WO2001077421A1 - Verfahren zum wachstum von stickstoff enthaltenden halbleiterkristallmaterialien - Google Patents

Verfahren zum wachstum von stickstoff enthaltenden halbleiterkristallmaterialien Download PDF

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Bernd Wachtendorf
Michael Heuken
Gerd Strauch
Holger JÜRGENSEN
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    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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Definitions

  • the invention relates to a process for the growth of nitrogen-containing semiconductor crystal materials of the form A X B Y C Z N V M W , where A, B, C is a group II or III element, N nitrogen, M is a group V or VI element and X, Y, Z, W represent the mole fraction of each element of this compound, using an intermediate layer for the growth support z.
  • the method used to date is based on a two-step initial growth process, which is composed of a low-temperature growth step, also known as buffer layer growth, and the subsequent high-temperature growth [JP / B2 / 93].
  • the change in the growth regime ie the transition from the cubic to the hexagonal crystal structure for the growth interruption between the two temperature regimes, is a prominent factor, since it is assumed that the low-temperature buffer layer is recrystallizing [BOY98], [MTF + 98], [WKT + 96].
  • This two-step initial growth process is susceptible to reproducibility of the nucleation layers due to the various changes in growth parameters and susceptible to non-uniformities across the wafer. This has a considerable influence on the properties of the components made from it.
  • the luminosity and color of an LED is difficult to control using the two-step process.
  • the electrical direct current and high frequency properties of FET vary very widely.
  • the complicated manufacturing process which is based on the well-known two-step layer growth, which consists of a buffer layer and the deep substrate temperature temperature and further growth at a higher temperature on this buffer layer is avoided.
  • the advantages of the new process are better reproducibility and lower manufacturing costs for components.
  • the new initial growth procedure therefore prevents the two-step layer growth and thus avoids the manufacturing process with many necessary process steps. As a result, the manufacturing time and cost of a nitrogen-containing semiconductor crystal layer are reduced. At the same time, improved structural, electrical and optical properties are achieved.
  • the critical layer thickness of the nitrogen-containing semiconductor material on sapphire, SiC or Si has reached the critical layer thickness before the recrystallization takes place during the heating process.
  • the object of the invention is to produce a first layer on a substrate. This layer has further influence on the subsequent layers. This means that in addition to determining the composition, doping and layer sequence, an optimal coordination of the subsequent layers should be made possible while taking into account further desired properties described below. Complicated manufacturing processes with many process steps should be avoided. As a result, manufacturing time and costs are reduced.
  • the object on which the invention is based is achieved by a method according to claim 1. Further developments of the method according to the invention are the subject of claims 2 to 8.
  • the object on which the invention is based is achieved by a continuous growth process.
  • a x B ⁇ C z , N v , M w materials and layer systems and doped layer systems can advantageously be produced.
  • a high degree of homogeneity can advantageously also be achieved in a lateral direction.
  • Components can advantageously be produced.
  • Quantum pots can advantageously be produced.
  • n- and p-doping can be carried out simultaneously.
  • a reproducible production of A X B Y C Z ( N V , M W materials with different compositions X, Y, Z, V, W and different purities can advantageously be made possible.
  • Another advantageously predeterminable property is the surface morphology of the semiconductor materials.
  • Properties which can be advantageously predefined are the particle density and the impurity density on the wafer surface.
  • Another advantage is to enable a reproducible and very uniform or uniform application of A x _ B ⁇ C z , N v , M w components with respect to doping, layer thickness, composition and all other properties that are important for expenditure.
  • a process is described for the initial growth of nitrogen-containing semiconductor crystal materials of the form A X B Y C Z N V M W (A, B, C represent a group II or III element, N nitrogen, M a group V or VI- Element and X, Y, Z, W is the mole fraction of each element in this compound) on sapphire, SiC and Si using different ramp functions that allow a continuous change in growth parameters during initial growth.
  • This new initial growth process is characterized in that during the initial growth process of the nitrogen-containing semiconductor crystal materials on sapphire, SiC or Si, no abrupt change in the growth regime is required in order to realize a suitable structure for the further high-temperature growth.
  • the Al 2 0 3 substrate was exposed to a hydrogen atmosphere (150 mbar) for 30 min 1200 ° C heated [KWH + 98]. After this desorption step, the substrate temperature was then lowered to 530 ° C to ensure a reproducible initial situation for further growth. At this temperature, NH 3 was then fed into the reactor with a flow of 4500 sccm. Based on this substrate temperature, a linear ramp function was then used (from 830 ° C to 1200 ° C in 8min) to reach the usual high growth temperature of 1200 ° C. At the moment of starting the heating, TMGa was fed into the reactor with a low flow of 20sccm, which leads to GaN growth with a low growth rate.
  • a low growth rate layer was then grown for 4 minutes.
  • a ramp function linear ramp of the TMGa flow from 20sccm to 80 sccm in 15min
  • a 2 ⁇ m thick GaN layer and a 5-fold MQW GalnN / GaN were then deposited on this adaptation layer.
  • the following layer structure serves as a test structure: 5x 2nm InGaN / 15nm GaN 2 ⁇ m GaN: Si buffer layer 20nm GaN nucleation layer 400 ⁇ m sapphire substrates (0001)
  • the first nucleation layer is deposited at 530 ° C. under an N 2 atmosphere at 950 mbar for 8 minutes.
  • the layer has cubic components and is not connected.
  • growth is interrupted and heating to 1170 ° C.
  • a recrystallization takes place from the cubic crystal phase into the hexagonal phase.
  • the GaN buffer layer then grows at 1160 ° C.
  • continuous growth takes place when heating from 530 ° C. to 1170 ° C. without any interruption in growth and without any healing step which would allow recrystallization.
  • the growth takes place under H 2 at 200 mbar.
  • the comparison of the properties in Table 1 shows a higher luminous efficiency with the emission wavelength remaining the same.
  • Literature The comparison of the properties in Table 1 shows a higher luminous efficiency with the emission wavelength remaining the same.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren für das initiale Wachstum von Stickstoff enthaltenden Halbleiterkristallmaterialien der Form AXBYCZNVMW (A, B, C stellen ein Gruppe II- oder III- Element dar, N Stickstoff, M ein Gruppe V- oder VI-Element und X, Y, Z, W ist der Molenbruch jedes Elements in dieser Verbindung) auf Saphir, SiC und Si unter Verwendung von verschiedenen Rampenfunktionen, die eine kontinuierliche Änderung der Wachstumpsparameter während des initialen Wachstums ermöglichen. Dieses neue initiale Wachstumsverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass beim initialen Wachstumsprozess der Stickstoff enthaltenden Halbleiterkristallmaterialien auf Saphir, Sic oder Si keine abrupte Wachstumsregimeänderung erforderlich ist um eine geeignete Struktur für das weitere Hochtemperatur-Wachstum zu realisieren.

