由原料的熔体制造晶体的装置的方法及由此获得的晶片制造方法及图纸

用于由原料的熔体制造晶体的装置，包括：用于接收熔体的坩埚，坩埚具有包含第一横截面面积的第一部分且具有用于接收籽晶且包含第二横截面面积的第二部分，第二横截面面积小于第一横截面面积，第一部分和第二部分直接地彼此连接或经由从第一部分至第二部分渐缩的第三部分而彼此连接，以便容许在定向温度场内进行从籽晶开始至熔体固化的结晶，坩埚的第一部分具有中心轴线，第二部分被布置成从第一部分的中心轴线侧向地偏移。本申请还涉及一种由原料的熔体(16)制造晶体(14)的方法，以利用该方法所获得的晶片。依据本申请的技术方案，在制造具有增加的电功率密度和/或光功率密度的构件时的良品率显著地提高，并因此提高构件生产的经济效率。

【技术实现步骤摘要】
由原料的熔体制造晶体的装置的方法及由此获得的晶片
本专利技术涉及用于制造没有残余应力和位错的AIII-BV-单晶以及特别地砷化镓或磷化铟单晶的装置和方法，并且进一步涉及使用由与待制造的半导体单晶相同的半导体材料形成的籽晶通过冻结或固化半导体材料的熔体而由所述单晶制造的晶片。
技术介绍
关于砷化镓或磷化铟衬底晶片在制造具有增加的功率密度的发光构件(例如边缘发射半导体激光器或垂直腔表面发射半导体激光器)中的应用，位错充当不发光的复合中心并且因此充当分别影响良品率和寿命的缺陷。因此，如今在这样的应用中使用位错低的AIII-BV衬底晶片。AIII-BV单晶或晶片在本文中表示选自元素周期系统的III族和V族的化合物的晶体。位错的产生基于材料的弹性和塑性特征以及温度场的曲率的存在，所述温度场的曲率在晶体的冷却(在它固化之后)期间导致应力。作为生长方法，由于温度场的相对小的曲率，大致上可能仅仅考虑VerticalBridgeman(VB)或VerticalGradientFreeze(VGF)方法，或者以类似的方式用热方法执行的方法(例如，参见M.Jurisch等人在HandbookofCrystalGrowthBulkCrystalGrowth：BasicTechniques第二卷，A部分，第二版，第9章中的“VerticalBridgmanGrowthofBinaryCompoundSemiconductors”，2015年)。DE19912486A1描述一种用于生长砷化镓晶体的设备。所述设备包括：坩埚，所述坩埚布置于炉中并且被构造成在第一部分和第二部分内接收原料熔体，所述第一部分包含具有较大直径的第一横截面面积，所述较大直径大致对应于最终制造的单晶的直径，所述第二部分具体地接收充当所述熔体的结晶的起点的籽晶，所述第二部分具有相对较小的直径并且被表示为籽晶通道。所述籽晶本身具有大约40mm的长度，以及对应于籽晶通道的直径的大约8mm的直径。由于文件中所提出的措施-籽晶自由地站立于籽晶通道中并且在籽晶通道的部分中籽晶与坩埚之间的空间被填充以液态三氧化二硼(B2O3)-在已经生长的晶体的横截面区域中获得1000cm-2至10000cm-2的位错密度。可以通过添加所谓的晶格硬化掺杂剂(例如硼、硅、锌、硫)来阻止位错的形成，例如参见A.G.Elliot等人的JournalofCrystalGrowth70(1984)169-178或B.Pichaud等人的JournalofCrystalGrowth71(1985)648-654。例如，US2006/0081306A1或US7,214,269B2描述依照VerticalBridgeman(VB)方法-或VerticalGradientFreeze(VGF)方法对硅掺杂的砷化镓单晶的制造。因此，所使用的坩埚由pBN(热解氮化硼)形成并且具有80mm的直径以及300mm的长度，其中籽晶通道具有10mm的直径。通过添加硅，在晶体的横截面区域中获得5000cm-2的平均位错密度。