[0025]在本申请中可以采用的衬底10包括III族氮化物材料可以通过金属有机化学气相(MOCVD)在其上随后生长的任何材料。这样，衬底10在这里还可被称为III族氮化物生长衬底。在本申请的一些实施例中，衬底10可以包括具有单体结构(unitary construct1n)的单一材料。在本申请的另一实施例中，衬底10可以包括彼此层叠的两个或者更多种不同材料。
[0026]在本申请的一个实施例中，衬底10可以包括包含诸如(111)硅、碳化硅、III族氮化物材料或者其多层叠层的半导体材料。例如，衬底10可以包括多层叠层，该多层叠层从底到顶为硅层和外延生长的III族氮化物。在本申请期间使用的术语“III族氮化物”表示氮和至少一种选自元素周期表的III族元素(即，铝(Al)、镓(Ga)、铟(In))的化合物。可以被用作衬底10的一些III族氮化物的说明性实例包括但不限制于GaN、AlN、AlGaN、GaAlN和GaAlInN。在本申请的另一实施例中，衬底10可以包括蓝宝石，S卩，Al2O3。
[0027]当衬底10由半导体材料组成时，可以在本申请中采用的该半导体材料典型地为单晶体材料并且可为掺杂的、未掺杂的或者包括掺杂的区域和非掺杂的其它区域。掺杂剂为η型掺杂剂或者P型掺杂剂。术语“P型”指的是产生价电子不足的杂质到本征半导体的添加。术语“η型”指的是贡献自由电子的杂质到本征半导体的添加。衬底10可包括一个用P型掺杂剂掺杂的区域和另一个用η型掺杂剂掺杂的区域。
[0028]衬底10可以具有从5微米到2cm的厚度。对于衬底10，也可以使用比上述厚度范围更大或者更小的厚度。
[0029]在本申请的一些实施例中，特别是当衬底10包括(111)硅时，在氢气(或者惰性)气氛中加热衬底10，并且然后进行将娃衬底稳定化的预渗销(prealuminizat1n)工艺。在本申请的一些实施例中，预渗铝工艺被忽略。在形成可选的缓冲层12之前，并且在形成III族氮化物层14之前，进行这些步骤。
[0030]在氢气气氛中的衬底10的加热包括将结构放置到金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备的反应器腔中。可以在具有或不具有等离子体增强供给的情况下进行M0CVD。在一些实施例中，并且在将衬底10放置到MOCVD反应器腔之前，可以使用HF清理工艺清理衬底10。然后包括衬底10的MOCVD反应器腔被抽空至约为50-100mbar或更低的压力，并且然后将氢气气氛引入到反应器腔中。在一些实施例中，在MOCVD反应器之内的压力在大气压处，即760mbar。氢气气氛包括纯氢气或者掺合有诸如氦气和/或氩气的惰性载体气体的氢气。当采用掺合物时，氢气包括至少25 %或者更多的掺合物，掺合物的剩余物由惰性载体气体组成。
[0031 ] 在反应器腔中存在有氢气气氛，结构被加热至约900 0C或更低的温度。在一个实施例中，衬底10在氢气气氛下被加热的温度为从500°C至600°C O在另一实施例中，衬底10在氢气气氛下被加热的温度为从600°C至900°C。不管衬底10在氢气气氛下被加热的温度，进行5到20分钟的时长的加热。本申请的此步骤本认为清理了表面并且氢化衬底10的暴露的表面，当采用(111)硅衬底时，这特别有用。在一些实施例中，可以用在惰性气体下的加热替代在氢气下的加热。
[0032]由于多数III族元素将直接与硅反应，典型地进行预渗铝步骤以在形成III族氮化物材料之前，将娃成核点(nucleat1n sites)稳定化；在本申请的此步骤期间，没有形成Al层。可以通过将诸如三烧基销(trialkylaluminum)化合物(其中，烧基包括I至6个碳原子)的有机铝前驱体引入到反应器腔中，进行预渗铝步骤。可以在本申请中采用的三烷基铝化合物的实例包括，但不限制于三甲基铝、三乙基铝和三丁基铝。有机铝前驱体可以被匀整地引入MOCVD装置的反应器腔中，或者其可以掺合有惰性载体气体。典型地在450°C或更高进行预渗铝步骤。在一个实施例中，有机铝前驱体的引入典型地在从500°C到600°C的温度发生。在另一实施例中，有机铝前驱体的引入在从600°C到900°C的温度发生。不管有机铝前驱体被引入到反应器腔中的温度，进行5秒到120秒的时长的预渗铝。
[0033]接着，可以在衬底10的暴露表面上可择地形成缓冲层12。如所示，缓冲层12为存在于衬底10的整个表面上的邻近层。在一些实施例中，特别地，当氮化镓本身被用作衬底10时，可以去掉缓冲层12形成步骤。
