半导体生长-退火循环

半导体生长-退火循环
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年3月20日提交的指定序列号62/992246的名称为“semiconductor growth-anneal cycl ing”的美国临时申请的权益，其全部公开内容通过引用明确地并入本文。
3.关于联邦资助的研究或开发的声明
4.本发明是利用政府支持在美国陆军研究办公室(aro)授予的编号为w911nf-17-1-0109的合同下完成的。政府在本发明中具有一定的权利。
5.本公开的背景
技术领域
6.本公开一般涉及半导体器件。


背景技术：

7.在蓝宝石衬底上外延生长的高品质氮化铝(aln)可用于广泛的应用，包括例如中紫外(uv)光电子学及深紫外光电子学和高功率/频率电子学。同样，蓝宝石上的aln具有在宽的带隙和透明度，波长降至约0.2μm，已作为集成uv、可见光和量子光子学的有用材料出现，从而实现光子学中的广泛的经典/非经典应用。此外，对于高功率光子应用，超宽带隙材料例如aln可用于避免非线性吸收。
8.蓝宝石上的aln的品质受到大密度的缺陷和位错以及不期望的杂质掺入(例如，碳和氧)的严重限制。过去，在蓝宝石上生长aln的方法，主要通过金属有机化学气相沉积(mocvd)，涉及使用相对厚的缓冲层以及技术例如横向外延过生长和图案化的衬底以减小位错的形成并获得可用的aln外延模板。然而，不幸的是，许多应用例如在uv光谱中工作的aln波导和微环谐振器中使用非常薄的aln外延层。
9.使用溅射方法已经将aln沉积在蓝宝石上。超高温度退火的使用显著改善了溅射aln层的品质。然而，这样的高温退火可能使表面形态劣化并负面地影响光电子器件和电子器件中的掺杂剂分布。


技术实现要素：

10.根据本公开的一方面，制造半导体器件的方法包括提供衬底，实施生长工序以形成由衬底支撑的半导体层，进行半导体层的退火，其中在比生长工序更高的温度下执行退火，和重复生长工序和退火。在半导体层的分解温度或大于半导体层的分解温度下执行退火。
11.根据本公开的另一方面，制造半导体器件的方法包括提供衬底，实施生长工序以在衬底上形成半导体层，进行半导体层的退火，其中在比生长工序更高的温度下执行退火，和重复生长工序和退火。在半导体层发生分解的温度下执行退火。
12.根据本公开的又一方面，制造半导体器件的方法包括提供衬底，实施外延生长工
序以在衬底上形成半导体层，进行半导体层的退火，其中在比外延生长工序更高的温度下执行退火，和重复外延生长工序和退火多个循环。在半导体层发生分解的温度下执行退火。
13.结合前述方面中任一个，本文所述的方法可以替代地或另外地包括或涉及以下方面或特征中一个或多个的任何组合。重复生长工序和退火包括重复生长工序和退火多个循环。在生长工序和退火之间不使半导体层暴露于环境条件的情况下实施生长工序和退火。在实施生长工序的生长室中进行退火。在不同的室中执行生长工序和退火。方法还包括在重复生长工序和退火之后实施另外的生长工序以进一步形成半导体层。在富金属条件下实施另外的生长工序。在生长工序的等离子体环境中进行退火。在生长室中在富氮条件下实施生长工序和进行退火。生长工序包括外延生长工序。实施生长工序包括在衬底上直接生长半导体层。衬底具有与半导体层不同的均匀组成。半导体层包含氮化铝。衬底含包蓝宝石。半导体层包含i i i-v半导体材料。进行退火包括逐渐升高生长室的温度。在比外延生长工序高大于50％的温度下进行退火。半导体层和衬底具有晶格失配。方法还包括在实施生长工序之后并且在进行退火之前在半导体层上沉积覆盖层。覆盖层包含氧化铝。
附图说明
