PL205721B1 - Podłoże do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych (54) z azotków pierwiastków Grupy XIII oraz sposób wytwarzania podłoża do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest podłoże do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków grupy XIII, zbudowane z podłoża pierwotnego z monokrystalicznego azotku zawierającego pierwiastki grupy XIII, w formie płytki zorientowanej prostopadle do osi <I>c<D>, o wysokiej powierzchniowej gęstości dyslokacji ľ rzędu 10⁶ do 10⁹/cm², pokrytego przynajmniej od strony pierwiastka grupy XIII warstwą monokrystalicznego azotku zawierającego gal o powierzchniowej gęstości dyslokacji poniżej 10⁶/cm², a najkorzystniej poniżej 10⁵/cm², a najkorzystniej poniżej 10⁴/cm², naniesioną metodą krystalizacji z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego. Wynalazek obejmuje także sposób wytwarzania powyższego podłoża do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków grupy XIII, w którym w autoklawie, używając amoniaku oraz mineralizatora, wytwarza się nadkrytyczny roztwór amoniakalny, w którym dokonuje się rozpuszczania materiału źródłowego zawierającego gal w temperaturze i przy ciśnieniu rozpuszczania oraz dokonuje się krystalizacji żądanego azotku zawierającego gal z nadkrytycznego roztworu na powierzchni zarodka, którym jest podłoże pierwotne w temperaturze krystalizacji wyższej i/lub przy ciśnieniu krystalizacji niższym niż temperatura i ciśnienie rozpuszczania. Ponadto wynalazek obejmuje zastosowanie opisanego podłoża w produkcji struktur półprzewodnikowych wymagających podłoża azotkowego o odpowiednio niskiej powierzchniowej gęstości dyslokacji, jak również struktury półprzewodnikowe osadzone na opisanym podłożu.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest podłoże do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII oraz sposób wytwarzania takiego podłoża do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII. Wynalazkiem objęte są również struktury półprzewodnikowe osadzone na podłożu według wynalazku, a takż e zastosowanie takiego podł o ż a w produkcji struktur pół przewodnikowych wymagają cych podł oża azotkowego o odpowiednio niskiej powierzchniowej gęstości dyslokacji

W ostatnich latach, w światowym przemyśle optoelektronicznym obserwuje się wzrastające zapotrzebowanie na podłoża do epitaksji z monokrystalicznych azotków pierwiastków Grupy XIII (numeracja grup według konwencji IUPAC z 1989 stosowana jest konsekwentnie w poniższym opisie i w towarzyszących mu zastrzeż eniach patentowych), a zwłaszcza azotków zawierających gal, które z uwagi na swoje własności stanowią korzystny materiał do wytwarzania szerokiego wachlarza mikroelektronicznych struktur, takich jak diody emitujące światło LED oraz struktury laserowe LD, cechujące się emisją światła o niskich długościach fal od niebieskiego do ultrafioletowego.

Do wytwarzania powyższych struktur półprzewodnikowych niezbędne są monokrystaliczne podłoża do epitaksji wysokiej jakości, cechujące się dużą powierzchnią podatną na epitaksjalne osadzanie warstw półprzewodnikowych, a jednocześnie niską gęstością powierzchniową dyslokacji.

W użyciu są technologie wytwarzania podłoży z monokrystalicznych azotków pierwiastków Grupy XIII oparte na procesach epitaksji odpowiednich związków z fazy gazowej, przykładowo HVPE, MOCVD, a także metodą MBE. Tak otrzymywane podłoża charakteryzują się niekorzystną, wysoką powierzchniową gęstością dyslokacji na poziomie nawet 10⁹/cm². Zastosowanie struktur typu ELOG pozwala obniżyć gęstość dyslokacji do poziomu 10⁶/cm² jest to jednak nadal gęstość zbyt wysoka dla poprawnego funkcjonowania wielu przyrządów elektronicznych i optoelektronicznych, w szczególności półprzewodnikowych laserów wysokiej mocy. Ponadto, wykorzystując struktury typu ELOG powyższe obniżenie gęstości dyslokacji osiąga się metodą wielokrotnego powtarzania procesu wytwarzania tych struktur na powierzchni monokryształu i prowadzenia wzrostu metodą bocznego narastania.

Choć znana jest również metoda HNP otrzymywania monokrystalicznych azotków zawierających gal, jej praktyczne wykorzystanie do masowej produkcji podłoży do epitaksji nie jest możliwe, z uwagi na zbyt wolne tempo wzrostu kryształ ów oraz ich niewystarczają ce rozmiary. Ze wzglę du jednak na znakomitą jakość kryształów wytwarzanych tą metodą prace badawcze są kontynuowane.

Ostatnio, w polskim zgłoszeniu patentowym numer P-347918 ujawniono sposób otrzymywania monokrystalicznych objętościowych azotków zawierających gal, reprezentowanych przez azotek galu poprzez ich rekrystalizację z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego.

W wyniku dalszych prac badawczych nad sposobem znanym ze zgł oszenia nr P-347918, obecnie nieoczekiwanie okazało się, że osadzając warstwę azotku zawierającego gal na podłożu pierwotnym z monokrystalicznego azotku zawierającego pierwiastki Grupy XIII, metodą rekrystalizacji z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego uzyskuje się w pojedynczym procesie znaczne obniżenie powierzchniowej gęstości dyslokacji w osadzonej warstwie w porównaniu z powierzchniową gęstością dyslokacji w monokrystalicznym podłożu pierwotnym, bez potrzeby wykorzystywania struktur typu ELOG.

Celem wynalazku jest zatem zapewnienie podłoża do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych, zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII oraz sposobu wytwarzania podłoża do epitaksjalnego osadzania takich struktur półprzewodnikowych.

Podłoże do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII, według wynalazku cechuje się tym, że jest zbudowane z podłoża pierwotnego z monokrystalicznego azotku zawierającego pierwiastki Grupy XIII, w formie płytki zorientowanej prostopadle do osi c, o wysokiej powierzchniowej gęstości dyslokacji - rzędu 10⁶ do 10⁹/cm², pokrytego przynajmniej od strony pierwiastka Grupy XIII warstwą monokrystalicznego azotku zawierającego gal o powierzchniowej gęstości dyslokacji poniżej 10⁶/cm², korzystnie poniżej 10⁵/cm², a najkorzystniej poniżej 10⁴/cm², naniesionej metodą krystalizacji z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego.

Korzystnie, podłoże według wynalazku cechuje się tym, że podłoże pierwotne ma formę płytki o powierzchni nie mniejszej niż 10 mm².

