获得单晶含镓氮化物的方法以及由该方法获得的单晶含镓氮化物的制作方法_2

文档序号:9793560阅读:来源:国知局
[0020]优选地,以相对于氨为0.0005至0.05的摩尔比引入吸氧剂。
[0021 ]优选地,吸氧剂由钙或稀土元素、优选钆或钇、或其组合构成。
[0022]优选地,受主掺杂剂由镁、锌、镉或铍、或其组合(混合物)构成。
[0023]优选地,以单质即以金属形式或以化合物形式引入所述吸氧剂与所述受主掺杂剂,所述化合物优选选自叠氮化物、酰胺、酰亚胺、酰胺酰亚胺以及氢化物,其中,将这些组分单独地或组合地引入,并且在组合引入的情况下,使用单质的混合物或化合物的混合物、金属间化合物或者合金。
[0024]优选地,将吸氧剂和/或受主掺杂剂与矿化剂一起引入过程环境。
[0025]优选地,矿化剂以相对于氨为0.005至0.5的摩尔比包含钠或钾。
[0026]在本发明的特别优选的实施方案中,获得了化学计量比的氮化镓GaN。
[0027]优选地,根据本发明的方法在具有大于600cm3、更优选大于9000cm3的体积的高压釜中进行。
[0028]本发明还包括通过以上方法获得的单晶含镓氮化物,其以至少0.1ppm的量包含第I族(IUPAC,1989)的至少一种元素,所述单晶含镓氮化物的特征在于,其以不高于I X119Cnf3、优选不高于3 X 118Cnf3、最优选不高于I X 118Cnf3的浓度包含氧。
[0029]在第一个优选实施方案中,本发明的氮化物是η型导电材料。
[0030]在这种情况下,其以不高于1乂1018011—3、更优选不高于3乂1017(^—3、最优选不高于1X 117Cnf3的浓度包含选自镁、锌、镉或铍的受主,其中氧浓度相对于受主的总浓度的比不低于1.2。
[0031]优选地,作为η型材料,本发明的氮化物显示出不高于7X 1018cm—3、更优选不高于2X 118Cnf3,最优选不高于7 X 117Cnf3的载流子(自由电子)浓度。
[0032]在第二个优选实施方案中,本发明的氮化物是P型导电材料。
[0033]在这种情况下,其以不高于2乂1019011—3、更优选不高于6\1018(^—3、最优选不高于2X 118Cnf3的浓度包含选自镁、锌、镉或铍的受主,氧浓度相对于受主的总浓度的比不低于
0.5ο
[0034]优选地,作为P型材料,本发明的氮化物显示出低于5X 117Cnf3的载流子(自由空穴)的浓度。
[0035]在第三个优选实施方案中,本发明的氮化物是高电阻(半绝缘)材料。
[0036]在这种情况下,其以不高于1\1019011—3、更优选不高于3\1018(^—3、最优选不高于1X 118Cnf3的浓度包含选自镁、锌、镉或铍的受主,其中氧浓度相对于受主的总浓度的比的范围为0.5至1.2。
[0037]优选地,作为高电阻(半绝缘)材料,本发明的氮化物具有大于1Χ105Ω.cm、更优选大于I XlO6 Ω.cm、最优选大于I X 19 Ω.cm的电阻率。
[0038]在本发明的特别优选的实施方案中,本发明的氮化物是化学计量比的氮化镓GaN。
[0039]含镓氮化物是在其结构中至少具有镓原子和氮原子的化合物。含镓氮化物因此为至少二组分化合物GaN、三组分化合物AlGaN、InGaN以及四组分化合物Al InGaN,其优选以高于掺杂水平的水平包含大量的镓。在该化合物的结构中,其他元素相对于镓的组成可以在不干扰结晶技术中氨碱性的程度上变化。
[0040]含镓原料是含镓氮化物或其前驱体。作为原料可以使用:金属镓,通过熔融法、HNP法、HVPE法获得的GaN,或者作为在超临界含氨溶剂中的反应的结果由金属镓获得的多晶GaN0
[0041]矿化剂是在超临界含氨溶剂中提供一种或更多种碱金属离子,并且辅助原料(和含镓氮化物)的溶解的物质。
[0042]超临界含氨溶剂是其中包含一种或更多种碱金属离子的至少由氨构成的超临界溶剂,所述离子辅助含镓氮化物的溶解。超临界含氨溶剂还可以包含氨的衍生物和/或它们的混合物,尤其是肼。
【具体实施方式】
[0043]实施例1.获得经掺杂的GaN(Ca: NH3 = 0.0005,Mg: NH3 = 0.000005,Na: NH3 = 0.04)