14.为了更完整地理解本公开，应当参照以下详细说明和附图，其中同样的附图标记在附图中标记同样的要素。
15.图1描述根据一个实例的具有采用生长-退火循环生长的半导体层的半导体器件的横截面示意图和图像。
16.图2更详细地描述图1中半导体层的图像、以及半导体层的应变分布图和应变轮廓的图形图表。
17.图3描述图1的半导体层的反射的强度曲线和线宽的图形图表。
18.图4描述作为图1的半导体层的积分强度与温度和波长的函数的图形图表，以及图1的半导体层在各种温度下的发射光谱的图形图表。
19.图5更详细地描述图1的半导体层的另外的图像、以及图1的半导体层在室温和低温温度下光谱和图1的半导体层与可商购得到的模板相比的强度的图形图表。
20.图6为根据一个实例的采用生长-退火循环生长的半导体层的半导体器件的制造方法的流程图。
21.公开的方法的实施方案可具有各种形式。特定实施方案示于附图并在下文中描述，应当理解，本公开旨在说明。本公开不旨在将发明限制于本文描述和示出的特定实施方案。
具体实施方式
22.描述了制造器件的方法，其中半导体层通过生长和退火工序的组合(例如重复)来形成。生长和退火工序的重复提供用于消除、最小化或以其它方式减小在半导体层中的缺陷和位错形成的方法。如本文所述，重复生长工序(例如外延生长工序)和退火(例如多个循环)。退火可以或可以不在实施外延生长工序或其它生长工序的生长室中或以其他方式在生长工序和退火之间不使半导体层暴露于环境条件的情况下进行。因此，在一些情况下，公开的方法可在生长和退火之间循环而没有暴露于周围环境。因此，可使用原位高温退火方
法，通过分子束外延来生长超薄半导体层(例如膜)。在一些情况下，半导体层可为或包含在蓝宝石衬底上生长(例如直接生长)的氮化铝(aln)层(例如外延层)。
23.在比外延生长工序或其它生长工序更高的温度下执行退火。例如，在半导体层的分解温度或大于半导体层的分解温度下执行退火。因此，在一些情况下，在半导体层发生分解的温度下执行退火。在其它情况下，由于例如存在盖层或其它层，尽管在分解温度下或大于分解温度下进行，退火可能未导致半导体层的分解。分解温度可以例如根据半导体层的组成和退火条件(例如过压)变化。
24.正在生长的半导体层的复合半导体材料(例如aln)的分解涉及断开半导体的化学键以产生构成元素(例如al和n)。然后，构成元素可从表面脱附，导致在正在生长的过程中膜或层变薄。分解温度和分解速率可与正在生长的半导体的键的强度共同变化。公开的方法的退火温度可相应地变化。在一些情况下，选择退火温度，其足够高来促进半导体材料的结晶或再结晶(其涉及断开和重新形成键)，但没有过度的键断开以使得完全分解正在生长的整个膜或层。因此，针对给定的半导体材料和期望的生长速率，可优化退火温度。
25.使用公开的方法，尽管在衬底和半导体层之间晶格失配，已经生长出高品质(例如无应变)超薄半导体层。如本文所述，透射电子显微法分析示出经由公开的方法形成的aln外延层在第一纳米(nm)内应变松弛，因此接近无应变地生长。aln/蓝宝石界面处生成的许多位错在生长的第一50nm内减小。约100nm厚的在蓝宝石上直接生长的外延膜的实例显示x射线衍射(xrd)(002)和(102)摇摆曲线峰，其中半峰全宽(fwhm)分别小于150和1400弧秒，其是此厚度的aln的报道的最窄线宽。光致发光分析进一步示出这样的aln外延层表现出相对高的发光效率和强的近带边发射而没有缺陷相关的转变。
