PL182968B1 - Method fo obtaining gallium nitride monocrystals and epitaxial layers - Google Patents

Method fo obtaining gallium nitride monocrystals and epitaxial layers

Info

Publication number
PL182968B1
PL182968B1 PL96317773A PL31777396A PL182968B1 PL 182968 B1 PL182968 B1 PL 182968B1 PL 96317773 A PL96317773 A PL 96317773A PL 31777396 A PL31777396 A PL 31777396A PL 182968 B1 PL182968 B1 PL 182968B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
gallium
zone
gallium nitride
epitaxial layers
temperature
Prior art date
Application number
PL96317773A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL317773A1 (en
Inventor
Grzegorz Kamler
Beata Pytlarczyk
Sławomir Podsiadło
Original Assignee
Politechnika Warszawska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Warszawska filed Critical Politechnika Warszawska
Priority to PL96317773A priority Critical patent/PL182968B1/en
Publication of PL317773A1 publication Critical patent/PL317773A1/en
Publication of PL182968B1 publication Critical patent/PL182968B1/en

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania monokryształów i warstw monokrystalicznych azotku galu. GaN jest półprzewodnikiem o wysokiej wartości przerwy zabronionej i jest używany do produkcji fotodiod oraz laserów emitujących promieniowanie nadfioletowe lub niebieskie światło. Związek ten zachowuje właściwości półprzewodzące do wysokiej temperatury (znacznie wyższej niż krzem) i dlatego jest predysponowany do produkcji z niego elementów półprzewodnikowych pracujących w wysokich temperaturach, w sterowaniu silnikami spalinowymi i lotniczymi oraz w hutnictwie i wierceniach geologicznych.The present invention relates to a method of producing monocrystalline and monocrystalline gallium nitride layers. GaN is a semiconductor with a high band gap and is used in the production of photodiodes and lasers that emit ultraviolet or blue light. This compound retains its semiconductor properties up to high temperature (much higher than silicon) and is therefore predisposed for the production of semiconductor components operating at high temperatures, in the control of combustion and aircraft engines, as well as in metallurgy and geological drilling.

W europejskim opisie patentowym nr 0401972 przedstawiony jest periodyczny sposób otrzymywania azotku galu oraz kilku innych pierwiastków, w którym prowadzi się reakcję chlorku metalu z amoniakiem w niskotemperaturowej plazmie. Wadą metody są stosunkowo wysokie koszty aparatury i energii oraz wprowadzanie do układu reakcyjnego jonów chlorkowych, co jest niekorzystne w przypadku zastosowania tak otrzymanego GaN w elektronice.The European Patent No. 0401972 describes a batch method for the preparation of gallium nitride and several other elements, in which metal chloride is reacted with ammonia in a low-temperature plasma. The disadvantage of the method is the relatively high costs of equipment and energy, and the introduction of chloride ions into the reaction system, which is disadvantageous in the case of using the GaN thus obtained in electronics.

W rosyjskim opisie patentowym nr 683 505 przedstawiono metodę otrzymywania polikrystalicznego proszku GaN w reakcji ciekłego galu z amoniakiem w temperaturze 380-420°C. Stwierdzono, że LiH działa jako katalizator tej reakcji. Jednak tym sposobem nie można otrzymać monokryształów i warstw epitaksjalnych.Russian Patent No. 683,505 describes a method of obtaining polycrystalline GaN powder by reacting liquid gallium with ammonia at a temperature of 380-420 ° C. LiH has been found to act as a catalyst for this reaction. However, single crystals and epitaxial layers cannot be obtained with this method.

Metodę otrzymywania monokrystalicznych warstw GaN przedstawiono w międzynarodowym opisie patentowym nr WO 92/16966. Wiązka cząsteczkowego gazowego galu oraz aktywowany atomowy i jonowy azot są dostarczane do komory wzrostu. Proces składa się z dwóch etapów: niskotemperaturowego etapu nukleacji przebiegającego w temperaturze 100-400°C i wysokotemperaturowego etapu wzrostu w temperaturze 600-900°C. Preferowanym źródłem aktywowanego azotu jest plazma pochodząca z elektronowego cyklotronu rezonansu mikrofalowego. Ten sposób jest bardzo skomplikowany i kosztowny. Główną wadą jest konieczność jonizowania azotu.The method of obtaining monocrystalline GaN layers is described in the international patent specification No. WO 92/16966. A beam of molecular gallium gas and activated atomic and ionic nitrogen are supplied to the growth chamber. The process consists of two stages: a low-temperature nucleation stage at 100-400 ° C and a high-temperature growth stage at 600-900 ° C. The preferred source of activated nitrogen is plasma derived from an electron microwave resonance cyclotron. This method is very complicated and expensive. The main disadvantage is the need to ionize nitrogen.

W międzynarodowym opisie patentowym nr WO 94/18120 zaprezentowana jest metoda otrzymywania azotku galu i azotków kilku innych pierwiastków. Ciekły gal reaguje z amoniakiem w młynie kulowym w temperaturze 28-100°C. I w tym przypadku produktem reakcji jest drobny proszek, a nie monokryształ.In the international patent specification No. WO 94/18120 a method of obtaining gallium nitride and nitrides of several other elements is presented. The liquid gallium reacts with the ammonia in the ball mill at 28-100 ° C. Again, the reaction product is a fine powder, not a single crystal.

W amerykańskim opisie patentowym nr US 005122845 przedstawiono metodę otrzymywania monokrystalicznych warstw GaN w fazie gazowej na podłożu z szafiru z wykorzystaniem różnych związków metaloorganicznych galu. Wadą tej metody jest użycie jako substratu związków metaloorganicznych. Proces jest więc wydłużony o etap otrzymywania tych związków. Nie bez znaczenia jest fakt, że są to związki palne.US 005122845 describes a method for the preparation of gas-phase monocrystalline GaN layers on a sapphire substrate using various organometallic gallium compounds. The disadvantage of this method is the use of organometallic compounds as a substrate. The process is therefore extended by the step of obtaining these compounds. It is not without significance that they are flammable compounds.

182 968182 968

Celem wynalazku było opracowanie nieskomplikowanej technologicznie metody otrzymywania monokryształów oraz warstw epitaksjalnych azotku galu, z użyciem najłatwiej dostępnych substratów'.The aim of the invention was to develop a technologically uncomplicated method of obtaining gallium nitride single crystals and epitaxial layers, using the most readily available substrates.

Sposób wytwarzania monokryształów i warstw epitaksjalnych azotku galu według wynalazku charakteryzuje się tym, że porcję metalicznego galu umieszcza się w naczyniu ustawionym w poziomej rurze w strumieniu gazu nośnego, którym jest N2, H2 lub gaz obojętny, taki jak Ar lub He, w pierwszej strefie pieca rurowego, w temperaturze 100-1400°C. Gaz nośny doprowadza się z szybkością 0,1-20 cm/s. Pary galu przenosi się przy pomocy gazu nośnego do drugiej strefy pieca, do której doprowadza się strumień amoniaku z szybkością 0,1-20 cm/s. W drugiej strefie umieszcza się podłoże wykonane z azotku krzemu, węglika krzemu lub trójtlenku glinu oraz utrzymuje się temperaturę w zakresie 100-1400°C. Pary galu stykają się w drugiej strefie z amoniakiem. W wyniku reakcji gazowego galu z amoniakiem na podłożu rosną monokryształy lub epitaksjalne warstwy GaN.The method of producing gallium nitride monocrystals and epitaxial layers according to the invention is characterized in that a portion of gallium metal is placed in a vessel arranged in a horizontal tube in a stream of a carrier gas such as N2, H2 or an inert gas such as Ar or He in the first zone of the furnace pipe, at a temperature of 100-1400 ° C. The carrier gas is fed at a rate of 0.1-20 cm / s. The gallium vapors are transferred by the carrier gas to the second zone of the furnace to which the ammonia stream is fed at a rate of 0.1-20 cm / s. In the second zone, a substrate made of silicon nitride, silicon carbide or aluminum trioxide is placed and the temperature is maintained in the range of 100-1400 ° C. Gallium vapors are in contact with ammonia in the second zone. As a result of the reaction of gallium gas with ammonia, single crystals or epitaxial GaN layers grow on the substrate.