Description

Verfahren zum Wachstum von Stickstoff enthaltenden Halbleiterkristallmaterialien
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Wachstum von Stickstoff enthaltenden Halbleiterkristallmaterialien der Form AXBYCZNVMW, wobei A,B,C ein Gruppe II- oder III- Element, N Stickstoff, M ein Gruppe V- oder VI-Element und X,Y,Z,W der Molenbruch jedes Elements dieser Verbindung darstellen, unter Verwendung einer Zwischenschicht zur Wachstumsunterlage z. B. auf Saphir, SiC oder Si.
Stand der Technik
Das heteroepitaktische Wachstum von binären, ternären oder quaternären Verbindungs-halbleitern auf Saphir, SiC oder Si der Form AXBYCZ,NV,MW, wobei A,B,C ein Gruppe II- oder III-Element, N Stickstoff, M ein Gruppe V- oder VI- Element und X,Y,Z,W den Molenbruch jedes Elements dieser Verbindung darstellen, ist aufgrund der hohen Gitterfehlanpassung ein schwer zu kontrollierender Wachstumsprozeß, da das initiale Wachstum einen entscheidenden Einfluß auf den weiterführenden Wachstumsverlauf hat. Die kristalline Qualität einer epitaktischen Halbleiterschicht ist demnach stark abhängig von diesem initialen Wachstum. Um die Problematiken des initialen Wachstums zu umgehen wurde eine neue, von dem bekannten Verfahren abweichende, initiale Wachstumsprozedur entwickelt. Das bis dato verwendete Verfahren beruht auf einem Zwei- Schritt-Initial-Wachstumsprozeß, der sich aus einem Tieftemperatur-Wachstumsschritt, auch als Bufferschichtwachstum bekannt, und dem folgenden Hochtemperatur-Wachstum zusammen setzt [JP/B2/93] . Dabei ist die Wachstumsregime- änderung d. h. Übergang der kubischen in die hexagonale Kristallstruktur für die Wachstumsunterbrechung zwischen den beiden Temperaturregimen ein markanter Faktor, da hierbei davon ausgegangen wird, das eine Umkristallisie- rung der Tieftemperatur Bufferschicht stattfindet [BOY98] , [MTF+98] , [WKT+96] .
Dieser Zwei-Schritt-Initial-Wachstumsprozeß ist aufgrund der vielfältigen Wachstumsparameteränderungen anfällig hinsichtlich Reproduzierbarkeit der Nukleationsschichten und anfällig gegen Ungleichmäßigkeiten über den Wafer. Das hat erheblichen Einfluß auf die Eigenschaften der daraus hergestellten Bauelemente. Die Leuchtkraft und Farbe einer LED wird durch das Zwei-Schritt-Verfahren nur schwer kontrollierbar. Die elektrischen Gleichstrom und Hochfrequenzeigenschaften von FET variieren sehr stark.
Dies entspricht dem heutigen Stand der Technik zur Herstellung von qualitativ hochwertigen Material für Stickstoff enthaltende Halbleitermaterialien wie beispielsweise GaN, InGaN, AlGaN, GaAsN, das heißt Halbleiter in der Form ABγCz,NV/Mw (A,B,C stellen Gruppe II- oder III- Element dar, N Stickstoff, M ein Gruppe V- oder VI- Element und X,Y,Z,W ist der Molenbruch jedes Elements in dieser Verbindung) können jedoch auch auf eine unterschiedliche Weise hergestellt werden.
