掺杂铋的半绝缘第iii族氮化物晶片和其制造方法
【专利说明】掺杂铋的半绝缘第111族氮化物晶片和其制造方法
[0001] 相关申请案的夺叉参考
[0002] 本申请案主张由桥本忠朗（TadaoHashimoto)、艾德华?里特斯（EdwardLetts) 和锡拉?霍夫（SierraHoff)于2012年8月24日申请的标题为"掺杂铋的半绝缘第III 族氮化物晶片和其制造方法（BISMUTH-DOPEDSEMI-INSULATINGGROUPIIINITRIDEWAFER ANDITSPRODUCTIONMETHOD) " 且代理案号为SIXP0I-013USPRV1 的第 61/693, 122 号美国 临时专利申请案的优先权，所述申请案的全文以引用方式并入本文中，就如同在下文中完 全阐述一般。
[0003] 本申请案与以下美国专利申请案有关：
[0004] 由藤户健司（KenjiFujito)、桥本忠朗和中村修二（ShujiNakamura)于2005 年7月8日申请的标题为"使用高压釜在超临界氨中生长第III族氮化物晶体的方法 (METHODFORGROWINGGROUPIII-NITRIDECRYSTALSINSUPERCRITICALAMMONIAUSING ANAUTOCLAVE) "且代理案号为30794. 0129-W0-01 (2005-339-1)的PCT实用新型专利申请 案第US2005/024239 号；
[0005] 由桥本忠朗、齐藤真（MakotoSaito)和中村修二于2007年4月6日申请的 标题为"在超临界氨中生长大表面积氮化镓晶体的方法和大表面积氮化镓晶体（METHOD FORGROWINGLARGESURFACEAREAGALLIUMNITRIDECRYSTALSINSUPERCRITICAL AMMONIAANDLARGESURFACEAREAGALLIUMNITRIDECRYSTALS)" 且代理案号为 30794. 179-US-U1 (2006-204)的美国实用新型专利申请案第11/784,339号，所述申请 案根据35U.S.C.第119条第（e)项主张由桥本忠朗、齐藤真和中村修二于2006年4 月7日申请的标题为"在超临界氨中生长大表面积氮化镓晶体的方法和大表面积氮化 镓晶体（METHODFORGROWINGLARGESURFACEAREAGALLIUMNITRIDECRYSTALSIN SUPERCRITICALAMMONIAANDLARGESURFACEAREAGALLIUMNITRIDECRYSTALS) " 且代理 案号为30794. 179-US-P1 (2006-204)的第60/790, 310号美国临时专利申请案的权益； [0006] 由桥本忠朗和中村修二于2007年9月19日申请的标题为"氮化镓块晶和其生 长方法（GALLIUMNITRIDEBULKCRYSTALSANDTHEIRGROWTHMETHOD)" 且代理案号为 30794. 244-US-P1 (2007-809-1)的美国实用新型专利申请案第60/973, 662号；
[0007] 由桥本忠朗于2007年10月25日申请的标题为"在超临界氨与氮的混合物中 生长第III族氮化物晶体的方法，和通过所述方法生长的第III族氮化物晶体（METHOD FORGROWINGGROUPIII-NITRIDECRYSTALSINAMIXTUREOFSUPERCRITICALAMMONIA ANDNITROGEN，ANDGROUPIII-NITRIDECRYSTALSGROWNTHEREBY)" 且代理案号为 30794. 253-US-U1 (2007-774-2)的美国实用新型专利申请案第11/977,661号；
[0008] 由桥本忠朗、艾德华?里特斯和碇真宪（MasanoriIkari)于2008年2月25 日申请的标题为"制造第III族氮化物晶片的方法和第III族氮化物晶片（METHODFOR PRODUCINGGROUPIII-NITRIDEWAFERSANDGROUPIII-NITRIDEWAFERS)" 且代理案号为 62158-30002. 00的美国实用新型专利申请案第61/067, 117号；
[0009] 由艾德华?里特斯、桥本忠朗和碇真宪（MasanoriIkari)于2008年6月4日申 请的标题为"通过氨热生长从初始第III族氮化物晶种制造高结晶度第III族氮化物晶体 的方法（METHODSFORPRODUCING頂PROVEDCRYSTALLINITYGROUPIII-NITRIDECRYSTALS FROMINITIALGROUPIII-NITRIDESEEDBYAMMONOTHERMALGROWTH)" 且代理案号为 62158-30004. 00的美国实用新型专利申请案第61/058, 900号；
