專利名稱：寬帶隙半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及具有一個或多個ffl-V族晶體的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
ni-v族晶體由于它們具有寬帶隙而應(yīng)用于多種光學(xué)和電子應(yīng)用領(lǐng)域。 如，在某些光電器件中，m-v族晶體可以用來發(fā)射以其它方式難以獲得的 波長的光(如，藍光)。然而，難以生長m-v族晶體的外延層，或難以將這 種晶體生長至合適的尺寸以用于實際應(yīng)用。在特定類型的晶體(如硅)基 底上生長in-v族晶體的外延層也是困難的，因為m-v族晶體的晶格常數(shù)與 基底的晶格常數(shù)不匹配。特別地，在基底上生長具有不同晶格常數(shù)的一組 m-v族晶體通常導(dǎo)致在該組m-v族晶體中形成缺陷。如果所生長的ni-v族 晶體具有過多的缺陷，則該晶體的光電特性將受損失(如，發(fā)光效率減弱， 或電阻增加或減少很多)。

發(fā)明內(nèi)容
一個實施例為器件。該器件包括其上具有晶體支撐結(jié)構(gòu)的基底和m-v 族晶體。ni-v族晶體位于所述晶體支撐結(jié)構(gòu)中的一個的單個接觸區(qū)域上。 所述接觸區(qū)域的面積不大于所述ni-v族晶體的表面積的約百分之五十。
另一個器件實施例包括m-v族晶體。所述m-v族晶體除了從所述ni-v
族晶體中間地設(shè)置的缺陷區(qū)域之外，具有均勻的取向(orientation)。所述 缺陷區(qū)域占據(jù)小于所述III-V族晶體的整體的約百分之十。
另一個實施例為器件制造方法。該方法包括在基底上形成晶體支撐結(jié) 構(gòu)的步驟，其中所述晶體支撐結(jié)構(gòu)中的每一個具有預(yù)定的接觸區(qū)域。該方
法還包括在所述晶體支撐結(jié)構(gòu)中的一個的所述接觸區(qū)域上生長ni-v族晶 體的步驟，其中所述接觸區(qū)域的面積不大于生長的所述m-v族晶體的表面積的約百分之五十。


通過與附圖一起閱讀下文的詳細描述，能夠很好地理解本發(fā)明。各種 特征可能沒有按比例畫出，并且為了討論的清楚，可能隨意增加或減小尺 寸?，F(xiàn)在參照與附圖一起的下文描述，在附圖中
圖l表示在基底上形成晶體支撐結(jié)構(gòu)之后的示例性器件的橫截面視
圖2示出了在示例性器件的晶體支撐結(jié)構(gòu)的接觸區(qū)域上生長III-V族晶 體時的器件；
圖3示出了在示例性器件的m-v族晶體生長完成時的器件；
圖4示出了在與如圖3所示的制造階段相同的階段的器件的透視圖； 圖5示出了在形成合并的III-V族晶體層之后的示例性器件的橫截面視
圖6示出了在采用聚合物填充相鄰的一個III-V族晶體和晶體支撐結(jié)構(gòu) 之間的間隙之后的示例性器件的局部透明去除的透視圖7示出了在采用聚合物填充相鄰的一個III-V族晶體和晶體支撐結(jié)構(gòu) 之間的間隙之后的示例性器件的透視圖8示出了在形成連接至雙層III-V族晶體的導(dǎo)線之后的示例性器件的 詳細透視圖9示出了在采用粘和層進一步覆蓋其上具有晶體支撐結(jié)構(gòu)和III-V族 晶體的基底之后的示例性器件的橫截面視圖；以及
圖10示出了在III-V族晶體210連接到其上的情況下，粘和層從基底上 去除之后的示例性器件的橫截面視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明得益于這樣的認識，即III-V族晶體中的缺陷數(shù)量可以通過初始
化該晶體在微型尺寸或納米尺寸的晶體支撐結(jié)構(gòu)上的生長而降低。當晶體
生長延伸超過具有支撐結(jié)構(gòu)的接觸區(qū)域時，存在的問題是因為大量的該 晶體處于自由空間、空氣或其它/流體中，該晶體和支撐結(jié)構(gòu)之間的晶格失配降低。由于大量的晶體至多接觸非固體，則最終晶體中的缺陷的數(shù)量降 低。而且，缺陷可以位于晶體支撐結(jié)構(gòu)的接觸區(qū)域周圍附近。