26.虽然结合在蓝宝石衬底上aln缓冲层的形成进行了描述，但是公开的方法可用于形成各种各样的半导体层。例如，公开的方法可用于在各种类型的器件中形成有源层和其它层。层的定位、功能和其它特性可以相应地不同于本文所述的实例。公开的方法可用于形成其它复合半导体例如i i i-氮化物半导体(例如algan)、其它i i i-v半导体、i i-vi半导体、和氧化物半导体。公开的方法的退火可以相应地变化。例如，可在相应的第v族通量下而不是在经由氮等离子体和/或氨气形成的氮环境中实施非氮化物i i i-v半导体的退火。半导体层可在其它衬底上形成。例如，还可使用组成为或以其他方式包括以下的衬底：s i、s ic、ga2o3、金刚石、高取向的热解石墨(hopg)、gaas、inp、和gasb。
27.经由公开的方法制造的半导体器件的属性可以变化。半导体器件可以为或以其他方式包括高效率和高功率深uv发光二极管(led)和激光器二极管。可制造其它类型的光电子器件和/或高功率/频率电子器件。替代地或另外地，半导体器件可配置为用于涉及大范围的波长(包括但不限于uv和可见光带)的应用。半导体器件可配置为用于实施量子光子学的各种应用，包括光子学中广泛的经典和非经典应用例如高功率光子学应用。因此，半导体器件的属性可以显著变化。
28.分子束外延(mbe)可用于i i i-v和其它半导体例如aln和富含al的algan的外延。例如，mbe提供更受控的成核和al掺入、有效的mg掺杂剂活化、和减小的杂质掺入。然而，主要由于常规系统的受限的生长温度，过去缺少通过mbe的高品质aln外延层的报道。在mbe衬底加热器技术的新进展与高温材料例如氮化硼(bn)生长的报道可用于克服这些挑战。
29.如本文所述，分子束外延可用于在蓝宝石上直接形成高品质超薄aln外延层。为此
目的，公开的方法可在原位高温退火中使用多个循环。通过使用原位高温退火，显著减小位错密度。在蓝宝石上直接生长的具有约0.1μm厚度的aln的一个实例中，用x射线衍射(xrd)测量的(002)线宽小于150弧秒，其与在aln衬底上直接生长的外延层相当或更好。使用原位高温退火，(102)线宽从大于4000弧秒显著减小至小于1400弧秒。通过详细的温度依赖性光致发光(pl)测量，在室温下测量发光效率约30％。详细的扫描透射电子显微镜(stem)表明位错的传播在蓝宝石上直接生长的薄aln外延层中受到大幅抑制，并且aln层完全应变松弛地生长。对于具有增加的厚度的aln外延层，也测量到了显著改善的结果。
30.图1示意性地描述根据在c面蓝宝石衬底上生长aln层的实例制造半导体器件的方法100。可生长替代的或额外的半导体层。可使用其它衬底。在一些情况下，方法可使用等离子体辅助mbe系统例如veeco genxplor射频(rf)氮等离子体辅助mbe系统。mbe系统可配备有al泻流源(effus ion source)例如al sumo泻流源和衬底加热器例如nova超高温度衬底加热器(例如，加热至1850℃)。在这种情况下，蓝宝石晶片背侧用钼金属化以允许在真空中有效的热传导。
31.图1包括部分(a)，其中描述在蓝宝石衬底上aln的生长顺序的示意图。在该实例中，生长顺序包括使用改进的迁移增强外延(mee)法的初始aln缓冲生长的阶段i，生长的超薄膜的高温退火的阶段i i，重复生长和退火步骤以改善缓冲层品质的阶段i i i，和使用中断辅助方法进行高品质aln外延层的外延的阶段iv。图1还包括部分(b)，其中描述在生长期间观察到的rheed图案的照片。在该实例中，rheed图案包含(i)在生长的初始阶段期间的点状图案和分段图案、(i i)在缓冲阶段期间的条纹图案、(i i i)在退火阶段期间的加宽且较亮的图案、和(iv)在外延层生长阶段期间的窄条纹图案。
32.如在图1的部分(a)所图示化的，方法100的阶段i包括使用例如改进的迁移增强外延(mee)方法生长缓冲(或其它)层以直接在晶格失配的蓝宝石上方促进aln成核和平滑界面。在该实例中，该层具有约80nm的厚度，但可使用其它厚度。生长温度可为约950℃。可使用束等效压力(bep)下8