[0044]在体积为600cm3的高压釜中,在溶解区域中放置107.8g(约1.3moI)多晶GaN并添加有0.22g Ca(5.6mmol)及I.3mg Mg(0.05mmol)作为原料。还向高压爸引入10.34g(约449mmo I)具有4N纯度的金属钠。
[0045]使用通过HVPE法或通过从超临界含氨溶剂结晶而获得的18片单晶氮化镓作为晶种,单晶氮化镓垂直于单晶的c轴取向,直径为约25_(1英寸),各自的厚度为约500μπι。将晶种放置在高压釜的结晶区域中。
[0046]然后,以191g(约11.2mol)的量用氨(5Ν)填充高压釜,将其封闭并放入熔炉装置中。
[0047]以约0.5°C/分钟的速度将溶解区域加热至450°C。此时,没有加热结晶区域。在溶解区域中到达450°C的预定温度后,即过程开始约15小时后,结晶区域中的温度为约170°C。在高压釜中使这个温度分布维持4天。此时,镓被部分携带至溶液,未溶解的镓完全转换成多晶GaN。然后,将结晶区域中的温度升高(以约0.1°C/分钟的速度)至550°C,而溶解区域中的温度保持不变。高压釜中的压力为约410MPa。这个温度分布的结果是在高压釜中区域之间出现对流,并且因此氮化镓从(上方)溶解区域化学运输至(下方)结晶区域,在结晶区域中沉积在晶种上。将获得的温度分布(即,溶解区域中为450°C,结晶区域为550°C)维持接下来的56天(至过程结束)。
[0048]作为过程的结果,在溶解区域中原料(S卩,多晶GaN)部分溶解,并且在晶种上生长(在每个晶种上)约1.75mm(在单晶的C轴方向上测量)的单晶氮化镓。由于该过程,获得了自由电子浓度为4.8父1018011—3、电阻率为2\10120.cm的η型导电材料。通过二次离子质谱(S頂S)测量出的氧浓度为9.0 X 1018cm—3,Mg的浓度为9.5 X 116Cnf3。
[0049]实施例2.获得经掺杂的6&叭0&:順3= 0.005,]\%:順3 = 0.000005,1(:順3 = 0.08)
[0050]在体积为9300cm3的高压釜中,在溶解区域中放置1.3kg (约16.3mo I)多晶GaN并添加有37.6g Ca(940mmol)和23mg Mg(0.9mmol)作为原料。
[0051 ] 还向高压釜中引入了588g(约15mol)具有4N的纯度的金属钾。
[0052]使用通过HVPE法或通过从超临界含氨溶剂结晶而获得的60片单晶氮化镓作为晶种,单晶氮化镓垂直于单晶的c轴取向,直径为约50mm(2英寸),各自的厚度为约1500μπι。将晶种放置在高压釜的结晶区域中。
[0053]然后,以3.2kg(约188mol)的量用氨(5Ν)填充高压釜,将其闭合并放入熔炉装置。
[0054]加热(以约0.5°C/分钟的速度)溶解区域至550°C。此时,没有加热溶解区域。在溶解区域中到达450°C的预定温度后,即反应开始的约15小时后,结晶区域中的温度为约170°C。在高压釜中将这个温度分布维持4天。此时,镓被部分携带至溶液,未溶解的镓完全转换成多晶GaN。然后,将结晶区域中的温度升高(以约0.1°C/分钟的速度)至550°C,而溶解区域中的温度保持不变。高压釜中的压力为约410MPa。这个温度分布的结果是在高压釜中区域之间出现对流,并且因此氮化镓从(上方)溶解区域化学运输至(下方)结晶区域,在结晶区域中沉积在晶种上。将获得的温度分布(即,溶解区域中为450°C,结晶区域为550°C)维持接下来的56天(至过程结束)。
[0055]作为过程的结果,获得了(在每个晶种上)厚度约为1.8mm(在单晶的c轴方向测量)的GaN层。获得了电阻率为5 X 10—2 Ω.cm、自由电子浓度为1.2 X 1018cm—3的η型导电的导电材料。通过二次离子质谱(S頂S)测量出的氧浓度为9.4 X 117Cnf3,Mg的浓度为9.0 X 116Cm
-3
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[0056]实施例3.获
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