在此釆用的術(shù)語m-v族晶體涉及這樣的晶體，該晶體實質(zhì)上為包含選
自元素周期表(用于組標號的IUPAC規(guī)則)的第13組(即，采用美國規(guī)則的 3A組)中的至少一種類型的原子和選自第15組(g卩，采用美國規(guī)則的5A組) 中的一種類型的原子的合金。在此釆用的術(shù)語III族氮化晶體(Ill-nitride crystal)涉及這樣的晶體，該晶體實質(zhì)上為包含選自第13組中的至少一種 類型的原子和氮原子的合金。示例性III-V族晶體包括基本上由二元合金 GaN、 A1N、 InN以及其它合金，如AlxGa^N、 InxGa,.xN、 InxAl^N和 AWnyGa,《.yN形成的晶體。III-V族晶體包括這樣的合金的晶體，所述合金 為本征或非本征摻雜的(intrinsically or extrinsically doped)，女口，如采用 導(dǎo)電轉(zhuǎn)換雜質(zhì)原子進行摻雜。
在此采用的術(shù)語晶體支撐結(jié)構(gòu)涉及在表面上的預(yù)定凸起結(jié)構(gòu)，其中該 結(jié)構(gòu)具有至少一個約lmm或更小、優(yōu)選小于約0.1mm的側(cè)向尺寸。晶體支
撐結(jié)構(gòu)可以為納米結(jié)構(gòu)(至少一個側(cè)向尺寸約為l微米或更小)或微觀結(jié)構(gòu) (至少一個側(cè)向尺寸約為1毫米或更小)。術(shù)語接觸區(qū)域涉及該納米結(jié)構(gòu)的直 接接觸III-V族晶體或III-V族晶體開始生長的區(qū)域。
本發(fā)明的一個實施例為制造設(shè)備的方法。圖1-10表示在選定的制造階 段的示例性器件的橫截面視圖和透視圖。在一些實施例中，器件100被構(gòu) 造為發(fā)光或光檢測器件或晶體管。
圖1表示在基底115上形成晶體支撐結(jié)構(gòu)110之后的器件100的橫截面 視圖。如圖所示，晶體支撐結(jié)構(gòu)110為在基底115的基部120上面的凸起結(jié) 構(gòu)。例如，該結(jié)構(gòu)可以具有基本上垂直于基底115表面的側(cè)壁。
在一起情況中，晶體支撐結(jié)構(gòu)110由基底115形成。如，可以采用傳統(tǒng) 的工藝對由基底(如，硅、藍寶石)組成的基底115進行圖案化(如光刻)和刻 蝕(如反應(yīng)離子刻蝕)或微機械加工。晶體支撐結(jié)構(gòu)110和基底115都可以由 晶體硅制成。由于硅的成本低并且能夠采用大量商業(yè)上可用的工藝對硅進 行圖案化或機械加工，因此希望采用硅。在一些情況中，也希望晶體支撐 結(jié)構(gòu)IIO、基底115或二者都由導(dǎo)電材料(如硅或非本征摻雜硅)制成。
如圖所示，晶體支撐結(jié)構(gòu)110可以被構(gòu)造為柱體。雖然可以采用其它形狀(如，圓錐體、立方體、棱柱、棱椎等)，所述柱體可以形成為圓柱體。
在一些情況中，晶體支撐結(jié)構(gòu)iio被構(gòu)造為封閉晶胞(如六角形晶胞)。晶 體支撐結(jié)構(gòu)iio可以被構(gòu)造為可以與其它封閉晶胞互連的或者自立的
(free-standing)封閉晶胞。六角形的封閉晶胞有時是優(yōu)選的，因為這種結(jié) 構(gòu)比諸如圓形晶胞更容易制造，并且因為這種結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是機械穩(wěn)定的， 并能夠?qū)C械應(yīng)力分配到整個結(jié)構(gòu)上。制造柱形和封閉晶胞形的、被構(gòu)造 為能夠用作晶體支撐結(jié)構(gòu)110的各種類型的微觀結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)的晶體支 撐結(jié)構(gòu)110的示例性結(jié)構(gòu)和方法也在Kroupenkine于2004年4月30日遞交的 美國專利申請系列號10/835，639和Kroupenkin于2006年7月28日遞交的美 國專利申請系列號11/460,901中公開了，在此以參考的方式將其全部內(nèi)容 結(jié)合進來。