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托的al通量和在350w的恒定rf等离子体正向功率下0.3sccm的低氮流量。这些参数对应于在该生长温度下稍微富氮条件。
33.在一个实例中，阶段i可具有以下开闭顺序(shutter sequence)：1分钟的al(即强迫富金属的表面覆盖)，随后是四分钟的al和n(例如，在薄的液体-金属表面上近似化学计量的aln生长)。通过监测图1的部分(b)所示的反射式高能电子衍射(rheed)图案102可用于确定开闭顺序。
34.如图1的部分(b)所示，在生长的第一分钟，rheed图案102由于晶格失配成核而变成分段和点状(图案i)，但是快速地开始恢复成条纹图案，其表示在第三调制环路内的二维外延生长。rheed图案102在该第一或初始缓冲阶段的结束时是条纹状(图案i i)。
35.在初始生长阶段之后，方法100的阶段i i包括逐渐升高衬底温度。在一个实例中，将该室(以及因此衬底)的温度升高到约1550℃。因此，该实例例如在相同的氮等离子体环境下原位退火30分钟。该退火步骤可用于促进缓冲层的再结晶和在生长的后期阶段获得显著更高品质的aln外延层。在该高温退火过程期间，甚至在存在氮等离子体的情况下，可存在aln缓冲的分解，并看到rheed图案变宽(图案i i i)。较高的退火温度促进再结晶，有助于较优异的材料性质，但可能增加生长的膜的分解和粗化。
36.可使用其它退火温度和持续时间。例如，退火温度可落入如下范围内：对于在si上
生长的gaas而言为约650摄氏度至约850摄氏度，对于在aln或蓝宝石上生长的gan而言为约850摄氏度至约1000摄氏度，以及对于在蓝宝石上生长的algan而言为约1000摄氏度至约1400摄氏度(取决于al组成)。退火的持续时间可相应地变化。
37.分解速率可随着退火温度升高而增加。因此，可调节生长和分解速率。例如，可调节退火温度和/或其它退火条件(例如过压)以确保退火步骤不会完全分解生长的薄膜。替代地或另外地，可通过氮过压和/或其它过压来控制分解。这样的氮过压或其它过压可用氮轰击半导体层的表面，其可能导致因退火温度而断裂的复合半导体(例如aln)键的重新形成。因此，可降低或以其他方式控制分解速率。
38.可选择退火温度以达到期望的分解速率。在涉及在真空中(即没有氮过压)aln的生长的实例中，大约1200℃开始分解。在一个测试中，在小于1400℃的退火温度下，分解可忽略不计。分解速率随着温度升高而超线性地增加。例如，在1450℃、1550℃和1600℃的退火温度下分别实现约30纳米/小时(nm/h)、约120nm/h、约180-200nm/h的分解速率。由于半导体层表面的显著粗化，在大于约1600℃温度下分解速率难以测量。
39.在一些情况下，每个生长/退火循环导致至少约10nm的aln缓冲层厚度剩余。该效果示于图2的aln薄膜横截面的stem图像。当退火阶段之后重新开始生长时，rheed图案102(图1)示出与在表面处已形成的刻面一致的倒v型锯齿形特征。
40.重复阶段i(生长)和i i(退火)以改善aln模板或层的品质。例如，在三个这样的循环之后，aln缓冲层的厚度为约30nm。可使用额外的或更少的循环。例如，涉及额外的循环的一个测试得到与使用三个循环的生长/退火的那些类似的结果。
41.循环可以以最终缓冲层的生长(阶段i i i)结束。可以与阶段i类似的方式和/或以不同的方式例如不同的生长条件来生长最终缓冲层。因此，生长条件可以根据例如层组成和/或其它方面变化。该阶段可配置为帮助恢复和平滑有刻面的表面。