Korzystnie, podłoże pierwotne jest zbudowane z monokrystalicznego azotku zawierającego gal, korzystnie z azotku galu, wytworzonego metodami epitaksji z fazy gazowej.

PL 205 721 B1

Korzystnie, warstwę azotku zawierającego gal, osadzoną metodą krystalizacji z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego, stanowi azotek galu.

Zgodnie z wynalazkiem, warstwa osadzoną metodą krystalizacji z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego ma grubość od 15 μm do 100 μm, korzystnie około 30 μm.

Obecny wynalazek obejmuje także sposób wytwarzania podłoża do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII, cechujący się tym, że na podłożu pierwotnym zbudowane z monokrystalicznego azotku zawierającego pierwiastki Grupy XIII, w formie płytki zorientowanej prostopadle do osi c monokryształu, o wysokiej powierzchniowej gęstości dyslokacji, rzędu 10⁶ do 10⁹/cm², osadza się - przynajmniej od strony pierwiastka Grupy XIII - monokrystaliczną warstwę żądanego azotku zawierającego gal, o obniżonej powierzchniowej gęstości dyslokacji, w ten sposób, że w autoklawie - używając amoniaku oraz mineralizatora w postaci pierwiastków Grupy I i/lub ich związków i/lub ich mieszanin, ewentualnie z dodatkiem pierwiastków Grupy II i/lub ich związków, zwłaszcza zawierających azot i/lub wodór, wytwarza się nadkrytyczny roztwór amoniakalny, w którym dokonuje się rozpuszczania materiału źródłowego zawierającego gal w temperaturze i przy ciśnieniu rozpuszczania oraz dokonuje się krystalizacji żądanego azotku zawierającego gal z nadkrytycznego roztworu na powierzchni zarodka, którym jest podłoże pierwotne, w temperaturze krystalizacji wyższej i/lub przy ciśnieniu krystalizacji niższym niż temperatura i ciśnienie rozpuszczania.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku, w procesie krystalizacji azotku zawierającego gal z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego wyodrębnia się dwie strefy temperaturowe, przy czym w strefie rozpuszczania umieszcza się materiał źródłowy, a w strefie krystalizacji umieszcza się podłoże pierwotne jako zarodek.

Korzystnie, strefa rozpuszczania usytuowana jest wyżej niż strefa krystalizacji.

Korzystnie, różnica temperatur między strefami podczas krystalizacji wynosi od 1°C do 150°C, korzystnie od 10°C do 100°C, przy czym w strefie krystalizacji temperatura jest nie niższa niż 350°C, korzystnie nie niższa niż 400°C, a najkorzystniej wynosi od około 500°C do 550°C.

W sposobie według wynalazku, jako podłoże pierwotne stosuje się korzystnie azotek zawierający gal wytworzony metodami epitaksji z fazy gazowej.

Zgodnie z wynalazkiem, korzystnym azotkiem zawierającym gal jest azotek galu.

Wynalazek obejmuje także struktury półprzewodnikowe osadzone na wyżej opisanym podłożu według wynalazku, zwłaszcza od strony pierwiastka Grupy XIII, a także zastosowanie takiego podłoża w produkcji struktur półprzewodnikowych wymagających podłoża azotkowego o odpowiednio niskiej powierzchniowej gęstości dyslokacji, w szczególności od strony pierwiastka Grupy XIII.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na osiągnięcie szeregu korzyści, spośród których najistotniejszą jest to, że w najkorzystniejszym przykładzie realizacji osadzenie warstwy azotku zawierającego gal, zwłaszcza azotku galu o niskiej wartości powierzchniowej gęstości dyslokacji, rzędu nawet 10⁴/cm² na stronie galowej korzystnego podłoża pierwotnego z monokrystalicznego azotku galu, o znacznie wyższej powierzchniowej gęstości dyslokacji w jednoetapowym procesie. Dodatkowo, tak zmodyfikowana strona galowa podłoża do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII, nie wymaga skomplikowanej obróbki, polegającej w szczególności na cięciu, szlifowaniu i/lub polerowaniu.

Wynalazek ilustrują bliżej załączone rysunki, na których:

Figura 1 przedstawia wykres zależności rozpuszczalności GaN w nadkrytycznym amoniaku zawierającym amidki potasu (z Mineralizator : NH3=0.07) od ciśnienia dla T=400°C i T=500°C, fig. 2 przedstawia przekrój osiowy autoklawu i zespołu pieców wykorzystywanych do realizacji sposobu według obecnego wynalazku, fig. 3 przedstawia rysunek perspektywiczny urządzenia przedstawionego w przekroju na rysunku fig. 2, fig. 4 i 5 przedstawiają wykres zmiany w czasie temperatury w autoklawie dla opisu przykładów I i II, odpowiednio, zaś fig. 6 przedstawia przekrój poprzeczny azotkowego lasera półprzewodnikowego wytworzonego na podłożu według wynalazku.

W poniższym opisie oraz towarzyszących mu zastrzeżeniach patentowych używane terminy techniczne należy rozumieć według niżej przedstawionych definicji:

Azotek zawierający gal jest związkiem chemicznym posiadającym w swojej strukturze co najmniej atom galu i atom azotu, jest to zatem co najmniej związek dwuskładnikowy GaN, związek trójskładnikowy AlGaN, InGaN oraz związek czteroskładnikowy AlInGaN, a skład innych pierwiastków względem galu w jego strukturze może być zmieniany w stopniu, który nie koliduje z amonozasado4

PL 205 721 B1 wym charakterem techniki osadzania warstwy azotku zawierającego gal z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego.

Strona pierwiastka Grupy XIII, strona galowa, strona azotowa: W kryształach o strukturze wurcytu wyróżnia się oś krystaliczną a oraz prostopadłą do niej oś c. W kryształach azotkowych pierwiastków Grupy XIII mających strukturę wurcytu powierzchnie krystaliczne prostopadłe do osi c nie są sobie równoważne. Przyjęło się nazywać je stroną pierwiastka Grupy XIII (ang. Group XIII elementterminated side) i stroną azotową (ang. nitrogen-terminated side). W szczególności w przypadku monokrystalicznego azotku galu GaN wyróżnia się stronę galową (gallium-terminated side, Ga-side) oraz stronę azotową (nitrogen-terminated side, N-side). Strony te różnią się pod względem własności chemicznych (np. podatności na trawienie) i fizycznych (np. odporności termicznej). W metodach epitaksji z fazy gazowej (np. HVPE, MOCVD) otrzymywane warstwy osadza się na stronie pierwiastka Grupy XIII.