多個柱形或封閉晶胞形晶體支撐結(jié)構(gòu)110可以在基底115上形成微觀 結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)表面125。表面125上的晶體支撐結(jié)構(gòu)110可以彼此均勻地 或變化地分開。在一些情況中，相鄰柱形晶體支撐結(jié)構(gòu)iio之間的橫向間 距127比所生長的m-V族晶體的橫向厚度(如圖3中的厚度310)大。這有利于 保持彼此分開的生長晶體的形成。在其它情況中，相鄰柱形晶體支撐結(jié)構(gòu) 110之間的橫向間距127比該厚度小，以利于形成在相鄰的柱形晶體支撐結(jié) 構(gòu)110上的晶體的結(jié)合。
有時希望在基底115上具有一組或多組130晶體支撐結(jié)構(gòu)110。例如， 被構(gòu)造為柱體或互連封閉晶胞的約10至100個晶體支撐結(jié)構(gòu)110到與它們 的組130的相鄰的部件比到不同組132中的其它晶體支撐結(jié)構(gòu)110更密集。 這樣的結(jié)構(gòu)可以有利于更大的晶體(例如，接觸中組130中的多個晶體支 撐結(jié)構(gòu)IIO的薄膜III-V族晶體)的形成。
進一步如圖l所示，每個晶體支撐結(jié)構(gòu)110具有預(yù)定的接觸區(qū)域140。 接觸區(qū)域140為晶體支撐結(jié)構(gòu)110的暴露部分。有時希望在每個晶體支撐結(jié) 構(gòu)110上具有單個接觸區(qū)域140，因為這促進具有最少缺陷的單晶的生長。 在晶體支撐結(jié)構(gòu)110上形成多個晶體(如，通過在每個結(jié)構(gòu)上具有多個接觸 區(qū)域140而形成)可能導(dǎo)致多個缺陷位置在晶體彼此彼此接觸的點處形成，
且會限制單個晶體的尺寸。
在一些情況中，接觸區(qū)域140位于晶體支撐結(jié)構(gòu)110的上表面145上，并可以包括該結(jié)構(gòu)110的整個上表面145。在上表面145上具有接觸區(qū)域140 有利于在單個或多組130晶體支撐結(jié)構(gòu)110上形成大的晶體。當目標是形成 都在同一平面(如與其上形成結(jié)構(gòu)110的基底115相同的平面上)的晶體陣 列時，在上表面145上具有接觸區(qū)域140也是有利的。然而，在其它情況中， 接觸區(qū)域140可以位于晶體支撐結(jié)構(gòu)110的側(cè)壁150上。使接觸區(qū)域140位于 側(cè)壁150上能夠有利于形成橋接相鄰的晶體支撐結(jié)構(gòu)110的晶體。
由于這有助于最小化缺陷在晶體中的擴展，有利的是，預(yù)定的接觸區(qū) 域140與所希望的生長晶體的最終尺寸相比較小。通過在具有小的橫向尺 寸160的晶體支撐結(jié)構(gòu)110的上表面145上形成接觸區(qū)域140，易于形成小的 接觸區(qū)域140。如，當晶體支撐結(jié)構(gòu)110被構(gòu)造為柱體時，至少一個約lmm 或更小的尺寸可以為對應(yīng)于柱體直徑的橫向尺寸160。
仔細地設(shè)計直徑160，以平衡幾個因素。希望直徑160較小，以通過最 小化接觸區(qū)域140的尺寸而最小化晶體缺陷。然而，該直徑必須足夠大， 以為晶體提供機械支撐和穩(wěn)定性。在一些情況中，直徑160必須足夠大， 以允許通過晶體支撐結(jié)構(gòu)110導(dǎo)電。在一些優(yōu)選實施例中，柱形晶體支撐 結(jié)構(gòu)110具有約100至300納米范圍之間的直徑160。
