DE1667656A1 - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridkristallen fuer Halbleitervorrichtungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridkristallen fuer Halbleitervorrichtungen

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DE1667656A1 DE19671667656 DE1667656A DE1667656A1 DE 1667656 A1 DE1667656 A1 DE 1667656A1 DE 19671667656 DE19671667656 DE 19671667656 DE 1667656 A DE1667656 A DE 1667656A DE 1667656 A1 DE1667656 A1 DE 1667656A1
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Description

N.V.Philips1 Gloeilampenfabrieken
Abschrift
"Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridkristallen für Halbleitervorrichtungen"
Es ist uekanat, daß Aluminiumnitridkristalle durch RekrlötallinierunK und/oder Kondensation aus der Dampfphase bei Temperaturen von l800°C bis 23000C in Stickstoff atmosphärischen Drucks hergestellt werden können.
Auf diese V/eise entstehen aber im wesentlichen nadel form ige Kristal.Le und außerdem manchmal noch plattenförmige Kristalle geringer Abmessungen, vielfach nicht breiter als
Für- Anwendungen in der Halbleitertechnik ist es aber von Bedeutung', auch "x\,(:V gcössere plattenförmige Kristalle ·/■.-,-r P Ug en zu können.
liaoii der Eri'i \\<\ -\-:\\r, w-'rdf.-n solche platt··-nförm ige KristnLLe dadurch ii--r-p .:> L' (It, daß Aluminiumnitrid atf ρ labten Γ· W1-migen il ic i n\wVu rbl>dkri stal len au:; der Gasphase durch IW--krirjtn J. 1 L:; i ur<iny und/oder Kond«;nsation be.-i Tern per;: tut- .m von iR00°f: t<i:; 2^00"1C nl>ff;iM;l7.l wird. Kh tritt dann < i π •"-pi tax ia I ·■(· 'JuO1I:; an don Π i I iciumkarbidkri stn L Lon auf.
109826/1269
BAD GRiG-MM,
f-1 .-J -
-Z-
Bekanntlich können plattenförmige Siliciumkarbldkristalle durch Rekristallisierung und/oder Kondensation in einer inerten Gasatmosphäre in einem von SiLiciumkarbid begrenzten Raum bei einer Temperatur von etwa ?500°C hergestelit werden. Wenn dabei das Auftreten von Temperaturgradienten und Gaswirbelangen möglichst vermieden wird, wachsen dabei etwa senkrecht zur Raumwand gut gestaltete, plattenförmige Siliciumkarbidkristalle mit einer Oberfläche bis 1 cm2.
Die Leitungseigenschaften dieser Kristalle können, wie weiter bereits bekannt, dadurch eingestellt werden, daß der Gasatmosphäre während des Kristaliwuchses Dotierungen, z.B. Stickstoff, Bor und Aluminium, zugeführt werden.
Nach der Erfindung hat sich weiterhin ergeben, daß, wenn das Anwachsen des Aluminiumnitrids an den SLliciumkarbidkristallen durchgeführt wird, während diese sich noch in dem von Siliciumkarbid begrenzten Raum befindet, in dem sie gebildet wurden, bei Temperaturen von l800°C bis 21000C nur ein epitaxialer Wuchs von Aluminiumnitrid erfolgt, jedoch bei Temperaturen von 21000C bis 2j5OO°C Mischkristalle von Aluminiumnitrid und Siliciumkarbid entstehen. Die Zusammensetzung dieser· Mischkristalle ist durch die Wahl der Temperatur im erwähnten Temperaturbereich einstellbar, wobei, der Gehalt an Siliciumkarbid bis auf 100$ bei 2300°C ansteigt, da bei dieser Temperatur das Aluminiumnitrid völlig zersetzt wird.
Der In dieser Beschreibung und den Patent-ansprüchen verwendete Ausdruck "ALuminiumnitrIdkristaL le" ro IL derart t'iufVei'nßt werden, daß dnrLn auch die AluniLniumni uridm i.schkrh;taLle e inb^grifft η sind.
1098 26/1 209
-7. J
Die Leitungseigenschaften der Aluminiumnitridkristalle und Mischkristalle sind durch die Zuführung von Do~ tierungen, wie Schwefel, zur Gasatmosphäre beim Anwach« sen einstellbar.
Die erzielten Kombinationen eines Siliciumkarbidkristalles mit einem Aluminiumnitridkristall können vorteilhaft als "Hetero-junction" in optoelektrischen Vorrichtungen, wie pn-Lichtquellen, Anwendung finden.
Weiterhin sind diese Kristallkombinationen als auch die .Aluminiumnitridkristalle selber, von denen der Substratkristall aus Siliciumkarbid, z.B. durch Abschleifen, entfernt wurde, bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen, wie Transistoren und Dioden, insbesondere sur Verwendung bei hohen Temperaturen verwendbar.
Die Erfindung wird im nachfolgenden an Hand der Zeichnung durch einige Beispiele verdeutlicht.
Beispiel 1;
Wie in Fig. 1 im Schnitt dargestellt, wird in ein Graphitrohr 1 ein Kern 2 eingesetzt und der dazwischen liegende Raum mit reinem Siliciumkarbid 3 ausgefüllt, das durch Pyrolyse von SiHCIpCH., in Wasserstoff erhalten ist.
Das Silieiunikarbidpulver wird angedrückt und der Kern 2 vorsichtig entfernt, worauf das Ganze gesintert wird.
Das entstandene Gefäß, welches aus dem GraphitzyX:U:äer 1 und dem Siliciumkarbidzylinder 4 besteht, wird bsiierseits durch Platten 5 verschlossen, wie in Fig. 2 i?.rge-
.. K 109826/1269
stellt. Anschließend wird in einem Quarzgefäß in Argon atmosphärischen Drucks mittels der Hochfrequenzspule 7 auf 2550oC erhitzt. Dabei entstehen etwa senkrecht zur Zylinderwand durch Rekristallisierung und/cder Kondensation plattenförmige Siliciumkarbidkristalle 8.
Die auf diese Weise hergestellten Siliciumkarbidkristalle werden als Substrat bei der Herstellung von Aluminiumnitridkristallen verwendet. Dazu können die Kristalle von der Zylinderwand abgebrochen und anschließend zur weiteren Verarbeitung in einem Graphitrohr angebracht werden, z.B. durch Einklemmen in Nuten in der Rohrwaridung. Vorzugsweise erfolgt aber das Anwachsen von Aluminiumnitrid an den Siliciumkarbidkristallen in dem Zylinder, in dem sie gebildet sind.
Dazu wird die Platte 5 am unteren Ende der Zylinder i und > durch ein Grapliitgefäß 9 ersetzt, in welches ein mit Aluminium Ii gefüllter- Becher 10 aus Aluminiumoxyd eingesetzt ist.
Das in Fig. 3 dargestellte Gebilde wird dann 2 Stunden lang in Ammoniak atsie sphärischen Drucks bei 1^000C erhitzt, wobei das Alunsiniu" in Nitrid umgesetzt wird,
Nachdem die AffliEc/-iakatmosphäre durch Stickstoff ersetzt worden ist, wird iie Temperatur desjenigen Teiles der Apparatur, in de-": sicm das Aluminiumnitrid befindet, auf IQOO0C gebracht und die Temperatur der Siiieiumkarbiä» kristalle auf 2GC-U^C gesteigert. Dacei wächst Aluminiumnitrid epitaxial an den Kristallen,
Vielfach -vrolg.x, '.uf einer Sexte der Ών.ϋκΐΐ« weniger caei/ ms.z^hiii^ i so· :-'■' Überhaupt- ;:?-:jä t:-:t v:,u:;·« von Aluminium-
UÖS28/ 1 26S
nitrid. Wenn das epitaxiale Anwachsen J5 Stunden lang fortgesetzt wird, entstehen Stärken von 100 bis 200 μπι.
Schließlich kann das Siliciumkarbid durch Abschleifen entfernt werden, so daß plattenförmige, nur aus Aluminium-
2 nitrid bestehende Kristalle mit Oberflächen bis 1 cm erhalten werden.
Beispiel 2;
Auf die an Hand von Pig. 1, 2 und j5 beschriebene Weise werden η-Typ Siliciumkarbidkristalle durch Rekristallisierung und/oder Kondensation in einer Argonatmosphäre mit 0,1$ Stickstoff gebildet. An diesen Kristallen wird epitaxial p-Typ Aluminiumnitrid in einer Stickstoffatmosphäre mit 0,1 % Schwefelwasserstoff angewachsen.
Aus den erzielten Kristallkombinationen werden Plättchen
von 1 mm gesägt, die durch das Aufschmelzen einer Goldlegierung mit 5 % Tantal bei 130O0C mit Kontakten versehen werden. Die entstandene Diode mit "Heterojunction" strahlt bei Belastung mit 10 V JO mA blaues Licht aus.
Beispiel 3;
Auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise wird Aluminiumnitrid an Siliciumkarbidkristallen angewachsen. Die SiC-Kristalle werden aber während des Anwachsens auf 22500C gehalten. Polglich entsteht ein epitaxialer Wuchs von Misch kristallen mit der Zusammensetzung 90 % AlN und 10 % SiC an den SiC-Kristallen.
Patentansprüche
- 6 109826/ 1269