[0034]在本申请的此时可以形成的缓冲层12为取决于衬底10的类型而变化的任何III族氮化物材料，其中，随后形成III族氮化物层14。例如，并且当衬底10由硅组成时，缓冲层12典型地由AlN组成。当衬底10由蓝宝石或者SiC组成时，缓冲层12可以由A1N、GaN或者AlGaN组成。当衬底10由GaN组成，不需要采用缓冲层12。
[0035]通过将含有机III族元素的前驱体引入到MOCVD设备的反应器腔中，形成缓冲层12，例如，有机铝前驱体(即，如上述的三烷基铝化合物)或者有机镓前驱体(即，三烷基镓化合物)或者其混合物，以及诸如氮化钱(ammonium nitride)的氮化物前驱体。可用或者不用等离子体增强供给而实施M0CVD。惰性载体气体可与在形成缓冲层12中所使用的前驱体中的一种一起存在，或者惰性气体可以与在形成缓冲层12中所使用的两种前驱体一起存在。缓冲层12被典型地在500°C或更高的温度下形成。在一个实施例中，缓冲层12的沉积典型地在从650°C至850°C的温度发生。在另一实施例中，缓冲层12的沉积典型地在从850V至1050°C的温度发生。不管形成缓冲层12的温度，进行I分钟至20分钟的缓冲层12的沉积。形成的缓冲层12典型地具有从1nm至250nm的厚度，甚至具有更典型的从60nm至80nm的厚度。
[0036]接着，形成含有至少一种类型的杂质原子的包括剥落释放平面15的III族氮化物材料层14。如所示，剥落释放平面15位于III族氮化物材料层14的上部14U和下部14L之间。
[0037]如前所述，术语“III族氮化物材料”表示由氮和至少一种来自元素周期表的III族的元素(即，铝(Al)、镓(Ga)和铟(In))组成的化合物。一些常见III族氮化物的说明性实例为A1N、InN、GaN、GaAlN和GaAlInN。在本申请的一个实施例中，在本申请中形成的III族氮化物材料为诸如氮化镓(GaN)、GaAlN、GaInN和GaAlInN的氮化镓材料。在本申请的另一实施例中，在本申请中形成的III族氮化物材料为诸如氮化铝(AlN)、AlGaN, AlInN和AlGaInN的氮化铝材料。不管III族氮化物层14的组成，III族氮化物材料层14为单晶。
[0038]III族氮化物材料层具有比要随后形成的应力源材料更小的断裂韧性。断裂韧性是描述包括裂缝材料的以抵抗断裂的能力的性质。断裂韧性用KIc;表示。下标Ic表示垂直于裂缝的在正常拉应力下的模式I裂缝开口，并且C意味着其是临界值。因为剥落模式断裂通常发生在衬底中模式II应力(剪切)为零的位置，模式I断裂韧性典型地为最重要的值。断裂韧性为当存在裂缝时，表示材料对脆性断裂的抗性的定量方式。
[0039]本申请的III族氮化物材料层14的形成包括将至少一种含有机III族元素的前驱体和诸如氮化铵的氮化物前驱体引入到MOCVD设备的反应器腔中。可用或者不用等离子体体增强供给而实施M0CVD。在本申请中可以采用的有机镓前驱体的实例包括诸如三甲基镓和三乙基镓的三烷基镓化合物。在本申请中可以采用的有机铝前驱体的实例包括诸如三甲基铝和三乙基铝的三烷基铝化合物。可以使用类似的前驱体用于其它类型的III族氮化物。
[0040]惰性载体气体可与在形成III族氮化物材料层14中使用的前驱体中的一种一起存在，或者惰性载体气体可以与在形成III族氮化物材料层14中使用的两种前驱体一起存在。
[0041]典型地在750°C或者更高的温度进行III族氮化物材料层14的沉积。在一个实施例中，在从900°C至1200°C的温度典型地发生III族氮化物材料层14的沉积。在另一实施例中，从1200°C至1400°C的温度典型地发生III族氮化物材料层14的沉积。不管形成III族氮化物材料层14中的温度，进行I分钟到2小时的时长的III族氮化物材料层14的沉积。
[0042]所形成得到的包括剥落释放平面15的III族氮化物材料层14具有典型从10nm至5000nm的厚度，甚至更典型的从500nm至100nm的厚度。
[0043]如上所述，III族氮化物材料层14包括嵌入在III族氮化物材料层14的上部14U和下部14L之间的剥落释放平面15。本申请的剥落释放平面15包括具有与围绕剥落释放平面15的III族氮化物材料层14相比不同的应变、不同的结构和不同的组成的材料。剥落释放平面15在III族氮化物材料层14之内提供削弱的材料平面区域，其在随后进行的剥落工艺期间可以被用以将III族氮化物材料层14的