在一些情況中，希望結(jié)構(gòu)110的高度165至少是所生長的III-V族晶體的 垂直厚度(如，下圖3中所展示的厚度312)的大約2倍，使得生長晶體不觸及 底部120或其上的任何晶體沉積材料，且因此在晶體中形成缺陷。在一些 優(yōu)選實施例中，高度165在約2至10微米的范圍內(nèi)。
希望構(gòu)造接觸區(qū)域140，以有利于外延m-V族晶體的播種(seeding) 和生長。在一些情況中，接觸區(qū)域140具有與將在其上生長的III-V族晶體 中的原子的晶格形狀大致類似的原子的晶格形狀。為接觸區(qū)域140選擇對 應(yīng)于晶體的晶格形狀的晶格形狀，有助于促進具有最少缺陷的晶體的外延 生長。在一些優(yōu)選實施例中，接觸區(qū)域140和所述III-V族晶體210的晶格都 基本上為六角形的。如，當晶體具有六角形晶體結(jié)構(gòu)(如，像GaN或InN— 樣的m族氮化晶體)時，則晶體支撐結(jié)構(gòu)110可以由具有(111)取向的硅晶片 或在基底115上的硅層形成。在這樣的例子中，位于結(jié)構(gòu)110的上表面145 上的接觸區(qū)域140將具有六角形的原子晶格結(jié)構(gòu)。類似地，當該晶體具有 立方晶體結(jié)構(gòu)(如GaAs或InP)時，則可以通過垂直刻蝕具有(100)取向的硅晶片基底(siliconwafer-substrate)而形成晶體支撐結(jié)構(gòu)l 10。在這樣的例 子中，結(jié)構(gòu)110的上表面145上的接觸區(qū)域140將具有立方的原子晶格結(jié)構(gòu)。
不需要每個晶體支撐結(jié)構(gòu)110具有相同的形狀或尺寸。也不需要晶體 支撐結(jié)構(gòu)110之間的間距彼此相同，或所述結(jié)構(gòu)都被互連或都是自立的。 然而，為了便于制造，這種單一的結(jié)構(gòu)有時是優(yōu)選的。
圖2示出了在接觸區(qū)域140上生長m-V族晶體210的器件100。在一些情
況中，希望m-v族晶體2io由m族氮化物組成，因為m族氮化物通常具有
大的帶隙。并且，由這樣的合金形成的晶體210有利于橫向生長，以形成
如六角形板。
晶體210的直接形成在接觸區(qū)域140上的初始部分稱為缺陷區(qū)域215。 在此采用的術(shù)語缺陷區(qū)域215被限定為晶體210的部分，所述部分具有大致 提高的諸如位錯(dislocations)或錯誤傾斜(disinclination)的晶格缺陷的 密集度。通常，希望在缺陷區(qū)域215中的各種類型的晶格缺陷的密集度(如 線程缺陷(threadingdefects)的密集度)比在同一晶體210的其它區(qū)域中密集 度至少大了約10倍或更多倍，或者甚至大了約100倍或更多倍。由于晶體 210可以從缺陷區(qū)域215 (除了接觸區(qū)域)在所有的方向上向外生長，缺陷區(qū) 域215通常位于晶體210的中間。即，缺陷區(qū)域215位于該晶體的遠離晶體 210的一個或多個側(cè)邊217的中間部分216中。
缺陷區(qū)域215通常靠近接觸區(qū)域140。通過檢查所生長的m-v族晶體 210的透射電子顯微鏡(TEM)的平面圖或橫截面視圖，可以識別缺陷區(qū)域 215，并大致量化它的整個體積。例如，在m族氮化物晶體210(如，InN或 GaN)中，缺陷區(qū)域215可以包括在晶體的六角形中的一個或多個線程缺陷 220，該線程缺陷在接觸區(qū)域140上垂直突出，而不是側(cè)向突出。III-V族晶 體中的這樣的線程缺陷的例子在FA. Ponce和D.P. Pour于1997在Nature第 386期第351至359頁中提出，在此以參考的方式將其全部內(nèi)容結(jié)合進來。 在器件100的一些實施例中，缺陷區(qū)域215占據(jù)比III-V族晶體210的整個體 積的約百分之十小的區(qū)域。在一些情況中，線程缺陷220以及缺陷區(qū)域215 自始至終不會擴展至該晶體的其它側(cè)邊222(如，與靠近接觸區(qū)域140的側(cè)邊 相對的側(cè)邊)。在其它情況中，晶體210的靠近側(cè)邊222的線程缺陷220密度 低于晶體210的靠近接觸區(qū)域140的線程缺陷220密度。在器件100的一些優(yōu)選實施例中，除了靠近接觸區(qū)域140的缺陷區(qū)域