现今，关于硅掺杂的GaAs的制造，对于具有100mm或150mm的直径的晶片，通常获得小于100cm-2的平均位错密度，或者对于具有200mm的直径的晶片，通常获得小于5000cm-2的平均位错密度(例如，M.Morishita等人在“DevelopmentofSi-doped8-inchGaAssubstrates”中的ConferenceProceedingsCSMANTECH2018，其从http://csmantech2018.conferencespot.org/65967-gmi-1.4165182/t0017-1.4165620/f0017-1.4165621/0128-0199-000053-1.4165656/ap074-1.4165657下载；或者日本东京DOWA电子材料有限公司的产品目录，其中从http://www.dowa-electronics.co.jp/semicon/e/gaas/gaas.html#semi下载；加拿大弗里蒙特市AXT股份有限公司或者日本大阪Sumitomo电子工业有限公司)。在不添加晶格硬化掺杂剂的情况下，对于具有100mm和150mm的直径的晶片，可以获得1500cm-2至10000cm-2的平均位错密度，或者对于具有200mm的直径的晶片，可以获得小于12000cm-2的平均位错密度(参见上面的参考文献)。为了确定位错密度，存在标准化测量方法(SEMIM83：用于确定III-V化合物半导体的单晶中的位错蚀刻坑密度的测试方法，SEMIM36-用于测量低位错密度的砷化镓晶片中的蚀刻坑密度(EPD)的测试方法)。关于表面取向与晶体学取向{100}相差不超过15°的晶片，通过选择性蚀刻而使位错可见。因此，形成具有大约30–60μm的延伸的蚀刻坑，可以使用光学显微镜(放大倍数为大约50倍至200倍)对所述蚀刻坑进行计数。对于具有低位错密度的材料，通常施加具有0.25mm2至1mm2的面积的测量场-其中分析考虑例如1mm的边缘排除的整个晶片表面。作为针对每个测量场测量的量，各自获得局部蚀刻坑密度EPDL。局部蚀刻坑密度的算术平均值产生晶片的平均蚀刻坑密度EPDav。此外，与测量场的总数量相比，可以将具有等于或小于预定极限值的EPDL的值的测量场的数量的相对量指定为具有0cm-2的局部蚀刻坑密度的测量场(没有位错的测量场)的相对量，例如P(EPDL＝0cm-2)。关于具有非常低的位错的材料，将包含于测量场中的位错蚀刻坑的总数量指定为EPC(蚀刻坑计数)也可能是有意义的。如果测量场覆盖整个晶片表面，则可以获得包含于晶片中的位错的总数量EPCtotal(总蚀刻坑计数)。为了确定单晶的位错密度，在开始时(晶体的被首先冻结或固化的区域)以及在结束时(晶体的最后被冻结或固化的区域)测量多个晶片、无论如何至少一个晶片。在US2006/0081306A1或US7,214,269B2中，由晶体制造的衬底晶片的所公开的特性在5000cm-2或更小的位错密度下包含(0.1–5.0)×1018cm-3的载流子浓度。然而，对于具有高电功率密度和光功率密度的电气和/或光学构件，需要甚至显著地更低的位错密度。通过添加影响晶格的硬化的掺杂剂，可以减小半导体晶体的位错密度。在JP2000-086398A中公开一种方法，其中通过另外掺杂以硅和硼，可以将p-导电的、锌掺杂的砷化镓晶体的位错密度减小至低于500cm-2的值。在US2004/0187768A1中公开一种进一步减小位错密度的方法。由于为晶体另外掺杂被以等电子方式包含至砷化镓的晶格中的元素，例如除了硅(Si)、锌(Zn)以及硼(B)之外的铟，如果遵照具体的且相互协调的掺杂剂原子浓度，则甚至可以将p-导电砷化镓晶体中的位错密度减小至低于100cm-2的值。如此得到的单晶的载流子浓度达1.0×1017cm-3至6.0×1018cm-3。在US2004/0187768A1中依照VB-方法根据一个实施例制造的单晶(参见其中的图4)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于由原料的熔体(16)制造晶体(14)的装置(1，1“，1“‘)，包括：/n用于接收所述熔体(16)的坩埚(2‘，2“，2“‘)，所述坩埚(2‘，2“，2“‘)具有包含第一横截面面积的第一部分(4‘，4“)并且具有用于接收籽晶(12)且包含第二横截面面积的第二部分(6‘)，其中，所述第二横截面面积小于所述第一横截面面积，并且所述第一部分和所述第二部分直接地彼此连接或经由从所述第一部分至所述第二部分渐缩的第三部分(8，8‘)而彼此连接，以便容许在定向温度场(T)内进行从所述籽晶(12)开始至熔体固化的结晶，其中所述坩埚(2‘，2“，2“‘)的第一部分(4‘，4“)具有中心轴线(M)，并且所述第二部分(6‘)被布置成从所述第一部分(4‘，4“)的中心轴线(M)侧向地偏移(v)。/n