42.在图1的实例中，方法100包括另外的生长工序以形成aln层的剩余部分(阶段iv)。在一些情况下，剩余部分可以以与先前生长工序不变的参数进行生长。在其它情况下，生长条件可指向接近化学计量的生长条件。替代地或另外地，增加金属(例如al)通量(例如，至1.1
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托)以使生长转变为富金属条件(例如稍微富金属条件)。可使用源-金属通量的周期性中断来帮助该过程，使得保持条纹rheed图案(图案iv)而没有过量的金属al累积。在这些条件下，实现约180nm/小时的生长速率。使用该生长过程，可通过调整生长的该最终阶段的持续时间来实现具有在0.1至1μm之间变化的aln厚度的实例。
43.生长的最终阶段可以是任选的。例如，方法100可在没有生长的最终阶段的情况下实施以形成较薄的半导体层。对于这样的薄半导体层而言，用现有方法获得高结晶品质一直是最具挑战性的。
44.根据公开的方法生长的若干实例半导体层的体结构性质由电子显微镜和xrd表征。例如，使用在探针和成像透镜系统上都配备有ceos校正器并在200kv的加速电压下工作的fei ti tan cubed 80-300stem研究在蓝宝石上直接生长的薄aln的实例。使用极值点对分析(ppa)软件来研究结构中的局部晶格参数分布。使用在30kev下操作的zeiss nvis ion 40双束仪器，通过聚焦离子束(fib)制备aln/蓝宝石的透明电子试样以用于stem分析。
45.图2包括部分(a)，其中示出stem横截面图像。描绘黄色箭头以指示生长方向。图2还包括部分(b)，其中描述aln和蓝宝石界面的高放大倍率stem图像。箭头突出界面处原子
台阶高度失配。图2还包括部分(c)在分析期间(在生长平面内包含的方向上)获得的εxx应变分布图，其中应变值(采用蓝宝石作为零基准)在所包括的颜色尺度条中。图2还包括部分(d)，其中描绘沿着由箭头表示的部分(c)中的应变分布图应变轮廓。
46.图2的部分(a)示出在中等角度条件下截取的横截面中的stem图像，以更突出地揭示实例中的缺陷。该结构的两层用白色箭头标记。测量aln层厚度为约100nm。穿过aln层的线位错(td)似乎存在于图像中。这种类型的缺陷可在具有高晶格失配的界面处释放应变，如aln/蓝宝石的情况。根据该stem图像，然后，大量的初始形成的td被终止并在生长的第一50nm内停止传播，与多个原位退火循环前后的初始缓冲层一致。与此相反，在先前的报道中，使用几百纳米的缓冲层以获得期望的顶层，并且这些层中产生的大部分位错一直传播至表面。这些实例的另一值得注意的发现是aln膜中存在取向误差，这直接是由于蓝宝石表面上的台阶引起小的未对准(小于1度)。这些观察结果揭示衬底表面对外延层的影响、以及对初始界面的精确控制可用于生长高品质aln。
47.图2的部分(b)示出在aln层和蓝宝石衬底之间的界面的高放大倍率stem图像。实例中看到的较亮的斑点是由于来自fib实例制备过程的污染/再沉积。两种材料之间的界面非常平滑，但是可观察到原子台阶例如用箭头标记的台阶。为了获得关于与蓝宝石衬底(基准的区域)相比的aln层中局部原子位错定量信息，对图2的部分(b)应用ppa。图2的部分(c)呈现在分析期间(在生长平面内包含的方向上)获得的(相对于基准面限定的)εxx应变分布图。鉴于值接近零(因为以蓝宝石衬底作为基准)，在蓝宝石衬底中没有观察到明显的应变变化。然而，可在aln层中明显观察到晶格参数的变化。当以该衬底作为基准时，基于沿应变分布图的图2的部分(d)中标绘轮廓，表观“应变”值即与基准蓝宝石相比的差异测量为13.1