Sposób według wynalazku umożliwia otrzymanie monokryształów lub warstw epitaksjalnych azotku galu z najprostszych substratów i bez znaczących problemów technologicznych. Proces nie wymaga drogiej i skomplikowanej aparatury - używane są najprostsze, typowe urządzenia.The method according to the invention makes it possible to obtain single crystals or epitaxial layers of gallium nitride from the simplest substrates and without significant technological problems. The process does not require expensive and complicated equipment - the simplest, typical devices are used.

Sposób według wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach stosowania. Schemat przykładowego urządzenia został przedstawiony na rysunku.The method according to the invention is presented in more detail in the application examples. The diagram of an exemplary device is presented in the figure.

Przykład 1.Example 1.

5g galu umieszczono w piecu 1 w naczyniu 2 ustawionym w poziomej rurze 3, do której doprowadzono azot przepływający z szybkością 8 cm/s. Temperatura w pierwszej strefie grzejnej wynosiła 850°C. Przez wlot 4 doprowadzono strumień amoniaku z szybkością 0,5 cm/s. W drugiej strefie pieca umieszczono podłoże 5 wykonane z azotku krzemu i utrzymywano temperaturę 1100°C. W tych warunkach na podłożu 5 w czasie 6h wzrastają, monokryształy GaN o kształcie igieł o wymiarach 4 x 0,2 mm.5g of gallium was placed in a furnace 1 in a vessel 2 positioned in a horizontal pipe 3 supplied with nitrogen flowing at a rate of 8 cm / s. The temperature in the first heating zone was 850 ° C. A stream of ammonia was supplied through inlet 4 at a rate of 0.5 cm / sec. A substrate 5 made of silicon nitride was placed in the second zone of the furnace and maintained at 1100 ° C. Under these conditions, needle-shaped GaN single crystals with dimensions of 4 x 0.2 mm grow during 6h on the substrate 5.

Przykład 2.Example 2.

5g metalicznego galu umieszczono w naczyniu 2 ustawionym w poziomej rurze 3 w strumieniu argonu przepływającego z szybkością 5 cm/s, przy czym temperatura w pierwszej strefie grzejnej wynosiła 1000°C. W tych warunkach na monokrystalicznym podłożu 5 z trójtlenku glinu znajdującym się w drugiej strefie pieca w temperaturze 1050°C w czasie 5h wzrastała warstwa monokrystaliczna GaN o grubości 0,5 mm. Szybkość przepływu amoniaku w reaktorze wynosiła 0,75 cm/s.5 g of metallic gallium was placed in a vessel 2 positioned in a horizontal tube 3 in a stream of argon flowing at a rate of 5 cm / s, the temperature in the first heating zone being 1000 ° C. Under these conditions, a monocrystalline GaN layer 0.5 mm thick was growing on the monocrystalline aluminum trioxide substrate 5 located in the second zone of the furnace at the temperature of 1050 ° C during 5 hours. The flow rate of ammonia in the reactor was 0.75 cm / s.

182 968182 968

Strefa I -\ ,— Strefa IIZone I - \, - Zone II

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Mintage 50 copies Price PLN 2.00.

Claims (1)

