一种半导体化合物材料，优选Ⅲ－Ｎ块体晶体或Ⅲ－Ｎ层，其借助于氢化物气相外延法（ＨＶＰＥ）在反应器中制得，其中在载气混合物中，在所述反应器中形成由局部质量流率表示的流量曲线。所述混合物可以将一或多种反应气体携带向衬底。在此过程中，不依赖于在反应器中形成的所述流量曲线地，调节对于反应气体的反应以及沉积而言重要的、在所述衬底表面上的氢气浓度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种从气相制备半导体化合物材料的方法，特别是制备III-N层或III-N块体晶体(Bulkkristallen )的以及自支撑的 (freistehenden) III-N衬底的，它们是从III-N块体晶体获得的。本专利技术进一步涉及一种相应的装置，即，反应器，以及涉及具有特 定性质的III-N层、III-N块体晶体或者自支撑的III-N衬底。技术背景已知的半导体化合物物质可以例举的有元素周期表第III及第V主 族元素的组合。重要的典型代表有砷化镓(GaAs)，其在高频技术或光电 子领域用作基体材料。特别地，在光电子器件例如蓝色LEDs(发光二极 管)制造领域，这些半导体化合物的氮化物近年来已经引起了特别注意， 尤其是氮化镓(GaN)。所述半导体化合物材料的氮化物被称为III-N材料。在此，"III" 表示至少一种选自铝、镓及铟(在下文中缩写为Al、 Ga或In)的元素周 期表第in主族元素，而"N"表示第V主族元素氮。可以将这些材料制 造为自支撑III-N村底，其非常适合作为制造光电子及微电子器件的基 础衬底。传统上，在工业实用中，用于(A1、 Ga、 In)N基的发光二极管或激 光二极管的器件实质上在异质村底(Fremdsubstraten)例如Al203 (蓝宝石) 或SiC(碳化硅)上生长。但是，由于使用异质衬底，会产生与晶体品质有关的缺陷。也就是 说，那些晶格彼此之间没有良好匹配。这必定导致所述器件的寿命及效 率降低。一种解决手段是在自支撑III-N衬底例如(Al、 Ga、 In)N-衬底上生长。但是，后者至今尚未获得足够的品质。其原因实质上是基于熔融的传统晶块培育(Bulkztichtungs-)技术中的困难，这是由于在典型生长 温度下，氮的极高的平衡蒸汽压超过ni-N化合物。即使是在培育磷化 铟(InP)的情况下，在相应温度下即已存在30巴的压力。所述氮的压力 将仍然达到高出几个数量级。目前商业上可行的用于培育(A1、 Ga、 In)N-衬底的方法为氢化物气 相外延法(HVPE)。早在1969年，H. P.Maruska及J. J. Tietjen已经描述 过该方法(Applied Physics Letters 15 (1969)第327-329页)。使用 该方法，从以金属状态存在的第III主族元素的源以及从第V主族元素 的氩化合物进行晶体培育。举例来说，为了制备氮化镓，在800-900'C高温下将镓暴露于氯化 氢(HC1)中。其反应生成氯化镓，并在HVPE反应器中且在甚至更高的大 约1， 000-1， 100t:的生长温度下于所述衬底附近接触到氨(NH3)。由相应 的反应，氮化镓(GaN)沉积在所述衬底上。所述HVPE-方法与众不同的特 点在于在相对较好的结晶度下每小时50-250 jum的高生长速率。但是，为了形成具有高度精确的层厚度均匀性的薄层，目前盛行的 还有金属有机气相外延法(MOVPE)。关于所述HVPE法，基本上可存在两种用于培育(A1、 Ga、 In)N-衬底 的方案(a) 从气相中在异质村底上外延培育111-N材料，继而从所述异质 衬底分离，和(b) 借助于气相外延法在III-N衬底上培育厚的III-N块体晶体 (即所谓梨晶(Boule))，继而分离所述块体晶体，例如通过锯割。对于方案(a)，首先出现了一个问题，即，如何实现将所培育的材料 从所述异质衬底分离。M. Kelly等人(Jpn. J.A卯l.Phys.第38巻，1999， L217-L219页)提出，将通过氢化物气相外延(HVPE)法生长在由蓝宝石 (Ah03)构成的衬底上的厚GaN层从该蓝宝石衬底剥离。为此目的，用激 光束照射所述覆盖有GaN的蓝宝石衬底。因此，在向着所述蓝宝石衬底 的边界处的所述GaN层局部受热分解并从所述蓝宝石衬底脱离。