[0010] 由桥本忠朗、艾德华?里特斯和碇真宪于2008年6月4日申请的标题为"用于生 长第III族氮化物晶体的高压容器和使用高压容器生长第III族氮化物晶体的方法和第III族氮化物晶体（HIGH-PRESSUREVESSELFORGROWINGGROUPIIINITRIDECRYSTALS ANDMETHODOFGROWINGGROUPIIINITRIDECRYSTALSUSINGHIGH-PRESSUREVESSELAND GROUPIIINITRIDECRYSTAL)"且代理案号为62158-30005. 00的美国实用新型专利申请案 第 61/058, 910 号；
[0011] 由桥本忠朗、碇真宪和艾德华?里特斯于2008年6月12日申请的标题为"用 于测试第III族氮化物晶片的方法和具有测试数据的第III族氮化物晶片（METHODFOR TESTINGIII-NITRIDEWAFERSANDIII-NITRIDEWAFERSWITHTESTDATA)"且代理案号为 62158-30006. 00的美国实用新型专利申请案第61/131，917号；
[0012] 这些申请案的全文以引用方式并入本文中，就如同在下文中完全阐述一般。
技术领域
[0013] 本发明关于一种用于各种装置（包括电子装置，例如晶体管）的半导体晶片。更 明确地，本发明关于一种由第III族氮化物组成的复合半导体晶片。
【背景技术】
[0014](注意：本专利申请案参考如通过括号内的数字（例如[X])所指示的若干公开案 和专利案。这些公开案和专利案的列表可见于标题为"参考文献"的部分中。）
[0015] 氮化镓（GaN)和其相关第III族氮化物合金是各种电子装置（例如微波功率晶体 管和日盲式光检测器）的重要材料。然而，这些装置中的大多数外延生长于异质衬底（或 晶片）（例如蓝宝石和碳化硅）上，因为GaN晶片与这些异质外延衬底相比极为昂贵。第 III族氮化物的异质外延生长导致高度缺陷或甚至破裂的薄膜，从而阻碍获得高端电子装 置，例如高功率微波晶体管。
[0016] 为解决所有因异质外延而引起的基本问题，必须使用自块状第III族氮化物晶锭 切割的第III族氮化物晶片。对于大多数装置而言，GaN晶片是有利的，因为相对容易控制 所述晶片的传导性并且GaN晶片将提供与装置层的最小晶格/热失配。然而，由于高熔点 和在高温下的高氮蒸气压，因此难以生长GaN晶锭。目前，大多数市售GaN晶片由称为氢化 物气相外延法（HVPE)的方法制得。HVPE是气相法，其难以将位错密度减小到小于105cm_2。
[0017] 为获得位错和/或晶界密度小于105cnT2的高质量GaN晶片，已开发称为氨热生长 的新型方法[1-6]。最近，可通过氨热生长获得位错和/或晶界密度小于10 5cnT2的高质量 GaN晶片。然而，通过所述氨热法生长的GaN晶锭通常显示n型传导性，此不利于高电子迀 移率晶体管（HEMT)。由于高频率操作，传导性衬底导致所述衬底中的高度电容损失。为提 高晶体管的性能，对半绝缘晶片存在极大需求。
【发明内容】
[0018] 本发明揭示一种掺杂铋（Bi)的半绝缘晶片GaxAlyIni_x_yN(0彡x彡1， 0彡x+y彡1)。所述半绝缘晶片具有104ohm-cm或更大的电阻率。虽然很难获得第III族 氮化物的单晶锭，但氨热法可生长位错/晶界密度小于105cnT2的第III族氮化物的高定向 多晶徒。
【附图说明】
[0019] 现在参照图式，其中相同的参考数字在全文中代表相应的部件：
[0020] 图1为制造掺杂Bi的半绝缘第III族氮化物晶片的典型工艺流程。
[0021] 图2为掺杂Bi的GaN块晶的照片。
[0022] 在所述图中，每一数字代表以下：
[0023] 1 ?掺杂Bi的GaN块晶
【具体实施方式】
[0024] 摄述
[0025] 本发明半绝缘衬底提供适用于制造基于GaN的高频率晶体管（例如高电子迀移率 晶体管（HEMT))的特性。由于缺少第III族氮化物的单晶衬底，因此已在所谓的异质外延 衬底（例如蓝宝石、娃和碳化娃）上制造基于GaN的高频率晶体管。由于所述异质外延衬 底在化学和物理性质上与第III族氮化物不同，因此所述装置包含在所述异质外延衬底与 装置层之间的界面处产生的高位错密度（1〇 8~10 1(lCnT2)。此类位错使装置的性能和可靠 性劣化，因此已开发由单晶第III族氮化物（例如GaN和A1N)组成的衬底。目前，大多数 市售GaN衬底是使用氢化物气压外延法（HVPE)制得，所述工艺难以将位错密度减小到低于 105cnT2。虽然HVPE-GaN衬底的位错密度比异质外延衬底上的GaN薄膜低几个数量级，但所 述位错密度仍比电子学中的典型硅装置高几个数量级。为实现更高装置性能，需要更低位 错密度。为获得低于10 5cnT2的位错密度，迄今为止已开发利用超临界氨的氨热生长法。目 前，所述氨热法可制造位错密度小于10 5cnT2的GaN晶片。然而，所述氨热生长通常产生具 有高含量电子的晶体，因此衬底为n型或n+型。为将低缺陷氨热晶片用于晶体管应用，需 要提高电阻率。
[0026] 本发_的抟术描沐
[0027] 预期本发明半绝缘衬底可通过氨热生长使低位错第III族衬底的益处最大化