Monokrystaliczna warstwa azotku zawierającego gal oznacza monokrystaliczną warstwę o niskiej powierzchniowej gęstości dyslokacji osadzoną na stronie pierwiastków Grupy XIII podłoża pierwotnego z azotku zawierającego pierwiastki Grupy XIII, o wyższej powierzchniowej gęstości dyslokacji, na której metodą MOCVD lub innymi metodami wzrostu epitaksjalnego takimi jak np. HVPE lub MBE mogą być wytwarzane urządzenia optoelektroniczne jak np. diody elektroluminescencyjne (LED) czy diody laserowe (LD).

Prekursor azotku zawierającego gal jest substancją lub mieszaniną zawierającą co najmniej gal, a ponadto mogącą zawierać metale alkaliczne, pierwiastki Grupy XIII (wg IUPAC 1989), azot i/lub wodór, oraz metaliczny gal, jego stopy lub związki metaliczne, wodorki, amidki, imidki, amido-imidki i azydki, które mogą tworzyć związki galowe rozpuszczalne w zdefiniowanym poniżej nadkrytycznym rozpuszczalniku amoniakalnym.

Materiałem źródłowym zawierającym gal jest azotek zawierający gal lub jego prekursor. Jako materiał źródłowy można użyć GaN otrzymany metodami topnikowymi (flux methods), metodą HNP, metodą HVPE, metodą MBE lub polikrystaliczny GaN uzyskany z metalicznego galu w wyniku reakcji w nadkrytycznym rozpuszczalniku amoniakalnym.

Nadkrytycznym rozpuszczalnikiem amoniakalnym jest nadkrytyczny rozpuszczalnik, składający się co najmniej z amoniaku, w którym zawarty jest jeden lub więcej rodzajów jonów metali alkalicznych, służący do rozpuszczenia azotku zawierającego gal.

Mineralizatorem jest substancja dostarczająca do nadkrytycznego rozpuszczalnika amoniakalnego jeden lub więcej rodzajów jonów metali alkalicznych, wspomagająca rozpuszczanie azotku zawierającego gal.

Rozpuszczanie materiału źródłowego zawierającego gal to odwracalny lub nieodwracalny proces tworzenia przez materiał źródłowy rozpuszczalnych w nadkrytycznym rozpuszczalniku związków galowych, na przykład kompleksów galowych. Kompleksy galowe to kompleksowe związki chemiczne, w których ligandy typu NH3 lub jego pochodnych NH2^-, NH^2- otaczają centralnie położony gal.

Nadkrytyczny roztwór amoniakalny oznacza roztwór powstały w wyniku rozpuszczenia w nadkrytycznym rozpuszczalniku amoniakalnym materiału źródłowego zawierającego gal.

Rozpuszczalność: Z naszych doświadczeń wynika, że w wystarczająco wysokiej temperaturze i ciś nieniu, mię dzy ciał em stał ym, jakim jest azotek zawieraj ą cy gal a nadkrytycznym roztworem mo ż e wystąpić stan równowagi. Dlatego też rozpuszczalność azotku zawierającego gal można zdefiniować jako równowagowe stężenie rozpuszczalnych związków galu otrzymanych we wspomnianym powyżej procesie rozpuszczania azotku zawierającego gal. W tym procesie stężenie równowagowe, tj. rozpuszczalność można regulować dokonując zmian składu rozpuszczalnika, temperatury i/lub ciśnienia.

Ujemny współczynnik temperaturowy rozpuszczalności oznacza, że przy zachowaniu wszystkich pozostałych parametrów, rozpuszczalność jest malejąca funkcją temperatury. Natomiast dodatni współczynnik ciśnieniowy rozpuszczalności oznacza, że przy zachowaniu wszystkich pozostałych parametrów rozpuszczalność jest rosnącą funkcją ciśnienia. Nasze badania pozwalają stwierdzić, że rozpuszczalność azotku zawierającego gal w nadkrytycznym rozpuszczalniku amoniakalnym, przynajmniej w zakresie temperatur od 300 do 550°C i ciśnieniu od 100 do 550MPa, wykazuje ujemny współczynnik temperaturowy i dodatni współczynnik ciśnieniowy.

Przesycenie: Jeżeli stężenie rozpuszczalnych związków galu w nadkrytycznym roztworze amoniakalnym jest wyższe niż rozpuszczalność azotku zawierającego gal w danych warunkach fizykochemicznych, to przesycenie nadkrytycznego roztworu amoniakalnego względem azotku zawierającego gal w tych warunkach można zdefiniować jako różnicę tego stężenia i rozpuszczalności.

PL 205 721 B1

Rozpuszczając azotek zawierający gal w układzie zamkniętym można osiągnąć stan przesycenia na przykład zwiększając temperaturę lub zmniejszając ciśnienie.

Transport chemiczny azotku zawierającego gal w nadkrytycznym roztworze amoniakalnym to ciągły proces obejmujący rozpuszczanie w nadkrytycznym roztworze materiału źródłowego zawierającego gal, przenoszenie przez nadkrytyczny roztwór rozpuszczalnych związków galowych, jak również krystalizację azotku zawierającego gal z przesyconego roztworu nadkrytycznego. Ogólnie, siłą napędową transportu chemicznego może być różnica temperatur, różnica ciśnień, różnica stężeń, lub też chemiczne lub fizyczne różnice pomiędzy rozpuszczanym materiałem źródłowym, a produktem krystalizacji. Dzięki sposobowi według wynalazku można uzyskać objętościowy monokrystaliczny azotek zawierający gal w wyniku transportu chemicznego w warunkach różnicy temperatur, przy czym konieczne jest utrzymywanie wyższej temperatury w strefie krystalizacji niż w strefie rozpuszczania.

Zarodek oznacza podłoże pierwotne zbudowane z monokrystalicznego azotku zawierającego pierwiastki Grupy XIII, w formie płytki zorientowanej prostopadle do osi c monokryształu, o wysokiej powierzchniowej gęstości dyslokacji, rzędu 10⁶ do 10⁹/cm². Korzystnie, zarodek ma formę płytki o powierzchni nie mniejszej niż 10 mm², zwłaszcza z monokrystalicznego azotku zawierającego gal, korzystnie azotku galu, wytworzonego metodami epitaksjalnymi, przykładowo MOCVD, HVPE lub MBE.

Spontaniczna krystalizacja z przesyconego nadkrytycznego roztworu amoniakalnego oznacza niepożądany proces nukleacji i wzrostu kryształów azotku zawierającego gal pojawiający się wewnątrz autoklawu w dowolnym miejscu za wyjątkiem powierzchni zarodka. Definicja obejmuje też wzrost na powierzchni zarodka, w którym uzyskiwany kryształ ma orientację odmienną od orientacji zarodka.

Selektywna krystalizacja na zarodku oznacza proces krystalizacji zachodzącej na powierzchni zarodka w nieobecności spontanicznej krystalizacji, lub też gdy spontaniczna krystalizacja występuje w zaniedbywalnym stopniu. Jest to proces niezbędny dla otrzymania monokryształu objętościowego, a zarazem jeden z elementów niniejszego wynalazku.

Temperatura i ciśnienie reakcji: W przykładach przedstawionych w niniejszym wynalazku pomiar rozkładu temperatury wewnątrz autoklawu został wykonany przy pustym autoklawie, a więc bez nadkrytycznego roztworu amoniakalnego. Wobec tego nie są to rzeczywiste temperatury procesu prowadzonego w warunkach nadkrytycznych. Pomiar ciśnienia był dokonywany bezpośrednio lub obliczany na podstawie danych fizykochemicznych rozpuszczalnika amoniakalnego dla zakładanej temperatury procesu i objętości autoklawu.

Autoklaw zawiera zamkniętą komorę reakcyjną, w której przeprowadzana jest krystalizacja w środowisku o charakterze amonozasadowym w zakresie temperatur i ciśnień wspomnianych powyżej.

Wykorzystanie techniki krystalizacji azotku zawierającego gal z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego wymaga starannego doboru parametrów tego procesu. Jak wynika z prac badawczych prowadzonych wcześniej przez twórców obecnego wynalazku GaN wykazuje dobrą rozpuszczalność w nadkrytycznym amoniaku, o ile wprowadzi się do niego metale alkaliczne lub ich związki, takie jak KNH2. Wykres z fig. 1 przedstawia rozpuszczalność GaN w nadkrytycznym rozpuszczalniku w funkcji ciśnienia dla temperatur 400 i 500°C, przy czym rozpuszczalność jest zdefiniowana poprzez procent molowy: Sm = GaN^roztwór : (KNH2 +NH3)x100%. W zaprezentowanym przypadku rozpuszczalnikiem jest roztwór KNH2 w nadkrytycznym amoniaku o stosunku molowym x = KNH2 : NH3 równym 0.07. Należy się spodziewać, że rozpuszczalność Sm jest gładką funkcją temperatury, ciśnienia oraz zawartości mineralizatora, wyrażającą się wzorem Sm=Sm(T,p,x). Niewielkie zmiany Sm można wyrazić następująco:

^ΔSm ~ ^(dSm^/dT)p.x ^ΔΤ + ^(dSm^/dp)T.x ^ΔΡ + ^(dSm^/dx)T,p ^Δχ, gdzie pochodne cząstkowe (dS_m/dT)_p,_x, (dS_m/dp)_T._x, (dS_m/dx)_T,_p określają zachowanie S_m ze zmianą poszczególnych parametrów. W niniejszym opisie pochodne te są nazywane „współczynnikami (np. (dS_m/dT)_p,_x jest „temperaturowym współczynnikiem rozpuszczalności).

Z wykresu przedstawionego na fig. 1 wynika, że rozpuszczalność jest rosnącą funkcją ciśnienia oraz malejącą funkcją temperatury. Zależności te umożliwiają otrzymywanie monokrystalicznego azotku zawierającego gal poprzez jego rozpuszczanie w warunkach wyższej rozpuszczalności oraz krystalizację w warunkach niższej rozpuszczalności. Ujemny współczynnik temperaturowy oznacza, że w obecności gradientu temperatury transport chemiczny azotku zawierającego gal wystąpi ze strefy rozpuszczania o niższej temperaturze do strefy krystalizacji o wyższej temperaturze. Okazało się, że również inne związki galu, a nawet gal metaliczny, mogą być źródłem rozpuszczalnych amonowych kompleksów galowych. Na przykład, do rozpuszczalnika o podanym wyżej składzie można wprowa6

PL 205 721 B1 dzić kompleksy galowe wychodząc z najprostszego substratu, jakim jest metaliczny gal. Następnie, poprzez odpowiednią zmianę warunków (np. podwyższenie temperatury), otrzymuje się roztwór przesycony względem azotku zawierającego gal i uzyskuje krystalizację na zarodku. Sposób ten umożliwia wzrost monokrystalicznej warstwy azotku zawierającego gal na zarodku, którym zgodnie z obecnym wynalazkiem jest podłoże pierwotne z azotku zawierającego pierwiastki Grupy XIII o wysokiej powierzchniowej gęstości dyslokacji. Sposób ten prowadzi w szczególności do wytworzenia stechiometrycznego azotku galu, otrzymywanego w postaci monokrystalicznej warstwy na podłożu pierwotnym, korzystnie także z azotku galu. Ze względu na fakt, że powyższa warstwa monokrystaliczna jest otrzymywana w nadkrytycznym roztworze zawierającym jony metali alkalicznych, to również i ona zawiera metale alkaliczne w ilości wyższej niż 0.1 ppm. Natomiast ze względu na chęć utrzymania czysto zasadowego charakteru nadkrytycznego roztworu, przede wszystkim w celu uniknięcia korozji aparatury, do rozpuszczalnika celowo nie wprowadza się halogenków. Sposób według wynalazku pozwala również na celowe zastąpienie części - korzystnie od 0.05 do 0.5 - Ga przez Al. Jeśli chodzi o inne właściwości fizyczne, powstająca monokrystaliczna warstwa azotku galu posiada powierzchniową gęstość dyslokacji poniżej 10⁶/cm², korzystniej poniżej 10⁵/cm², zaś najkorzystniej poniżej 10⁴/cm², nawet jeśli użyte podłoże pierwotne ma powierzchniową gęstość dyslokacji o rzędy wielkości wyższą. Ponadto, jej szerokość połówkowa refleksu rentgenowskiego od płaszczyzny (0002) wynosi poniżej 600 arcsec, korzystniej poniżej 300 arcsec, a najkorzystniej poniżej 60 arcsec. Uzyskano monokrystaliczną warstwę azotku galu na podłożu pierwotnym o gorszych parametrach posiadającą powierzchniową gęstość dyslokacji niższą od 10⁴/cm² i jednocześnie szerokość połówkową refleksu rentgenowskiego od płaszczyzny (0002) poniżej 60 arcsec, co gwarantuje odpowiednią jakość i żywotność urządzeń półprzewodnikowych formowanych na podłożu według wynalazku.