【技术特征摘要】
20190607 DE 102019208389.71.一种用于由原料的熔体(16)制造晶体(14)的装置(1，1“，1“‘)，包括：
用于接收所述熔体(16)的坩埚(2‘，2“，2“‘)，所述坩埚(2‘，2“，2“‘)具有包含第一横截面面积的第一部分(4‘，4“)并且具有用于接收籽晶(12)且包含第二横截面面积的第二部分(6‘)，其中，所述第二横截面面积小于所述第一横截面面积，并且所述第一部分和所述第二部分直接地彼此连接或经由从所述第一部分至所述第二部分渐缩的第三部分(8，8‘)而彼此连接，以便容许在定向温度场(T)内进行从所述籽晶(12)开始至熔体固化的结晶，其中所述坩埚(2‘，2“，2“‘)的第一部分(4‘，4“)具有中心轴线(M)，并且所述第二部分(6‘)被布置成从所述第一部分(4‘，4“)的中心轴线(M)侧向地偏移(v)。


2.一种用于由原料的熔体(16)制造晶体(14)的装置(1)，包括：
用于接收所述熔体(16)的坩埚(2‘，2“，2“‘)，所述坩埚(2‘，2“，2“‘)具有包含第一横截面面积的第一部分(4‘，4“)，并且具有用于接收籽晶(12)且包含第二横截面面积的第二部分(6‘)，其中所述第二横截面面积小于所述第一横截面面积，所述第一部分和所述第二部分直接地彼此连接或经由从所述第一部分至所述第二部分渐缩的第三部分(8‘)彼此连接，以便容许在定向温度场(T)内进行从所述籽晶(12)开始至熔体(16)固化的结晶，
其中，所述装置(1)被构造成用于制造具有公称直径的晶体(14)，所述公称直径将在生长所述晶体(14)的步骤之后的后处理步骤中获得，
其中，所述第一部分(4‘，4“)具有内径(d“，d“‘)，所述内径(d“，d“‘)与所述第一部分(4‘，4“)的垂直于所述中心轴线(M)的横截面面积相关联，并且所述内径(d“，d“‘)比所述公称直径(d)大2mm或比所述公称直径大多于2mm，并且所述内径比所述公称直径(d)大至多20mm。


3.一种用于由原料的熔体(16)制造晶体(14)的装置(1)，包括：
用于接收所述熔体(16)的坩埚(2，2“‘)，所述坩埚(2，2“‘)具有包含第一横截面面积的第一部分(4，4“)，并且具有用于接收籽晶(12)且包含第二横截面面积的第二部分(6，6‘)，其中所述第二横截面面积小于所述第一横截面面积，所述第一部分和所述第二部分直接地彼此连接或经由从所述第一部分至所述第二部分渐缩的第三部分(8‘)而彼此连接，以便容许在定向温度场(T)内进行从所述籽晶(12)开始至熔体(16)固化的结晶，
其中，所述第二部分(6，6‘)沿着它的中心轴线(M)的方向具有长度(k‘)，其中所述长度(k‘)达40mm至120mm，所述40mm至120mm的范围包含边界值。


4.一种由原料的熔体(16)制造晶体(14)的方法，其特征在于：使用用于接收所述熔体(16)的坩埚(2，2“‘)，所述坩埚(2，2“‘)具有包含第一横截面面积的第一部分(4，4“)，并且具有用于接收籽晶(12)且包含第二横截面面积的第二部分(6‘)，
其中，所述第二横截面面积小于所述第一横截面面积，并且所述第一部分和所述第二部分直接地彼此连接或经由从所述第一部分至所述第二部分渐缩的第三部分(8，8‘)而彼此连...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·艾什勒，M·罗舍尔，D·祖佩尔，U·克雷策，B·温纳特，
申请(专利权)人：弗赖贝格化合物原料有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE