。在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，可從中間結(jié)構(gòu)370轉(zhuǎn)移部分或全部的連續(xù)半導(dǎo)體層， 用于產(chǎn)生獨(dú)立的或復(fù)合類型的襯底。轉(zhuǎn)移過程可通過部分連續(xù)層的分離來實(shí)現(xiàn)，也可包括鍵合技術(shù)。在某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體層372的部分可通過離子注入和分離技術(shù)從中間結(jié)構(gòu) 370分離，例如采用稱為SMART-⑶T ι 的技術(shù)，參見上文描述過的這種過程。進(jìn)一步地，現(xiàn)在參考圖4A-4E描述本發(fā)明的可選實(shí)施例。本發(fā)明的可選實(shí)施例的很多元件等同于上文描述的那些，因此后續(xù)的說明將主要關(guān)注可選實(shí)施例的新穎的特性。簡要地，本發(fā)明的可選實(shí)施例采用上述方法的大部分，但是省略遮蓋結(jié)構(gòu)的形成以及產(chǎn)生該遮蓋結(jié)構(gòu)所需要的相關(guān)過程。然而，在這些可選實(shí)施例中，廣泛地從島結(jié)構(gòu)的側(cè)面開始橫向過度生長成核，從而形成島結(jié)構(gòu)之間的橫向生長區(qū)。因此本發(fā)明的這些可選實(shí)
17施例產(chǎn)生了中間結(jié)構(gòu)，其包含具有位于應(yīng)變的橫向生長區(qū)之間的松弛的島結(jié)構(gòu)的上表面。 因此，中間結(jié)構(gòu)的上表面的實(shí)質(zhì)部分具有等于松弛的島的上部分的晶格參數(shù)的平面內(nèi)晶格參數(shù)。更詳細(xì)地，圖4A等同于圖1A，描述了中間結(jié)構(gòu)400，其示范了在基底襯底402上的 NL 404的形成，以及具有優(yōu)選的間隔d的核406的形成。圖4B等同于圖1B，描述了中間結(jié)構(gòu)410，其示范了 ^iGaN島結(jié)構(gòu)412的形成，該島結(jié)構(gòu)具有優(yōu)選的晶格特征，即具有減小的晶格應(yīng)變或應(yīng)變松弛的上表面414。圖4C示意性描述了中間結(jié)構(gòu)420，其示范了橫向生長的早期階段，其中橫向生長從島結(jié)構(gòu)412的側(cè)面442(及其等價物)開始廣泛地成核。更詳細(xì)地，用于產(chǎn)生基本上更橫向的生長的方法是本領(lǐng)域已知的，其與從島結(jié)構(gòu)的側(cè)面開始的縱向生長相反，如前文所述。 因此橫向生長區(qū)妨4源自側(cè)面442并隨著生長過程的繼續(xù)橫向地擴(kuò)展。如上文在某些實(shí)施例中所述，用于產(chǎn)生橫向生長區(qū)454的橫向生長材料能夠以與縱向生長模式相反的更橫向的模式生長，這種材料例如包括GaN和低銦含量hxGai_xN(例如 χ < 0. 05)。在某些實(shí)施例中，橫向生長區(qū)包括LxGiVxN,其銦含量小于x = 0. 11，或小于χ =0.08，或小于χ = 0.05。如上述實(shí)施例所述，橫向生長區(qū)可生長到小于或等于臨界厚度的厚度，這樣橫向生長區(qū)保持島結(jié)構(gòu)的晶格參數(shù)和應(yīng)變特征，其中橫向生長區(qū)從該島結(jié)構(gòu)開始成核。還應(yīng)注意，因?yàn)闄M向生長區(qū)廣泛地從島結(jié)構(gòu)412的側(cè)面424的表面開始成核，成核也將從區(qū)416開始，即應(yīng)變和缺陷的水平可能不理想的區(qū)。圖4D示意性描述了中間結(jié)構(gòu)430，其示范了在完成形成連續(xù)膜的接合的階段的橫向生長區(qū)的形成，其中連續(xù)膜包括島結(jié)構(gòu)412和橫向生長區(qū)454。因此中間結(jié)構(gòu)430的上表面414包括InGaN島412的松弛的上表面和橫向生長區(qū)454。由于橫向生長區(qū)從島結(jié)構(gòu) 412開始成核，并且厚度保持在臨界厚度或之下，橫向生長區(qū)將繼承島側(cè)面的晶格參數(shù)和應(yīng)變水平。因此中間結(jié)構(gòu)430包括樣板結(jié)構(gòu)，其非常適用于生長進(jìn)一步的高質(zhì)量松弛III-氮化物材料，例如InGaN。因此，圖4E示例性地描述了中間結(jié)構(gòu)440，其示范了從中間結(jié)構(gòu)430 的表面414開始的額外的縱向生長層472的生長。在上述實(shí)施例中，縱向生長層可生長到特定成分和厚度，如上文所述，并可通過上文所述的技術(shù)用于形成進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)或器件，或可被轉(zhuǎn)移用于制造襯底結(jié)構(gòu)的部分。現(xiàn)在描述多個示例以進(jìn)一步地描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)理解，在以下示例中，物理參數(shù)(例如時間、溫度等)只是為了描述的目的，而不作為限制。示例圖5描述了采用本發(fā)明的上述實(shí)施例，形成在基底襯底上的InGaN島結(jié)構(gòu)的實(shí)際示例的掃描電子顯微鏡(SEM)俯視圖，以及圖6A-6B描述了其透射電子顯微鏡(TEM)側(cè)視圖。在特定的島結(jié)構(gòu)612、612’和612”中(圖6A)，對應(yīng)于圖IB中的中間結(jié)構(gòu)110。圖5和圖6A-6B的島結(jié)構(gòu)通過以下方法產(chǎn)生。在沉積InGaN島結(jié)構(gòu)之前，用MOVPE 反應(yīng)器加熱藍(lán)寶石襯底到600-900°C之間的溫度，在某些實(shí)施例中，溫度保持在750°C，同時將氨引入反應(yīng)腔中3-5分鐘，從而使藍(lán)寶石表面氮化。隨后，MOVPE反應(yīng)器溫度被升高到 800°C到1000°C之間；在優(yōu)選的實(shí)施例中，在隔離的InGaN特征生長期間溫度保持在860°C。 生長期間的壓力范圍保持在200mbar到400mbar之間，在優(yōu)選的實(shí)施例中，壓力保持在300mbar。V族物種(V species)(例如氨)與III族物種(III species)(例如三甲基鎵、 三甲基銦)的比率被保持偏低以促進(jìn)3-D柱生長；所采用的V/III比率在500-2500之間， 優(yōu)選地為1000。圖5表明，島結(jié)構(gòu)或多或少是隨機(jī)放置的，具有最大約250nm間隔。該島結(jié)構(gòu)或其小組群是分開的且隔離的。圖5的島512描述了隔離的隨機(jī)分布的島結(jié)構(gòu)的示例，此外基底襯底502(在該示例中為藍(lán)寶石襯底)清晰可見，描述了島結(jié)構(gòu)之間的分界線。盡管大多數(shù)島結(jié)構(gòu)是各自分開和隔離的，少量的島結(jié)構(gòu)生長在一起形成了 2-3個柱/島的組群，例如組群505。圖6A描述了優(yōu)選的基底襯底602的另一示例的高分辨率透射電子顯微鏡 (HR-TEM)提供的截面圖，該基底襯底包括多個InGaN島結(jié)構(gòu)612、612，、612”和612”，，其如上文所述那樣產(chǎn)生。在該示例中，島狀特征612、612”和612”’相比于垂直尺寸具有更大的水平尺寸，并且可與圖IB的中間結(jié)構(gòu)110的島狀特征112和112”可比。此外，島狀特征 612’(圖4A)具有大約相等的水平和垂直尺寸，并且可與圖IB中的島狀特征112’可比。通常島結(jié)構(gòu)是空間分離的，其間隔非常適于后續(xù)的橫向生長過程。此外，在該示例中，島結(jié)構(gòu)具有大約相等的高度，約為30nm。某些特征具有近似矩形的橫截面，并可認(rèn)為更像柱狀。某些其他特征具有近似三角形的橫截面，并可認(rèn)為更像棱錐狀。其他特征具有一個或多個傾斜水平面，并可認(rèn)為是截棱錐或具有錐頂?shù)闹w。圖6B描述了又一高分辨率HR-TEM圖像，其描述了 InGaN島結(jié)構(gòu)的生長的初始階段。區(qū)域605對應(yīng)于基底襯底，在該示例中由藍(lán)寶石襯底構(gòu)成。該HR-TEM圖像清晰地顯示了藍(lán)寶石襯底良好排序的晶體結(jié)構(gòu)，如通過原子結(jié)構(gòu)的排序周期觀察到的那樣。然而， 基底藍(lán)寶石襯底之上的區(qū)域607，即在^GaN島生長的初始階段，晶體結(jié)構(gòu)的周期稍微混亂了，這是因?yàn)槔缛毕莸男纬?，例如不合適的位錯、因?yàn)榛滓r底和島結(jié)構(gòu)之間，即藍(lán)寶石和InGaN島結(jié)構(gòu)之間的晶格失配。上述稍微混亂WhGaN區(qū)域607被置于區(qū)域609，在這里又觀察到了良好排序的周期，指示回到了更加有序的晶格結(jié)構(gòu)。對區(qū)域609的進(jìn)一步的分析指出，InGaN材料由具有松弛的晶格參數(shù)的Inai8Giia82N構(gòu)成，標(biāo)志著區(qū)域609的InGaN材料適用于后續(xù)的橫向生長和連續(xù)的應(yīng)變松弛半導(dǎo)體膜的形成。圖6C描述了又一 HR-TEM圖像，其描述了通過與圖1A-1F中示意性描述的那些實(shí)施例相似的本發(fā)明的實(shí)施例產(chǎn)生的應(yīng)變松弛InGaN材料的基本連續(xù)層的形成?；滓r底 602清晰可見，如前述示例一樣，其包括藍(lán)寶石材料。在藍(lán)寶石基底襯底之上是應(yīng)變松弛 InGaN材料652的連續(xù)層，其通過從圖6A的InGaN島結(jié)構(gòu)612開始進(jìn)一步生長的方法產(chǎn)生。在該示例中，通過從島結(jié)構(gòu)開始的基本上各向同性的進(jìn)一步生長來產(chǎn)生該進(jìn)一步生長，以產(chǎn)生具有約850nm的厚度的連續(xù)層。與圖ID類似，應(yīng)變松弛InGaN層636的表面包括溝槽區(qū)634，其中初始島結(jié)構(gòu)的拓?fù)浔槐３郑瑢訌脑摮跏紞u結(jié)構(gòu)開始形成晶種。為了產(chǎn)生適用于進(jìn)一步處理的應(yīng)變松弛InGaN材料層，表面636可能需要平坦化，例如采用諸如化學(xué)機(jī)械拋光等方法。上文描述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例不限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)檫@些實(shí)施例僅描述了本發(fā)明的幾個方面。任何等價的實(shí)施例都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。事實(shí)上，除了這里顯示和描述的之外，本發(fā)明的各種修改，例如所描述的元件的替代的有用組合，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說從后面的描述來看是顯而易見的。這些修改也落入權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。在后面(并且在作為整體的本申請中)，標(biāo)題和圖例僅用于清晰和方便的目的。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括形成具有第一材料成分的多個隨機(jī)分布的島結(jié)構(gòu)，特別是通過外延生長在晶格失配的基底襯底上形成；從所述島結(jié)構(gòu)開始進(jìn)一步生長，所述進(jìn)一步生長的成分包括第二材料成分；以及進(jìn)行縱向生長以形成縱向生長層，所述縱向生長層的成分包括第三材料成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述隨機(jī)分布的島結(jié)構(gòu)包括應(yīng)變松弛區(qū)，以及其中進(jìn)一步生長基本上源自所述島結(jié)構(gòu)的應(yīng)變松弛部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述島結(jié)構(gòu)開始的所述進(jìn)一步生長形成橫向生長區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述橫向生長基本上源自所述島結(jié)構(gòu)的上表面， 或源自所述島結(jié)構(gòu)的側(cè)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述島結(jié)構(gòu)開始的所述進(jìn)一步生長形成各向同性生長區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中通過化學(xué)機(jī)械拋光過程對所述各向同性生長區(qū)或所述縱向生長層進(jìn)行平坦化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述基底襯底上形成遮蓋結(jié)構(gòu)，從而所述島結(jié)構(gòu)的上部分透過該遮蓋結(jié)構(gòu)而暴露。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述橫向生長區(qū)厚度保持在所述橫向生長區(qū)的臨界厚度或之下。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述橫向生長區(qū)接合以形成基本連續(xù)的橫向生長層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一材料成分、所述第二材料成分和所述第三材料成分包括hAahN，特別是其中所述第二材料成分包括GaN。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一材料成分和所述第三材料成分基本相寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述縱向生長層包括基本連續(xù)的應(yīng)變松弛層。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述遮蓋結(jié)構(gòu)是通過沉積一種或多種介電材料， 接著進(jìn)行后續(xù)的平坦化，特別是接著進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光方法或等離子體腐蝕方法而形成的，從而暴露所述島結(jié)構(gòu)的上部分。
14.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括在晶格失配基底襯底之上的多個隨機(jī)分布的島結(jié)構(gòu)； 多個進(jìn)一步生長區(qū)；以及縱向生長層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)，其中所述隨機(jī)分布的島結(jié)構(gòu)基本上是應(yīng)變松弛的。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括基本上覆蓋暴露的基底襯底的一種或多種介電遮蓋材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)，其中所述進(jìn)一步生長區(qū)包括橫向生長區(qū)，所述橫向生長區(qū)的厚度小于臨界厚度，以及其中所述橫向生長區(qū)形成基本連續(xù)的膜，該膜的厚度小于臨界厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)，其中所述縱向生長層包括應(yīng)變松弛的基本連續(xù)的 hxGai_xN層，其中銦成分大于χ = 0. 02。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種制造具有提高的特性的半導(dǎo)體材料、襯底和器件的方法和結(jié)構(gòu)。用于形成應(yīng)變減小的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和方法包括形成基本應(yīng)變松弛的多個島結(jié)構(gòu)，以及將這些島結(jié)構(gòu)用于后續(xù)的應(yīng)變松弛基本連續(xù)半導(dǎo)體材料層的進(jìn)一步生長。
文檔編號H01L21/205GK102308369SQ200980156217
公開日2012年1月4日 申請日期2009年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者C·阿雷納 申請人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術(shù)公司