±
0.2％。该值与aln和蓝宝石之间预期的晶格失配一致(13.3％)，表明aln层几乎完全松弛地生长，因为它极其接近维持其体晶格参数。
48.图3包括部分(a)和(b)以分别描述在蓝宝石衬底上生长的aln层的对称反射(002)和不对称反射(102)的xrd摇摆曲线(以实线示出)。虚线曲线是每个曲线的洛伦兹拟合，用于分别获得部分(a)和(b)的126弧秒和1387弧秒的fwhm。图3还包括部分(c)，其中呈现先前在文献中报道的和本公开(红色)的aln xrd(002)摇摆曲线线宽的比较。
49.使用rigaku smartlab x射线衍射仪进行xrd分析，其中将ge(220)两次反射单色器对准以用于薄膜摇摆曲线分析。对于具有约100nm厚度的实例，在图3的部分(a)示出测量的xrd(002)摇摆曲线。基于洛伦兹拟合，其半峰全宽(fwhm)为126弧秒。基于由图3的部分(b)的曲线的洛伦兹拟合，(102)线宽(fwhm)为1387弧秒。如图3的部分(c)中突出，这些是通过任何技术生长的相当厚度的aln外延层报道的最窄线宽。相比之下，对于以类似厚度生长但在原位退火步骤中没有使用多个循环的实例而言，(102)线宽大于4000弧秒。退火温度较高可帮助获得较窄的线宽，直至极限，大于该极限时观察到(002)线宽劣化以及表面变得越来越难以恢复。这些观察结果与以下事实一致，(102)fwhm将随着整体减小的线位错密度(尤其是边缘位错)变得较窄，而(002)线宽对螺旋位错敏感，无论随后的外延或其它生长过程如何，螺旋位错都将保留。
50.图4包括部分(a)，其中描述aln实例的积分pl强度的归一化温度依赖性。插图示出在各种温度下恒定激励功率下的发射光谱。图4还包括部分(b)，其中呈现同样的实例(402)和约10倍厚的商业aln外延模板(404)的pl强度的比较。插图显示实例的约30％的估计的内
部量子效率(iqe)。
51.在蓝宝石上直接生长的薄aln外延层(例如约100nm厚度)的光学性质通过使用以193nm arf准分子激光器为激发源的可变激励功率和温度依赖性光致发光(pl)光谱仪来表征。通过hor iba ihr550分光计和uv敏感的symphony i i ccd检测器来光谱分辨实例发射。在低温温度下，aln在约205nm处的激子发射伴随着较低能量的肩部发射，这可归因于其纵向光学(lo)声子伴线，如图4的部分(a)的插图所示。随着温度升高，发射强度减小，并且发射峰红移至约208nm。图4的部分(a)示出积分pl强度的温度依赖性。如在图4的部分(b)的插图中所见，假定在低温下接近单位量子效率，通过取在室温和低温下积分pl强度之比，获得约30％的估计的内部量子效率(iqe)。下垂可能是由于在高激光激发条件下的加热和其它非理想效应。为了比较，如图4的部分(b)所示，该实例(402)的近带边pl发射几乎是约10倍厚的商业aln外延模板(404；dowa electronics mater ia ls co.,ltd.)的两倍强。
52.通过延长外延层生长持续时间(图1的阶段iv)，可形成具有各种厚度的aln外延层和其它半导体层。
53.图5描述部分(a)中的1μm厚的实例，其中呈现实例表面的低放大倍率sem图像。在左上角上提供有意的划痕标记以适当地聚焦在实例表面上。包括光学图像作为插图。在图5的部分(b)，呈现实例表面拓扑结构的高放大倍率afm图像。图5还包括部分(c)，其中描述室温(300k)和低温(20k)下实例的pl光谱。图5还包括部分(d)，其中呈现同样的实例402(图4)和商业aln外延模板404(图4)的pl强度的比较。