Zastrzeżenie patentowePatent claim Sposób wytwarzania monokryształów i warstw epitaksjalnych azotku galu w reakcji galu z amoniakiem, znamienny tym, ze gal umieszcza się w pierwszej strefie pieca w naczyniu znajdującym się w rurze, do której doprowadza się gaz nośny, którym jest N2, H2 lub gaz obojętny, taki jak Ar lub He, z szybkością 0,1-20 cm/s, w temperaturze 100-1400°C, a następnie pary galu przenosi się przy pomocy gazu nośnego do drugiej strefy pieca, w której umieszcza się podłoże wykonane z azotku krzemu, węglika krzemu lub trójtlenku glinu, i do której doprowadza się strumień amoniaku z szybkością 0,1-20 cm/s, przy czym w drugiej strefie pieca utrzymuje się temperaturę 100-1400°C.A method of producing gallium nitride single crystals and epitaxial layers by reacting gallium with ammonia, characterized by placing gallium in the first zone of the furnace in a vessel in a pipe fed with a carrier gas such as N2, H2 or an inert gas such as Ar or He, at a rate of 0.1-20 cm / s, at a temperature of 100-1400 ° C, then gallium vapor is transferred by means of a carrier gas to the second zone of the furnace, where a substrate made of silicon nitride, silicon carbide is placed or aluminum trioxide, and fed with a stream of ammonia at a rate of 0.1-20 cm / sec, while the temperature in the second zone of the furnace is kept at 100-1400 ° C.
PL96317773A 1996-12-31 1996-12-31 Method fo obtaining gallium nitride monocrystals and epitaxial layers PL182968B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL96317773A PL182968B1 (en) 1996-12-31 1996-12-31 Method fo obtaining gallium nitride monocrystals and epitaxial layers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL96317773A PL182968B1 (en) 1996-12-31 1996-12-31 Method fo obtaining gallium nitride monocrystals and epitaxial layers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL317773A1 PL317773A1 (en) 1998-07-06
PL182968B1 true PL182968B1 (en) 2002-05-31

Family

ID=20068945

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL96317773A PL182968B1 (en) 1996-12-31 1996-12-31 Method fo obtaining gallium nitride monocrystals and epitaxial layers

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL182968B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130295363A1 (en) * 2004-08-20 2013-11-07 Mitsubishi Chemical Corporation Metal nitrides and process for production thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130295363A1 (en) * 2004-08-20 2013-11-07 Mitsubishi Chemical Corporation Metal nitrides and process for production thereof

Also Published As

Publication number Publication date
PL317773A1 (en) 1998-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6406540B1 (en) Process and apparatus for the growth of nitride materials
EP1796150B1 (en) Method for algan vapor-phase growth
PL173917B1 (en) Method of obtaining a crystalline lamellar structure
JPS58135117A (en) Preparation of diamond
RU2007118155A (en) METHOD FOR PRODUCING GaN OR AlGaN CRYSTALS
Treece et al. Rapid synthesis of gallium phosphide and gallium arsenide from solid-state precursors
USRE47114E1 (en) Polycrystalline group III metal nitride with getter and method of making
US20080118648A1 (en) Method For The Production Of Group III Nitride Bulk Crystals Or Crystal Layers From Fused Metals
PL182968B1 (en) Method fo obtaining gallium nitride monocrystals and epitaxial layers
Shibata et al. Synthesis of gallium nitride by ammonia injection into gallium melt
WO1998019964A1 (en) Method for the synthesis of group iii nitride crystals
Nishinaga et al. Effect of growth parameters on the epitaxial growth of BP on Si substrate
US11753739B2 (en) Method for manufacturing a group III-nitride crystal comprising supplying a group III-element oxide gas and a nitrogen element-containng gas at a supersation ratio of greater than 1 and equal to or less than 5
Hara et al. High-rate particle growth using GaCl and NH3 as sources in two-stage vapor-phase method for synthesis of GaN powders
PL184897B1 (en) Method of producing monocrystals and gallium and/or aluminium nitride layers
JPS6115150B2 (en)
JPS60169563A (en) Manufacture and device for telluride metal
JPS61291495A (en) Production of silicon carbide single crystal base
JP4779848B2 (en) Group 13 metal nitride crystal manufacturing method and semiconductor device manufacturing method using the same
Igarashi Heteroepitaxial Growth of GaN1-xPx (x\lesssim0. 06) on Sapphire Substrates
JP2965653B2 (en) Organic metal growth method
Red'kin et al. Chemical vapor deposition of GaN from gallium and ammonium chloride
JP2615409B2 (en) Synthesis of boron nitride by pyrolysis
Andrews et al. The synthesis and layer growth of zinc silicon arsenide, ZnSiAs2, by chemical vapor deposition in an open flow system
JP2714824B2 (en) Molecular beam epitaxial growth method and apparatus for implementing the method

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Decisions on the lapse of the protection rights

Effective date: 20051231