Claims (7)

Pa tentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridkristallen, bei dem Aluminiumnitrid durch Rekristallisierung und/ oder Kondensation aus der Gasphase bei Temperaturen von l800°C bis 25000C abgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumnitridkristalle epitaxial an plattenförmigen Siliciumkarbidkristallen angewachsen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an plattenförmigen Siliciumkarbidkristallen, die durch Rekristallisierung und/oder Kondensation in einem von Siliciumkarbid begrenzten Raum gebildet sind, in diesem Raum bei Temperaturen von l800°C bis 21000C angewachsen wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1, zur Herstellung von Aluminiumnitridmischkristallen, dadurch gekennzeichnet, daß an plattenförmigen Siliciumkarbidkristallen, die durch Rekristallisierung und/oder Kondensation in einem von Siliciumkarbid begrenzten Raum gebildet sind, in diesem Raum bei Temperaturen von 21000C bis 23000C angewachsen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Kristallwuchses über die Gasatmosphäre Dotierungen zugeführt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Siliciumkarbid bestehende Substratkristall entfernt wird.
6. Kristalle und Kristallkombinationen, die nach einem der Ansprüche 1 bis 5 erhalten sind.
7. Halbleitervorrichtungen mit Kristallen und Kristallkombinationen nach Anspruch 6.
109826/1269
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