54.对于具有1μm厚度的实例而言，(002)和(102)x射线摇摆曲线峰分别具有约60弧秒和1050弧秒的fwhm值。使用hi tachi su8000扫描电子显微镜(sem)，在该实例表面的图5的部分(a)中可看到整体均匀且平滑的表面，不存在由于应变引起的在晶格失配层的生长之后通常看到的凸起或裂纹。这同样适用于整个晶片尺度，如用光学显微镜所验证的，其中包括图像作为插图。在空气中以轻敲模式使用bruker dimens ion icon原子力显微镜(afm)以获得1
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1μm2表面拓扑结构(图5的部分(b))。观察的台面具有对应于在生长结束时没有完全形成的顶部外延单层的原子台阶。60方均根(rms)粗糙度为约0.3nm。
55.在图5的部分(c)中示出室温和低温下的pl光谱。pl强度比类似的1μm厚度的商业aln外延模板强约20倍(图5的部分(b))。用蓝宝石衬底的更精细表面处理方法预期进一步改善材料品质。
56.图6描述了根据一个实例制造半导体器件的方法600。方法600可用于制造本文所述的任何类型的半导体器件或另一类型的半导体器件。方法600可包括额外的、更少的或替代的操作(act)。例如，方法600可包括或可不包括指向制备衬底的一个或多个操作以用于进一步加工。
57.方法600可从操作602开始，在该操作中提供衬底。衬底可为蓝宝石晶片或由蓝宝石晶片形成。可使用其它衬底。提供衬底可包括在操作604中制备衬底。例如，制备可包括一个或多个清洗工序。替代地或另外地，操作604可包括一个或多个掺杂工序。提供衬底可包括在操作606中处理衬底的表面。例如，可使衬底表面平滑或以其他方式加工以促进其上的外延生长。
58.在一些情况下，衬底的制备可包括在衬底的任一侧(例如背侧)上一个或多个层(例如金属层)的沉积或其它形成。(一个或多个)层的功能可以变化。如上所述，在一些情况
下，可沉积金属层以允许在真空中有效热传导。例如，可沉积钼和/或其他有效热导体。形成层的方式可以变化。
59.在操作610中，实施生长工序以在衬底上(例如直接在衬底上)形成半导体层或形成以其他方式由衬底支撑的半导体层。在一些情况下，生长工序是或者以其他方式包括外延生长工序。替代地或另外地，生长工序是或者包括非外延生长工序例如脉冲激光沉积工序。在非外延情况下，生长可不包括或涉及晶体或晶格形成。在这样的情况下，随后在退火期间发生结晶或其它晶格形成。
60.在一些情况下，在操作612中实施外延或其它生长工序和进行退火，在该操作中在富氮条件下发生生长。在外延情况下，操作610可包括实施迁移增强外延(mee)工序(操作614)。半导体层可包括氮化铝，但可生长其它半导体。
61.半导体层可配置为缓冲层或其它层。可在衬底上直接生长缓冲层。在这样的情况下，尽管在半导体层和衬底之间晶格失配，半导体层和衬底之间不存在中间层或其它中间物。例如，缓冲层可组成为或以其他方式包括以下：在蓝宝石衬底或不同于半导体层的均匀组成的其它衬底上生长的aln。半导体层和衬底可或可不具有晶格失配，如本文所述。
62.在一些情况下，操作610包括在操作616中沉积或以其他方式形成盖层(或覆盖层)和/或其它层。在操作610中正在生长的半导体层上可沉积、生长或以其他方式形成盖层以提供阻挡层和/或充当随后加工例如以下描述的退火工序中的牺牲层。例如，退火期间，盖层可保护半导体层。保护可包括或涉及防止蒸发。相应地，半导体层可达到变形发生的温度(例如大于分解温度)而没有明显材料损失。