可选地，也可以对所述衬底进行湿化学蚀刻(例如，GaAs: K. Motoki 等人，Jap. J. Appl. Phys.第40巻，2001， L140-L143页)、干化学蚀刻(例 如，SiC; Melnik等人，Mat. Res. Soc. Symp. Proc.第482巻，1998，第 269-274页)或机械研磨(例如，蓝宝石；H. -M. Kim等人， Mat.Res.Soc. Symp.Proc.第639巻,2001， G6. 51. 1-G6. 51. 6页)。对于方案(b) ， Vaudo等人在US 6, 596， 079 A中提出了根据所述HVPE 法的具有1、 4或10 mm以上长度的梨晶晶体的培育方法。通过线锯 (Drahtsagen)及另外的加工步骤，例如，化学-机械抛光、反应性离子束 蚀刻或光-电化学蚀刻，从所述块体晶体得到III-N衬底。此外，Vaudo 等人在WO 01/68955 Al中还描述了通过此技术制备的III-N块体晶体及 III-N衬底。为了将反应气体在反应器腔室中引导向所述衬底，使用所谓的载气。 所述载气是基本上化学中性的，用来调节所希望的流量曲线 (Str6mungsprofile)以能够使所述反应气体定位于所述衬底上，以及 防止所述反应气体过早反应而因此在所述反应器壁上或在所述反应器腔 室的内部组件上寄生沉积(parasiUrer Abscheidung)。作为载气，已知的有，例如，氮气、氢气(Maruska等人及Motoki 等人；参考文献见上)或可选的氩气(Melnik等人)。还已知可混合栽气。 例如，已有建议将氢气和氮气以经实验预先确定的比例混合作为栽气从 而改善所得到的晶体品质(C. Dam等人，J. Cryst. Growth 285 (2005)第 31-40 页以及F. Habel， Annual Report 2003 ， Optoelectronics Department, Universitat Ulm，第77-80页)。但是，另一方面仍存在一个问题,即，由于氢气相对于例如氮气的 混合比例的变化，所述反应器腔室内的流量比也可能变化并因此使得整 个所迷衬底上的生长速率分布的均匀性可能改变(C.Dam等人及 M. Meyyappan等人，J. Vac. Sci. Technol. A16 (1998)，第685-688页)。 因此，难以同时控制在所述反应器腔室内的气体稳定流动和所述反应的 效率。专利技术描述因此，本专利技术的目的在于提供一种方法，其可以使所要得到的晶体 的结晶度及均匀性进一步改善。所述目的通过具有根据权利要求1和16的特征的方法，以及通过具 有根据权利要求22的特征的HVPE-反应器，以及通过根据权利要求24 和25的所得到的III-N晶体得以解决。根据本专利技术，生产出有掺杂或无掺杂的且半导电或半绝缘性的半导 体化合物材料。特别地，制得了 in-v晶体。优选地，所述方法用于生 成III-N晶体。在氮化镓-(GaN)-晶体情况下，获得特别的好处。本专利技术 还包括不同的上述上位定义所包括的其他具体化合物。根据本专利技术的第一个方面，半导体化合物材料通过气相外延法在反 应器中制得，其中在栽气混合物中，形成由局部质量流率所代表的所述 反应器中的流量曲线。在此，所述混合物能沿着衬底方向本文档来自技高网...
【技术保护点】
通过气相外延法在反应器（１０，２０）中制备半导体化合物材料的方法，其中，在可以沿着衬底（７，１６）的方向携带一或多种反应气体的载气混合物中，在反应器中形成由局部质量流率所代表的流量曲线，其特征在于， 通过调节在所述混合物中的第一载气的 体积流量比例实现在所述衬底（７，１６）表面上的氢气浓度的预定值，以及 由此形成的对所述反应器（１０，２０）中流量曲线的影响，通过调节所述混合物中第二和第三载气的各自体积流量比例得以补偿，从而获得预定的、不依赖于所述氢气浓度的流量曲线。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：G雷贝格，F哈贝尔，S艾什勒，
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：DE[]
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