215， ni-V族晶體210具有低的缺陷密度。在此采用的術(shù)語"低的缺陷密度" 被定義為線程缺陷220密度小于1乂1080111-2。缺陷區(qū)域215通常具有大于1X K)Scm々的線程缺陷220密度。在一些實施例中，缺陷區(qū)域215中的線程缺陷 220密度比晶體210中其它地方中的線程缺陷220密i約大10倍，且在一些 情況中為100倍。如，在一些實施例中，缺陷區(qū)域215中的線程缺陷220密 度約為lXl()Scm々或更大，而在缺陷區(qū)域215外部的in-V族晶體210的線程缺 陷密度小于約lX10、m'2，且更優(yōu)選地，小于約lXl(^cm'2。
通過調(diào)節(jié)暴露接觸區(qū)域140的III族原子225和V族原子230的相對量，可 以進一步控制晶體210的垂直和橫向生長的相對速率。生長ni-V族晶體210
的步驟可以包括以促使m-v族晶體2io的橫向生長比垂直生長快的比率將
接觸區(qū)域140暴露至III族原子225和V族原子230。如，當生長如GaN或InN 之類的m族氮化物時，以大于約l: l(如，ni組原子225: V組原子230)的 比率將接觸區(qū)域140暴露至III族原子225和V族原子230，促使橫向生長比垂 直生長快。通過如將該比率變?yōu)樾∮诩sl: 1，可以類似地調(diào)節(jié)該比率，以 促使晶體的垂直生長比橫向生長快。
在一些優(yōu)選實施例中，通過采用分子束外延(MBE)工藝，可以便于
m-v族晶體2io的外延生長。如，考慮當m族氮化物晶體2io生長在硅晶體
支撐結(jié)構(gòu)110上的情況。MBE工藝可以包括采用N2原料氣(約0.1至1 sccm) 和約250至400瓦的等離子體功率的射頻等離子體。不同的原料氣可以用來 產(chǎn)生除氮之外的V族原子。MBE工藝還可以包括金屬源(如，瀉流室)，其 溫度(如，對于Ga約為900至1050。C，對于In約為700至850。C，對于A1約為 1050至1250。C)被調(diào)節(jié)到允許不同的m族原子225流動的范圍。通過改變原 料氣的流速、金屬源的溫度或二者，可以調(diào)節(jié)呈現(xiàn)給接觸區(qū)域140的III族 原子225和V族原子230的相對量。
MBE工藝還可以包括調(diào)節(jié)基底115或整個器件100的溫度，以便于外延 晶體210的形成。重要的是，基底115的溫度不要高到從接觸區(qū)域140蒸發(fā)I11 族原子225。同樣重要的是，基底115的溫度不要低到促進III族原子225的 金屬滴沉積。合適的基底115溫度取決于被采用的III族原子225。如，對于 In、Ga和Al，基底115的溫度優(yōu)選范圍分別地約35O至500。C、約650至8OO。C、以及約700至900。C。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，調(diào)節(jié)MBE工藝以便于形成III族原子和V族 原子的特定條件。本領(lǐng)域技術(shù)人員也會明白，除了MBE，還可以采用如氣 相外延方法等技術(shù)。
ni-V族晶體210可以包括多層。例如，在形成所希望的橫向厚度的晶 體之后，可以調(diào)節(jié)MBE工藝，以促進晶體210的垂直生長。而且，可以改 變原料氣或金屬源，以形成具有不同成分的III-V族晶體層。如，如圖2所 示，III-V族晶體可以具有由硅摻雜GaN組成的n型III-V層240和由Mg摻雜 的GaN組成的p型III-V層245。多層m-V晶體的成分的其它例子在Ng于2006 年7月10日遞交的美國專利申請No. 11/456，428中公開了，在此以參考的方 式將其全部內(nèi)容結(jié)合進來。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，可以調(diào)節(jié)III-V族晶 體210的成分，以提供具有希望的帶隙的晶體，并由此提供對合適的光波 長的靈敏性。
圖3示出了在完成晶體210的生長時的器件100。圖4示出與圖3所示的 相同的階段時的器件100的透視圖；圖3中的橫截面視圖對應(yīng)于圖4中的線 3-3視圖。
在一些情況中，晶體210的生長被停止，使得各個III-V族晶體210分離 地形成在各個晶體支撐結(jié)構(gòu)110上。在這樣的情況中，相鄰的各個晶體支 撐結(jié)構(gòu)110之間的橫向間距127大于所生長的III-V族晶體210的橫向厚度 310。在晶體的形狀近似于圓板(例如，諸如形成某種III族氮化物晶體中的 六角形板)的形狀的情況中，則晶體的橫向厚度310對應(yīng)于晶體210的直徑。 如，在一些情況中，柱形晶體支撐結(jié)構(gòu)110的直徑160約為所生長的III-V族 晶體210的平均橫向厚度310(如直徑)的百分之十或更小。在一些情況中，
與位于各個晶體支撐結(jié)構(gòu)iio上的各個m-v族晶體2io相比較，每個柱形晶
體支撐結(jié)構(gòu)110都具有約為橫向厚度310的百分之十或更小的直徑160。在 一些實施例中，分離的晶體210 (如GaN或InN)具有約從l至50微米的橫向 厚度310，和約從1至20微米的垂直厚度312。
從上文可以注意到，通過將晶體210構(gòu)造為僅接觸一個固體表面(接 觸區(qū)域140)同時大量晶體接觸空氣(或其它任何圍繞該晶體的氣體或液體 介質(zhì))，晶體210中的缺陷的擴展則可以被最小化和局限化(localized)。優(yōu)選的是，接觸區(qū)域140的面積基本上小于生長晶體210的表面積320。在 一些優(yōu)選的實施例中，接觸區(qū)域140的面積325不大于所生長的III-V族晶體 210(如，由生長工藝產(chǎn)生的最終晶體)的表面積320的約百分之五十。在此 采用的術(shù)語表面積320涉及所生長的III-V族晶體210的側(cè)面330接觸接觸區(qū) 域140的整個表面積。在器件100的一些優(yōu)選實施例中，接觸區(qū)域140的面 積325不大于所生長的III-V族晶體210的表面積320的約百分之五十，更優(yōu) 選不大于約百分之十，和甚至更優(yōu)選地，不大于約百分之一。
在器件100的一些實施例中，晶體210的生長(圖3-4)被擴展，直至形成 層。如，圖5示出了在擴展暴露到III族原子225和V族原子230 (圖2)、直到 生長在晶體支撐結(jié)構(gòu)110上的多個(如，至少兩個)III-V族晶體210熔合形成
連續(xù)的合并ni-v族晶體層5io之后的器件ioo的橫截面視圖。例如，所述暴 露可以包括擴展促進ni-v族晶體2io的橫向生長比垂直生長快、直到形成
層510的條件。
如圖5所述，合并層510可以接觸多個接觸區(qū)域140，每個接觸區(qū)域140 位于不同的晶體支撐結(jié)構(gòu)110上。在一些實施例中，可以有多個缺陷區(qū)域 215，每個缺陷區(qū)域在熔合之前在各個晶體210(圖2-4)接觸的晶體支撐結(jié)構(gòu) 110的接觸區(qū)域140上面離析(emanating)，以形成合并層510。在一些情 況中，在分離的晶體合并的位置處可以具有其它缺陷515。
在一些情況中，合并層510可以直接用作器件100的發(fā)光部件或光檢測 部件。位于晶體支撐結(jié)構(gòu)110之間的層510的非缺陷區(qū)域520可以被進一步 處理，以形成如光發(fā)射、光檢測或晶體管器件。在其它情況中，如圖5所 示，合并層510用來播種其上的較厚的m-V族晶體薄膜530的生長。即，合 并層510用作播種層，以在其上生長III-V族晶體薄膜530。采用合并層510 作為播種層促進具有比合并層510中的缺陷少的缺陷的更大的外延III-V族 薄膜520的形成。如，在一些情況中，III-V族晶體薄膜520具有至少約為1000 微米、且更優(yōu)選地至少約為10000微米的橫向厚度535，以及至少約為IOO 微米、且優(yōu)選大于或等于約250微米的垂直厚度540。
