[發明專利]制造GaN或AlGaN晶體的方法

無效

• 申請號: 200580043154.8
• 申請日: 2005-10-17
• 公開（公告）號: CN101080516A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 阿明·戴德加;阿洛伊斯·克羅斯特
• 申請（專利權）人: 阿祖羅半導體股份公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B23/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 宋莉;賈靜環

技術領域

本發明涉及一種用來制造氮化鎵晶體或氮化鋁鎵晶體的方法和反應器裝置。

背景技術

III族氮化物的單晶可以用作用于III族氮化物半導體外延(epitaxy)、特別是用于藍色或UV激光的高等級、低位錯的襯底。然而目前，這樣的襯底的獲得受到了限制，并且極其昂貴：生產限制在很小的地區，或者，在借助于氫化物氣相外延生長在異質襯底上生產偽襯底(pseudosubstrate)的情況下，由于所涉及的流程而被限制在幾毫米的厚度范圍內。這樣的結果導致低位錯的襯底只能在高度復雜的條件下制造，并且相應的價格昂貴。來自熔體的生長，例如與液體封裝的Czochralski方法類似，在GaAs的情況下迄今沒有取得成功，并且由于出現在熔體上方的非常高的氮蒸氣壓力，在可預見的將來也是不可能實現的。

與之相反，AlN的單晶目前主要是在很高的壓力下通過升華工藝來制造。為了這個目的，AlN粉末被加熱、升華和擴散到生長室的較冷的一端，然后，AlN晶體在那里生長。這里的不足在于測量困難、單晶污染程度高以及晶體常常仍然很小且可以僅限于用于外延生長。由鋁蒸氣和NH₃直接生長的方案例如已經在Witzke，H-D：das?Wachstum?von?AlN?Einkristallen，Phys?Stat?sol?2，1109(1962)和J與RoskovcováL：Wachstum?vonAlN?Einristallen，Phys?Stat?sol?7，331(1964)中進行了描述。這里生長了大量的小單晶，它們適合于材料科學的基礎研究，但不適合于電子設備的外延生長。首先，半導體激光的III族氮化物外延生長使GaN襯底成為必不可少的，對于這些襯底，類似的工藝不容易成為可能，這是因為例如如Balkas，CM等人：Growth?and?Characterization?of?GaN?Single?Crystals，Journal?of?CrystalGrowth?208，100(2000)、Elwell，D等人：Crystal?Growth?of?GaN?by?theReaction?between?Gallium?and?Ammonia，Journal?of?Crystal?Growth?66，45(1984)，或者Ejder?E：Growth?and?Morphology?of?GaN，Journal?of?CrystalGrowth?22，44(1974)中所述的，這涉及GaN在鎵熔體上的形成問題。Elwell等人特別提到經常可以觀察到的金屬鎵與氨之間的表面反應，由此導致在鎵熔體上生長小晶體且反應器部件也被鎵覆蓋。

目前，借助于氫化物氣相外延生長方法(例如，最大的偽襯底制造商之一-日本Sumitomo公司的方法，參見JP002004111865AA)，在GaN上制造用于半導體激光器生長的所謂偽襯底。在該方法中，在與氮前體氨分離的區域內，通過在鎵金屬上通氯氣，使鎵金屬反應以得到氯化鎵，其隨之又在襯底上與氨反應，以得到GaN和氯化銨。后一化合物對于晶體生長是極其有問題的(problematical)，因為其大量出現且固體可以覆蓋或堵塞反應室和排氣系統，并且常常由于嚴重的(severe)顆粒形成而影響晶體生長。

可選擇地，GaN小晶片可以在高溫高壓下由鎵熔體制造，參見US6273948?B1和Grzegory，I等人的文章：Mechanisms?of?Crystallization?of?BulkGaN?from?the?Solution?under?high?N₂?Pressure，Joumal?of?Crystal?Growth?246，177(2002)。然而，在這種情況下，迄今為此沒有得到用于商業開發的足夠大的尺寸，并且目前部分晶體具有高氧氣濃度水平，這使它們具有高導電性，但也使它們與高純度的外延型GaN相比更易于發生晶格失配。直接由金屬熔體制造GaN單晶或在金屬熔體中制造GaN單晶(US6592663B1)，部分得到相對大但薄的單晶也是公知的，但由于所報道的高碳包含物含量(參見Soukhoveev，V等人的文章：Characterization?of?2.5-Inch?Diameter?Bulk?GaNGrown?from?Melt-Solution，phys?stat?sol(a)188，411(2001))且層厚度小，迄今為止，其也不被證明具有成功的可能。