Badania przeprowadzone przez autorów niniejszego wynalazku pokazały, że jony metali alkalicznych mogą być wprowadzane do nadkrytycznego rozpuszczalnika amoniakalnego w postaci nie tylko pierwiastków, bądź związków takich wodorki, amidki, imidki, amido-imidki, azotki czy też azydki tychże metali. Ewentualny dodatek stanowią pierwiastki Grupy II lub ich związki.

Zgodnie z wynalazkiem podłoże do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII, jest korzystnie zbudowane z podłoża pierwotnego z monokrystalicznego azotku zawierającego gal, zwłaszcza z GaN, w formie płytki zorientowanej prostopadle do osi c, o wysokiej powierzchniowej gęstości dyslokacji - rzędu 10⁶ do 10⁹/cm², pokrytego przynajmniej od strony galowej warstwą monokrystalicznego azotku zawierającego gal o powierzchniowej gęstości dyslokacji poniżej 10⁶/cm², korzystnie poniżej 10⁵/cm², a najkorzystniej poniżej 10⁴/cm², naniesionej metodą krystalizacji z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego.

Korzystnie, rozmiar podłoża według wynalazku umożliwia dogodne nakładanie pożądanych struktur półprzewodnikowych, co oznacza, że podłoże pierwotne ma formę płytki o powierzchni nie mniejszej niż 10 mm , korzystnie płytki o średnicy około 2.5 cm.

Jak wspomniano wcześniej, obecny wynalazek obejmuje także sposób wytwarzania podłoża do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII, cechujący się tym, że na podłożu pierwotnym zbudowane z monokrystalicznego azotku zawierającego pierwiastki Grupy XIII, w formie płytki zorientowanej prostopadle do osi c monokryształu, o wysokiej powierzchniowej gęstości dyslokacji, rzędu 10⁶ do 10⁹/cm², osadza się - przynajmniej od strony pierwiastka Grupy XIII - monokrystaliczną warstwę żądanego azotku zawierającego gal, o obniżonej powierzchniowej gęstości dyslokacji, w ten sposób, że w autoklawie - używając amoniaku oraz mineralizatora w postaci pierwiastków Grupy I i/lub ich związków i/lub ich mieszanin, ewentualnie z dodatkiem pierwiastków Grupy II i/lub ich związków, zwłaszcza zawierających azot i/lub wodór, wytwarza się nadkrytyczny roztwór amoniakalny, w którym dokonuje się rozpuszczania materiału źródłowego zawierającego gal w temperaturze i przy ciśnieniu rozpuszczania oraz dokonuje się krystalizacji żądanego azotku zawierającego gal z nadkrytycznego roztworu na powierzchni zarodka, którym jest podłoże pierwotne, w temperaturze krystalizacji wyższej i/lub przy ciśnieniu krystalizacji niższym niż temperatura i ciśnienie rozpuszczania.

Materiałem źródłowym może być azotek zawierający gal podlegający odwracalnemu procesowi rozpuszczania w nadkrytycznym rozpuszczalniku amoniakalnym. Można też zastosować jego połączenie z metalicznym galem, który ulega nieodwracalnej reakcji w nadkrytycznym rozpuszczalniku.

W niniejszym wynalazku proces rozpuszczania i proces krystalizacji prowadzone są zazwyczaj równolegle, przy ich jednoczesnym rozdzieleniu przestrzennym w autoklawie. Innymi słowy, w autoklawie wytwarza się nadkrytyczny rozpuszczalnik amoniakalny zawierający jony metali alkalicznych,

PL 205 721 B1 w którym rozpuszczany jest materiał źródłowy zawierający gal i w warunkach wyższej temperatury i/lub niższego ciśnienia niż dla procesu rozpuszczania materiału źródłowego, dokonuje się krystalizacji azotku zawierającego gal z nadkrytycznego roztworu na powierzchni zarodka, będącego podłożem pierwotnym.

W tym celu w autoklawie równocześnie tworzy się przynajmniej dwie strefy różniące się temperaturą, materiał źródłowy zawierający gal umieszczony zostaje w strefie rozpuszczania o niskiej temperaturze, zaś zarodek w strefie krystalizacji o wysokiej temperaturze. Różnicę temperatur między strefą rozpuszczania a strefą krystalizacji należy ustalić tak, by zapewniła transport chemiczny w nadkrytycznym roztworze, który zasadniczo zachodzi przez konwekcję. Różnica temperatur między strefą rozpuszczania i strefą krystalizacji ma wartość większą niż 1°C i wynosi od 1°C do 150°C, korzystnie od 10°C do 100°C, przy czym w strefie krystalizacji temperatura jest nie niższa niż 350°C, korzystnie nie niższa niż 400°C, a najkorzystniej wynosi od około 500°C do 550°C.

Korzystnie, strefa rozpuszczania usytuowana jest wyżej niż strefa krystalizacji, a cały autoklaw jest ustawiony z lekkim odchyleniem od pionu.

W sposobie według wynalazku, jako pod łoże pierwotne stosuje się azotek zawierający gal wytworzony metodami epitaksji z fazy gazowej.

Zgodnie z wynalazkiem, korzystnym azotkiem zawierającym gal jest azotek galu.

Wynalazek obejmuje także struktury półprzewodnikowe osadzone na wyżej opisanym podłożu według wynalazku zwłaszcza od strony pierwiastka Grupy XIII. Dobra jakość krystaliczna monokrystalicznej warstwy azotku zawierającego gal wytwarzanej zgodnie ze sposobem według wynalazku eliminuje konieczność cięcia, szlifowania i/lub polerowania jej powierzchni, co przyczynia się do znacznego uproszenia produkcji półprzewodnikowych struktur zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII.

Urządzenie do wytwarzania podłoża do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII według wynalazku przestawione zostało na załączonym rysunku, fig. 2 i fig. 3. Podstawowym składnikiem urządzenia jest autoklaw 1 do uzyskania rozpuszczalnika w stanie nadkrytycznym, zaopatrzony w instalację 2 pozwalającą uzyskać transport chemiczny w roztworze nadkrytycznym wewnątrz autoklawu 1. Autoklaw 1 jest umieszczony w komorze 3 zespołu dwóch pieców 4 zaopatrzonych w urządzenia grzejne 5 i/lub chłodzące 6-1 i 6-2 oraz zabezpieczony w żądanym położeniu względem pieców 4 za pomocą śrubowego zespołu blokującego 7. Piece 4 są osadzone na łożu 8 i zabezpieczone za pomocą stalowych taśm 9 owiniętych wokół pieców 4 i łoża 8. Łoże 8 wraz z zespołem pieców 4 jest osadzone obrotowo w podstawie 10 i zabezpieczane w żądanym położeniu kątowym za pomocą blokady kołkowej 11, dzięki czemu reguluje się szybkość oraz rodzaj przepływu konwekcyjnego w autoklawie 1 W autoklawie 1 umieszczonym w zespole pieców 4 występuje przepływ konwekcyjny nadkrytycznego roztworu, ustalany instalacją 2, wykonaną w formie przegrody poziomej 12 zajmującej powyżej 70% powierzchni przekroju poprzecznego autoklawu, rozdzielającą w autoklawie 1 strefę rozpuszczania 13 i strefę krystalizacji 14. Przegroda pozioma 12 umieszczona jest w miejscu położonym mniej więcej w połowie długości autoklawu. Wysokość temperatury poszczególnych stref w autoklawie 1, w zakresie temperatur od 100 do 800°C, jest ustalana na piecach 4 za pomocą urządzenia sterowniczego 15. W autoklawie 1 strefa rozpuszczania 13 pokrywająca się ze strefą niskotemperaturową zespołu pieców 4, jest umiejscowiona powyżej poziomej przegrody lub poziomych przegród 12 i wprowadza się w tę strefę 13 materiał źródłowy 16. Materiał źródłowy wprowadzany jest w ilości takiej, by jego objętość nie przekraczała 50% objętości strefy rozpuszczania. Materiał źródłowy w postaci metalicznego galu, wprowadzany jest do tygli w ilości takiej, by objętość ograniczona tyglami nie przekraczała 80% objętości strefy rozpuszczania. Strefa krystalizacji 14 pokrywa się ze strefą wysokotemperaturową pieca 4 i jest umiejscowiona poniżej poziomej przegrody lub poziomych przegród 12. W strefie tej osadzony jest zarodek 17, stanowiący podłoże pierwotne, przy czym miejsce osadzenia tego zarodka 17 jest ustalone poniżej miejsca krzyżowania się konwekcyjnego strumienia wznoszącego i opadającego, ale nieco powyżej dna pieca. Strefa, w której znajduje się regulująca przepływ konwekcyjny instalacja 2, wyposażona jest w urządzenie chłodzące 6-1 umożliwiające jej schłodzenie. Dzięki temu tworzy się określona różnica temperatur pomiędzy strefą rozpuszczania 13 a strefą krystalizacji 14. Na wysokości dna strefy krystalizacji znajduje się urządzenie chłodzące 6-2, które pozwala na jej szybkie schłodzenie po zakończeniu procesu, co wydatnie zapobiega rozpuszczaniu się kryształu w czasie wychładzania pieca po procesie krystalizacji.

W poniższych przykładach, wynalazek jest bliżej opisany z odniesieniem do załączonych rysunków fig. 4 do 6.

PL 205 721 B1

P r z y k ł a d I.

W wysokociśnieniowym autoklawie o objętości 92 cm³ w strefie rozpuszczania umieszczono jako materiał źródłowy 6.3 g (ok. 90 mmol) metalicznego galu o czystości 6N, zaś w strefie krystalizacji umieszczono pięć kryształów zarodkowych w postaci podłoża pierwotnego z monokrystalicznego azotku galu otrzymanego metodą HVPE o grubości około 200 μm każdy oraz o całkowitym polu powierzchni 6.4 cm². Do autoklawu wprowadzono również 3.9 g (ok. 170 mmol) metalicznego sodu o czystości 4N. Następnie autoklaw napełniono amoniakiem (5N) w ilości 31.6 g, zamknięto i wprowadzono do zespołu pieców.

Strefę rozpuszczania ogrzano (z szybkością ok. 2°C/min) do 450°C. W tym czasie strefa krystalizacji nie była ogrzewana. Ogrzewanie strefy krystalizacji (z szybkością ok. 2°C/min) rozpoczęto w chwili, gdy strefa rozpuszczania osiągnęła docelową temperaturę 450°C, to jest po upływie ok. 4 godzin od początku procesu (fig. 4). Po kolejnych kilku godzinach temperatura w strefie krystalizacji osiągnęła 500°C. Nastąpiło częściowe przeprowadzenie galu do roztworu oraz całkowite przereagowanie nierozpuszczonego galu do polikrystalicznego GaN. Uzyskany rozkład temperatury (tj. 450°C w strefie rozpuszczania i 500°C w strefie krystalizacji) utrzymywano w układzie do końca procesu, czyli przez 8 następnych dni (fig. 4). Ciśnienie wewnątrz autoklawu wyniosło około 150 MPa. W wyniku procesu nastąpiło częściowe rozpuszczenie materiału źródłowego (tj. polikrystalicznego GaN) w strefie rozpuszczania oraz krystalizacja azotku galu na zarodkach (podłożu pierwotnym) w formie obustronnych monokrystalicznych warstw, przy czym grubość warstw narośniętych od strony galowej zarodków (Ga-terminated side) wyniosła około 50 μm.

Szeroko stosowaną techniką oznaczania liczby dyslokacji w kryształach jest technika Etch Pit Density (EPD). Mikroskopowe badania warstw narośniętych w powyższym procesie na zarodkach (podłożu pierwotnym) od strony galowej wykazały, że wartość EPD w tych warstwach wynosiła około 10⁴/cm², wobec 10⁶/cm² dla zarodków (podłoża pierwotnego) HVPE używanych w procesie.

P r z y k ł a d II

W wysokociśnieniowym autoklawie o objętości 91 cm³ w strefie rozpuszczania umieszczono jako materiał źródłowy 8.1 g (ok. 116 mmol) metalicznego galu o czystości 6N, zaś w strefie krystalizacji umieszczono pięć kryształów zarodkowych w postaci podłoża pierwotnego z monokrystalicznego azotku galu otrzymanego metodą HVPE o grubości około 200 μm każdy oraz o całkowitym polu powierzchni 6.4 cm². Do autoklawu wprowadzono również 3.5 g (ok. 152 mmol) metalicznego sodu o czystości 4N. Następnie autoklaw napełniono amoniakiem (5N) w ilości 39.4 g, zamknięto i wprowadzono do zespołu pieców.