在器件100的一些實施例中，晶體支撐結(jié)構(gòu)110保持為器4牛100的組成 部分。如，導(dǎo)電晶體支撐結(jié)構(gòu)100可以被構(gòu)造，以提供至III-V族晶體210的 電連接。如圖6和7所示，晶體支撐結(jié)構(gòu)100還可以在該器件的其它制造步驟期間用來將多個m-V族晶體210保持在公共平面610上。
圖6示出了器件100的類似于圖4所描繪的視圖的局部透明去除透視 圖。圖7示出了類似的非透明立體圖。在圖6和7中示出了在采用聚合物620 填充相鄰的III-V族晶體210和晶體支撐結(jié)構(gòu)110之間的間隙615之后的器件 100。如，流體預(yù)聚物可以被注入間隙615中。在一些情況中，聚合物620 是電絕緣的，以有利于導(dǎo)電晶體支撐結(jié)構(gòu)110之間的電隔離。示例性的聚 合物620包括聚酰胺和旋涂玻璃。在一些情況中，如圖6所示，聚合物620 可以被構(gòu)造，以覆蓋晶體支撐結(jié)構(gòu)110，但不覆蓋ni-V族晶體210。聚合物 620可以幫助阻止III-V族晶體210由于如器件100的移動而導(dǎo)致的不希望的 移動。
進一步如圖6和7所示，聚合物620還可以提供支撐連接至III-V族晶體 210的導(dǎo)電線640的表面630。圖8示出在形成連接至包括如n形ni-V族層240 和p型III-V族層245的雙層in-V族晶體210的導(dǎo)線640之后的器件的詳細透 視圖。在器件100的一些實施例中，分離的III-V族晶體210連接至單獨可尋 址的導(dǎo)電線640。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白如何將導(dǎo)電材料沉積在表面630 上，并且隨后進行圖案化，以形成導(dǎo)線640。在一些情況中，希望采用對 可見光(如，銦錫氧化物)或紅外線(多晶硅)透明的導(dǎo)線640。
在器件100的其它實施例中，晶體支撐結(jié)構(gòu)110被去除，且因此這些結(jié) 構(gòu)110和基底115不是器件的組成部分。在這樣的實施例中，采取其它步驟 將III-V族晶體210從晶體支撐結(jié)構(gòu)110上去除。
圖9示出了類似于圖3所描繪的器件100在采用粘和層910進一步覆蓋 基底115、使晶體支撐結(jié)構(gòu)110和m-V族晶體210形成在其上之后的橫截面 視圖。如，在圖3所描述的制造階段的器件100可以由粘和層910覆蓋。ni-v 族晶體210的上表面222粘附至粘和層910。在一些情況中，粘和層910為彈 性聚合物，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
圖10示出了在III-V族晶體210連接到其上的粘和層910從基底115上去 除之后的器件100的橫截面視圖。晶體支撐結(jié)構(gòu)110(圖9)和III-V族晶體210 之間的接觸斷裂。因此，in-V族晶體21.0的以前靠近支撐結(jié)構(gòu)110(圖9)的接 觸區(qū)域140的中間缺陷區(qū)域215現(xiàn)在遠離面對粘和層910。在一些例子中，
部分晶體支撐結(jié)構(gòu)iio可能保持連接到m-v族晶體210。在這樣的例子中，可以通過將包括晶體支撐結(jié)構(gòu)110(圖9)的器件100暴露至腐蝕劑而去除晶
體支撐結(jié)構(gòu)110(圖9)的仍然連接的部分。如，由硅制成的晶體支撐結(jié)構(gòu)IIO
可以暴露至具有氫氟酸、硝酸或它們的混合物的腐蝕劑。
隨后，粘附到粘和層910上的III-V族晶體210可以連接至類似于上述在 圖5和6的內(nèi)容中所討論的導(dǎo)線，以形成彈性的發(fā)光、光檢測或晶體管器件 100。
