[發(fā)明專利]用于形成氮化物晶體的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310081062.5
• 申請日: 2007-10-05
• 公開（公告）號: CN103184519A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史蒂芬·艾佛烈德·泰索;東-斯?fàn)枴づ量?/a>;約翰·托馬斯·勒曼;馬克·德艾芙琳;克里斯蒂·納拉恩;慧聰·洪
• 申請（專利權(quán)）人: 邁圖高新材料公司
• 主分類號: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;C30B9/00
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本申請是中國專利申請200780037599.4的分案申請，原申請的申請日為2007年10月05日，發(fā)明名稱為用于形成氮化物晶體的方法。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求由本申請的發(fā)明人在2006年10月8日提交的名稱為“用于形成氮化物晶體的方法”的臨時專利申請60/828,646的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于生長高質(zhì)量氮化物晶體的方法，所述氮化物晶體用于電子器件中。特別地，本發(fā)明涉及用于生長氮化物晶體的方法和選自AlN、InGaN、AlGaInN、InGaN和AlGaNInN中的一種的結(jié)晶成分。所述成分包括真的單晶，其從直徑至少1mm的單核生長，沒有橫向應(yīng)變和傾斜晶界，具有低于約10⁴cm^-2的位錯密度。

背景技術(shù)

全世界的實(shí)驗室開發(fā)了用于生長高質(zhì)量氮化鎵(GaN)晶體的各種方法。然而，其它氮化物晶體如AlN和InN，作為襯底用于如UV-LEDs、UV-光電探測器和場效應(yīng)晶體管的應(yīng)用是非常有用的，但目前是不可得的。AlN的帶隙(6.2eV)比GaN的(3.4eV)大很多，這使其成為用于深-UV光發(fā)射器和探測器的選擇的襯底。此外，導(dǎo)熱性極大地高于GaN，潛在地使其作為用于特定電子器件如場效應(yīng)晶體管(也稱為高電子遷移率晶體管)的襯底是優(yōu)異的。InN具有任何已知氮化物中最高的電子速率，可用于高頻率器件中。

在除GaN之外的結(jié)晶氮化物的生長中，存在很多現(xiàn)有技術(shù)，但其中沒有技術(shù)采用在高于約5kbar的壓力下的超臨界溶劑。從同時需要以下的觀點(diǎn)，現(xiàn)存方法中還沒有商業(yè)可行的：(i)如傳統(tǒng)硅和砷化鎵襯底那樣，生產(chǎn)適合于切割為晶片的大的(≥2″直徑)單晶晶錠(boule)；(ii)生產(chǎn)高質(zhì)量晶體，特征為低濃度雜質(zhì)和位錯及窄x-射線搖擺曲線；和(iii)為了適中的成本生產(chǎn)，足夠高的生長速率。

如最初由Slack和McNelly[J.Cryst.Growth?34,263(1976)and?42,560(1977)]公開的，已可提供迄今為止生長的最大晶體的塊材AlN生長的技術(shù)為升華-再濃縮。然而，該技術(shù)需要極高的溫度(約2250℃)，包括與能夠引起壓力和污染的坩堝接觸，趨于生產(chǎn)具有大量位錯濃度、小角度晶界和多晶域的晶體。幾位作者已公開了在超臨界氨中小AlN晶體的生長，著名地為Peters[J.Cryst.Growth?104,411(1990)]、Kolis等人[Mater.Res.Soc.Symp.Proc.495,367(1998)]、Dwilinski等人[Diamond?Relat.Mater.7,1348(1998)]和Demazeau等人[High?Pressure?Research?18,227(2000)]。然而，這些后者的方法受最大壓力2-5kbar和最大溫度400-600℃下可得設(shè)備(高壓釜)的類型的限制，生產(chǎn)的晶體在微米尺寸范圍內(nèi)，生長速率非常低。也已報導(dǎo)在液體熔劑如Ca₃N₂[美國專利3,450,499]或Na₃AlF₆[RB?Campbell等人，Technical?Report?AFAPL-TR-67-23(1967)]中的AlN生長，但在各情況下生產(chǎn)的晶體為不大于1mm。

據(jù)我們所知，還沒有報導(dǎo)通過任何方法的InN的單晶生長。本發(fā)明人已公開在超臨界氨中生長高質(zhì)量GaN晶體的方法。然而，這些方法直接應(yīng)用于生長AlN是不成功的。Al和In均比Ga更親氧，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，為了在超臨界氨中晶體生長的成功，需要減少原料的氧化物含量。

此處提供用于制備高質(zhì)量氮化物晶體的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

在一方面中，本發(fā)明涉及用于生長氮化物晶體的方法，其包括以下步驟：提供包含低于1重量百分比氧的源材料；提供礦化劑；任選地，提供一個以上的晶種；提供囊體(capsule)；用含氮溶劑如氨填充該囊體；在高于約550℃的溫度下和高于約2kbar的壓力下在超臨界流體中處理該囊體和內(nèi)含物，以生長晶體成分。

在又一方面中，本發(fā)明涉及氮化物晶體，其包括從具有至少1mm直徑的單核生長的單晶，沒有橫向應(yīng)變和傾斜晶界，具有低于約10⁴cm^-2的位錯密度，其中所述氮化物晶體選自由InGaN、AlGaInN、InGaN、AlGaNInN和AlN組成的組。