Strefę rozpuszczania ogrzano (z szybkością ok. 2°C/min) do 525°C. W tym czasie strefa krystalizacji nie była ogrzewana. Ogrzewanie strefy krystalizacji (z szybkością ok. 2°C/min) rozpoczęto w chwili, gdy strefa rozpuszczania osiągnęła docelową temperaturę 525°C, to jest po upływie ok. 4 godzin od początku procesu (fig. 5). Po kolejnych kilku godzinach temperatura w strefie krystalizacji osiągnęła 550°C. W tym stanie układ utrzymywano do 12 godzin od momentu rozpoczęcia procesu (fig. 5). Nastąpiło częściowe przeprowadzenie galu do roztworu oraz całkowite przereagowanie nierozpuszczonego galu do polikrystalicznego GaN. Następnie zwiększono różnicę temperatur między strefami, w ten sposób, że temperaturę w strefie rozpuszczania obniżono do 500°C. Uzyskany rozkład temperatury (tj. 500°C w strefie rozpuszczania i 550°C w strefie krystalizacji) utrzymywano w układzie do końca procesu, czyli przez kolejne 12 godzin (fig. 5). Ciśnienie wewnątrz autoklawu wyniosło około 290 MPa. W wyniku procesu nastąpiło częściowe rozpuszczenie materiału źródłowego (tj. polikrystalicznego GaN) w strefie rozpuszczania oraz krystalizacja azotku galu na zarodkach (podłożu pierwotnym) w formie obustronnych monokrystalicznych warstw, przy czym grubość warstw narośniętych od strony galowej zarodków (podłoża pierwotnego) (Ga-terminated side) wyniosła około 30 μm.

Warstwy te charakteryzowały się wartością EPD podobną jak w przykładzie I, znacznie zredukowaną w stosunku do użytego podłoża pierwotnego jako zarodka.

P r z y k ł a d III.

Postępowano analogicznie jak w przykładach I i II, z tym że jako podłoża pierwotnego użyto zarodka w postaci monokrystalicznej płytki z azotku galu otrzymanego metodą HVPE i metodą krystalizacji z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego naniesiono monokrystaliczną warstwę AlGaN.

Wytworzona warstwa ta charakteryzowała się wartością EPD podobną jak w przykładzie I, znacznie zredukowaną w stosunku do użytego zarodka.

Podłoża do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII, wytworzone jak w przykładach I do III miały od strony galowej podłoża pierPL 205 721 B1 wotnego osadzone monokrystaliczne warstwy azotkowe o powierzchniowej gęstości dyslokacji o rzędy wielkości mniejszej niż powierzchniowa gęstość dyslokacji użytych podłoży pierwotnych, a ponadto charakteryzowały się dobrą jakością krystaliczną. Dzięki temu mogą być one stosowane jako materiał podłożowy dla optoelektronicznych urządzeń półprzewodnikowych opartych na azotkach, których przykład opisano w poniższym przykładzie IV.

P r z y k ł a d IV.

Ultrafioletowy laser półprzewodnikowy na podłożu wg wynalazku

Na załączonym rysunku, fig. 6 przedstawia przekrój przez ultrafioletowy półprzewodnikowy laser paskowy (ridge-type laser diode), posiadający obszar czynny (active layer) o strukturze wielostudni kwantowej (multi-quantum well) typu Al_xGa_1-xN (0<x<0.7), który został wytworzony na podłożu według wynalazku.

Najpierw na stronie galowej podłoża pierwotnego 101, tj. płytki z monokrystalicznego azotku galu otrzymanego metodą HVPE, o średnicy około 5 cm i o powierzchni zorientowanej prostopadle do osi c, osadzono - przez krystalizację z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego - monokrystaliczną warstwę 102 z Al₀.₀₅Ga₀.₉₅N o grubości 20 μm i powierzchniowej gęstości dyslokacji około 10⁴/cm².

Jak pokazano na rysunku fig. 6, na warstwie 102 znajdują się - wytworzone za pomocą metody MOCVD - warstwy: warstwa podkontaktowa typu n (n-type contact layer) 103 o grubości 5 μm z Al₀.₀₅Ga₀.₉₅N domieszkowanego Si, warstwa zapobiegająca pęknięciom (crack-preventing layer) 104 o grubości 0.15 μm z osadzonego w temperaturze 800°C In₀.₀₆Ga₀.₉₄N domieszkowanego Si, warstwa okładkowa typu n (n-type clad layer) 105 w formie supersieci zawierającej 100 warstw o grubości 2.5 nm (25 angstremów) z Al₀.₀₅Ga₀.₉₅N domieszkowanego Si na poziomie 5x10¹⁸ i 100 warstw o grubości 2.5 nm z niedomieszkowanego Al₀.₁Ga₀.₉N, oraz falowód typu n (n-type optical guide layer) 106 o grubości 0.15 μm z niedomieszkowanego Al₀.₁₅Ga₀.₈₅N. W zależności od charakterystyki urządzenia, wszystkie te warstwy - za wyjątkiem warstwy okładkowej typu n - mogą być pominięte.

Na półprzewodnikowych warstwach azotkowych typu n 103 do 106, wytworzony został obszar czynny 107 o strukturze wielostudni kwantowej, powstałej dzięki połączeniu warstw studniowych (well layer) o grubości 4.5 nm z niedomieszkowanego GaN oraz warstw barierowych (barrier layer) o grubości 10 nm z Al0.15Ga0.85N, przy czym warstwy studniowe mogą być niedomieszkowane, zaś warstwy barierowe mogą być domieszkowane domieszkami donorowymi, takimi jak Si, na poziomie 10¹⁷ do 10¹⁹/cm³. Korzystnie, najwyższa warstwa barierowa może być niedomieszkowana w celu zapobieżenia dyfuzji Mg z następnej warstwy, którą jest warstwa ograniczająca typu p (p-type carrier confining layer) 108, zawierająca właśnie domieszki akceptorowe, takie jak Mg.

Na ostatniej warstwie barierowej wytworzony jest półprzewodnik azotkowy typu p, w skład którego wchodzi kolejno warstwa ograniczająca typu p 108 o grubości 10 nm z Al_a3Ga_a7N typu p domieszkowanego Mg na poziomie 10¹⁹/cm³, falowód typu p 109 o grubości 0.15 um z Al_0O4Ga_a96N domieszkowanego Mg, warstwa okładkowa typu p 110 w formie supersieci (o całkowitej grubości 0.45 um) składającej się z 90 warstw, każda o grubości 2.5 nm, z Al₀.₁Ga₀.₉N typu p oraz Al₀.₀₅Ga₀.₉₅N, (przy czym przynajmniej jedne z nich są domieszkowane Mg) oraz warstwy podkontaktowej typu p 111 o grubości 15 nm z GaN domieszkowanego Mg na poziomie 10²¹/cm³. Ponownie, w zależności od charakterystyki urządzenia, wszystkie te warstwy - za wyjątkiem warstwy okładkowej typu p - mogą być pominięte.

Laser półprzewodnikowy posiada także grzbiet, wytworzony za pomocą trawienia chemicznego w taki sposób, że wytrawiony z obydwu stron falowód 109 ma co najwyżej 0.1 um grubości. Opisywane urządzenie posiada również metaliczny kontakt paskowy typu p (strip-like p-electrode) 120 z Ni/Au, kontakt paskowy typu n 121 z Ti/Al, warstwę ochronną (protective layer) 162 z ZrO₂, wielowarstwową izolację (dielectric multi-layer) 164 z SiO₂ i TiO₂ oraz pola kontaktowe (pad electrode) 122 i 123 z Ni-Ti-Au.

Claims (17)

1. Podłoże do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII, znamienne tym, że jest ono zbudowane z podłoża pierwotnego z monokrystalicznego azotku zawierającego pierwiastki Grupy XIII, w formie płytki zorientowanej prostopadle do osi c, o wysokiej powierzchniowej gęstości dyslokacji - rzędu 10⁶ do 10⁹/cm², pokrytego przynajmniej od strony pierwiastka Grupy XIII warstwą monokrystalicznego azotku zawierającego gal o powierzch10

PL 205 721 B1 niowej gęstości dyslokacji poniżej 10⁶/cm², korzystnie poniżej 10⁵/cm², a najkorzystniej poniżej 10⁴/cm², naniesionej metodą krystalizacji z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego.

2. Podłoże według zastrz. 1, znamienne tym, że podłoże pierwotne ma formę płytki o powierzchni nie mniejszej niż 10 mm.

3. Podłoże według zastrz. 1, znamienne tym, ż e podłoże pierwotne jest zbudowane z monokrystalicznego azotku zawierającego gal, korzystnie z azotku galu, wytworzonego metodami epitaksji z fazy gazowej.

4. Podłoż e według zastrz. 1, znamienne tym, ż e warstwę osadzoną metodą krystalizacji z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego, stanowi azotek zawierający gal.

5. Podłoż e według zastrz. 1, znamienne tym, ż e warstwa osadzoną metodą krystalizacji z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego ma grubość od 15 μm do 100 um, korzystnie około 30 um.

6. Sposób wytwarzania podłoża do epitaksjalnego osadzania struktur półprzewodnikowych zbudowanych z azotków pierwiastków Grupy XIII, znamienny tym, że na podłoże pierwotne zbudowane z monokrystalicznego azotku zawierającego pierwiastki Grupy XIII, w formie płytki zorientowanej prostopadle do osi c monokryształu, o wysokiej powierzchniowej gęstości dyslokacji, rzędu 10⁶ do 10⁹/cm², osadza się - przynajmniej od strony pierwiastka Grupy XIII - monokrystaliczną warstwę żądanego azotku zawierającego gal, o obniżonej powierzchniowej gęstości dyslokacji, w ten sposób, że w autoklawie - używając amoniaku oraz mineralizatora w postaci pierwiastków Grupy I i/lub ich związków i/lub ich mieszanin, ewentualnie z dodatkiem pierwiastków Grupy II i/lub ich związków, zwłaszcza zawierających azot i/lub wodór, wytwarza się nadkrytyczny roztwór amoniakalny, w którym dokonuje się rozpuszczania materiału źródłowego zawierającego gal w temperaturze i przy ciśnieniu rozpuszczania oraz dokonuje się krystalizacji żądanego azotku zawierającego gal z nadkrytycznego roztworu na powierzchni zarodka, którym jest podłoże pierwotne, w temperaturze krystalizacji wyższej i/lub przy ciśnieniu krystalizacji niższym niż temperatura i ciśnienie rozpuszczania.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że w procesie krystalizacji azotku zawierającego gal z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego wyodrębnia się dwie strefy temperaturowe, przy czym w strefie rozpuszczania umieszcza się materiał źródłowy, a w strefie krystalizacji umieszcza się podłoże pierwotne jako zarodek.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że strefa rozpuszczania usytuowana jest wyżej niż strefa krystalizacji.

9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że różnica temperatur między strefami podczas krystalizacji wynosi od 1°C do 150°C, korzystnie od 10°C do 100°C, przy czym w strefie krystalizacji temperatura jest nie niższa niż 350°C, korzystnie nie niższa niż 400°C, a najkorzystniej wynosi od około 500°C do 550°C.

10. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że jako podłoże pierwotne stosuje się azotek zawierający gal wytworzony metodami epitaksji z fazy gazowej.

11. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że korzystnym azotkiem zawierającym gal jest azotek galu.

12. Struktury półprzewodnikowe osadzone na podłożu według zastrz. 1, zwłaszcza od strony pierwiastka Grupy XIII.

13. Zastosowanie podłoża według któregokolwiek z zastrz. 1-5 w produkcji struktur półprzewodnikowych wymagających podłoża azotkowego o odpowiednio niskiej powierzchniowej gęstości dyslokacji, w szczególności od strony pierwiastka Grupy XIII.

WYKAZ OZNACZNIKÓW

1. autoklaw;

2. instalacja do ustalenia przepływu konwekcyjnego;

3. komora zespołu pieców;

4. zespół pieców;

5. urządzenia grzejne;

6. urządzenia chłodzące;

7. śrubowy zespół blokujący;

8. łoże;

9. taśmy stalowe;

10. podstawa;

PL 205 721 B1

11. blokada kołkowa;

12. przegroda pozioma;

13. strefa rozpuszczania;

14. strefa krystalizacji;

15. urządzenie sterownicze;

16. materiał źródłowy;

17. zarodek;

101. podłoże pierwotne;

102. warstwa azotkowa o niskiej powierzchniowej gęstości dyslokacji

103. warstwa podkontaktowa typu n;

104. warstwa zapobiegająca pęknięciom;

105. warstwa okładkowa typu n;

106. warstwa falowodowa typu n;

107. obszar czynny;

108. warstwa ograniczająca typu p;

109. warstwa falowodowa typu p;

110. warstwa okładkowa typu p;

111. warstwa podkontaktowa typu p;

120. kontakt paskowy typu p;

121. kontakt paskowy typu n;

122. pole kontaktowe;

123. pole kontaktowe;

162. warstwa ochronna;

164. wielowarstwowa izolacja;