雖然已經(jīng)詳細描述了各實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不背離 本發(fā)明的范圍的前提下，在此可以進行各種變化、替換和改變。
權(quán)利要求
1.一種器件，包括基底，其上具有晶體支撐結(jié)構(gòu)；和III-V族晶體，位于所述晶體支撐結(jié)構(gòu)中的一個的單個接觸區(qū)域上，其中，所述接觸區(qū)域的面積不大于所述III-V族晶體的表面積的約百分之五十。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述晶體支撐結(jié)構(gòu)中的柱形結(jié)構(gòu)具有約為位于所述晶體支撐結(jié)構(gòu)的所述柱形結(jié)構(gòu)上的所述m-v族晶體的各個晶體的橫向厚度的百分之十或更小的直徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的器件，其中，所述m-v族晶體是接觸多個所述接觸區(qū)域的合并層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的器件，其中，所述器件被構(gòu)造為以作為發(fā)光器件、光檢測器件或晶體管器件而運行。
5. —種器件，包括ni-v族晶體，所述m-v族晶體除了在中間地位于所述in-v族晶體中的 缺陷區(qū)域之外，具有均勻的取向，其中，所述缺陷區(qū)域的面積占據(jù)小于所 述m-v族晶體的整體的約百分之十。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的器件，其中，所述缺陷區(qū)域的缺陷密度約為IX 10Scm々或更大，且所述缺陷區(qū)域外的所述III-V族晶體的缺陷密度約小 于1X107 cm々。
7. —種器件制造方法，包括如下步驟在基底上形成晶體支撐結(jié)構(gòu)的步驟，其中，所述晶體支撐結(jié)構(gòu)中的每 一個具有預(yù)定的接觸區(qū)域；以及在所述晶體支撐結(jié)構(gòu)中的一個的所述接觸區(qū)域上生長m-v族晶體的 步驟，其中，所述接觸區(qū)域的面積不大于所述生長的m-v族晶體的表面積 的約百分之五十。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，形成所述晶體支撐結(jié)構(gòu)的步驟包括圖案化和刻蝕所述基底，使得所述晶體支撐結(jié)構(gòu)中的每一個都具有約為lmm或更小的至少一個橫向尺寸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述m-v族晶體的所述生長的 步驟包括以促進所述m-v族晶體的橫向生長比所述in-v族晶體的垂直生 長更快的速率，將所述接觸區(qū)域暴露至m族原子和v族原子。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括如下步驟擴展所述暴露，直到生長在所述晶體支撐結(jié)構(gòu)上的多個所述m-v族晶體熔合以形成合并的 in-v族層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種寬帶隙半導(dǎo)體器件。器件(100)包括其上具有晶體支撐結(jié)構(gòu)(110)的基底(115)和III-V族晶體(210)。III-V族晶體位于所述晶體支撐結(jié)構(gòu)中之一的單個接觸區(qū)域(140)上。所述接觸區(qū)域的面積不大于所述III-V族晶體的表面積(320)的約百分之五十。
文檔編號H01L21/20GK101622689SQ200880005514
公開日2010年1月6日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月19日
發(fā)明者布里杰什·維亞斯, 羅伯特·尤金·弗拉姆, 霍克·額 申請人:朗訊科技公司