63.盖层可具有经受退火的高温环境的组成或以其他方式配置为经受退火的高温环境。然而，盖层的组成和其它特性可以变化。例如，盖层可以或可以不具有与操作610中生长的半导体层相同或类似的组成。在一些情况下，盖层由氧化铝组成或以其他方式包括氧化铝，可使用其它氧化物或材料。
64.盖层可为薄层。例如，盖层可以足够薄以避免热绝缘效应。盖层可具有允许半导体层在退火期间达到退火(或其它期望)温度的厚度。在一些情况下，盖层具有落入约10nm至约20nm范围内的厚度。然而，可使用其它厚度，包括例如直至100nm的厚度。
65.在操作618中，进行半导体层的退火。在一些情况下，在与生长室不同的室中进行退火。在操作619中，器件可相应地移动至新的室。在其它情况下，原位进行退火或在操作610中的生长和操作618的退火之间没有暴露于环境条件的情况下进行退火。例如，可在实施外延生长工序的生长室中进行退火(操作620)。因此，可在相同的室中进行操作616和618。在一些情况下，在富氮条件下和/或在外延生长工序的等离子体环境中进行退火(操作622)。在其它情况下，在连接、配置或以其他方式集成的多个室中进行操作616和618以避免暴露于环境条件。
66.在比外延生长工序更高的温度下进行退火。例如，退火可包括逐渐升高生长室的温度(操作624)。在一些情况下，温度可达到比外延生长工序高大于50％的温度。
67.在半导体层的分解温度或大于半导体层的分解温度下进行退火。因此，在一些情况下，在半导体层发生分解的温度下进行退火。在其它情况下，由于例如盖层和/或其它层的存在，尽管退火温度为分解温度或大于分解温度，退火可能未导致半导体层的分解。
68.分解温度可显著变化。例如，分解温度可基于半导体层的组成变化。分解温度还可
基于退火的压力和/或其它条件变化。例如，对于gaas而言，分解可以在600摄氏度下在真空中发生。然而，由于砷过压，gaas可在700摄氏度下稳定(即没有分解)。gan和aln的分解行为可呈现类似的特性。在真空中，gan可在900摄氏度下开始分解，以及aln在大于1200摄氏度开始分解。但是分解温度可随着氮过压而升高。
69.在形成盖层以保护半导体层的情况下，退火之后在操作625中去除盖层。盖层可通过蚀刻工序例如湿法蚀刻去除。工序的属性可根据盖层的组成变化。
70.在操作626中，重复或循环外延生长工序和退火。在一些情况下，外延生长工序和退火重复多个循环(操作628)，例如至少三个循环。重复或循环可以以最终生长工序的实现结束(操作630)。
71.在一些情况下，方法100包括在重复外延生长工序和退火之后实施另外的外延生长工序以进一步形成半导体层的操作632。可在与操作610、626的生长阶段不同的条件下实施另外的外延生长工序。例如，可在富金属条件下实施生长(操作634)。
72.然后，方法100可包括制造半导体器件的一个或多个另外层或其它元件的操作636。例如，可生长或以其他方式形成一个或多个另外的半导体层以建立例如异质结构。替代地或另外地，可沉积或以其他方式形成一个或多个金属层以限定触点、连接体或其它电路元件。
73.可在其它实例中变化实施方法600的操作的顺序。例如，可在形成本文所述的半导体层之前形成半导体器件的一个或多个层或其它元件。
74.以上描述了在蓝宝石上使用高温辅助mbe过程生长(例如直接生长)aln外延层(或其它半导体层)的制造方法。通过使用原位高温退火在蓝宝石上直接获得了无应变的超薄aln外延层。光学性质比商业aln模板更好，这与经由公开的方法生长的半导体层的优异结构性质一致。
75.已经参照具体实例描述了本公开，这些具体实例仅旨在说明而不是限制本公开。可在没有偏离本公开的精神和范围的情况下对实例进行改变、添加和/或删除。
76.给出上述说明仅是为了清楚理解，并且不应该从中理解为不必要的限制。