Gemäß dem Stand der Technik werden bei der Herstellung von Stickstoff enthaltenden Halbleiterschichten, die sich aus dem initialen Wachstum und den weiterem Schichtwachstum ergeben [WFT+98] , [HNB+97] , [GNL96] zuerst eine Schicht bei tiefen Temperaturen abgeschieden. Dann erfolgt eine Unterbrechung des Wachstums, und eine Temperaturerhöhung. Während dieser Zeit erfolgt eine Veränderung der Kristallstruktur. Nach Abschluß des Vorgangs kann erst das weitere Wachstum erfolgen. Die Qualität und die elektrischen und optischen Eigenschaften der nachfolgenden Schichten sind von der Einhaltung der notwendigen Temperaturen, Drucken, Pausen usw. extrem abhängig.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren für das initiale Wachstum von Stickstoff enthaltender Halbleiterkristallmaterialien der Form AXBYCZ,NV,MW bereitzustellen, wobei A,B,C ein Gruppe II- oder III-Element, N Stickstoff, M ein Gruppe V- oder VI-Element und X,Y,Z,W den Molenbruch jedes Elements in dieser Verbindung darstellen, die ein 2-dimensionales epitaktisches Wachstum auf den Fremdsubstraten wie Saphir, SiC oder Si ermöglichen ohne eine abrupte Wachstumsregimeänderung durchzuführen.
Dabei wird der komplizierte Herstellungsprozeß, der auf dem bekannten Zwei-Schritt Schichtwachstum basiert, welcher aus einer Bufferschicht die bei tiefer Substrattem- peratur gewachsen wurde und einem weiteren Wachstum bei höherer Temperatur auf dieser Bufferschicht besteht, vermieden. Vorteile des neuen Verfahrens sind bessere Reproduzierbarkeit und geringere Herstellungskosten für Bauelemente .
Das heißt eine optimale Abstimmung der Wachstumsparameter beim initialen Wachstum soll eine abrupte Wachstumsregimeänderung unterbinden und eine schnelleres und robusteres initiales Wachstum mit vergleichbarer oder besserer kristalliner Qualität der Halbleiterschicht realisieren sowie neue technologische Möglichkeiten für neue Bauelemente eröffnen.
Die neue initiale Wachstumprozedur unterbindet daher das Zwei-Schritt-Schichtwachstum und vermeidet somit den Herstellungsprozeß mit vielen erforderlichen Verfahrensschritten. Als Folge verringern sich die Herstellungsdauer und die Kosten einer Stickstoff enthaltenen Halbleiterkristallschicht. Gleichzeitig werden verbesserte strukturelle, elektrische und optische Eigenschaften erzielt .
Da die nach der Rekristallisierung (Hochheizen nach dem Bufferschichtwachstum) entstandene 3-dimensionale Mesa- Struktur für das weitere Hochtemperatur-Wachstum einen entscheidenden Einfluß für das weitere Wachstum und damit auf die gesamte Schichtqualität hat, ist dieser Prozeß ein wichtiger Bestandteil des initialen Wachstums. Bei dem initialen Wachstum mit Hilfe der Rampenfunktionen müssen daher diese entscheidenden Wachstumseffekte in die Rampenfunktion integriert sein. Dies erfolgt durch die Anpassung der Wachstumsrate, welche direkt mit dem Ga- Fluß korreliert, an die Aufheiz-Rampenfunktion des Substrates. Andere wichtige Prozeßparameter wie Totalfluß und Totaldruck müssen entsprechend eingestellt sein. Mit anderen Worten muß die Wachstumsrate und damit der Ga-Fluß so gewählt werden, daß eine in-situ Rekristalli- sierung während des Wachstums stattfindet kann.
Es ist hierbei erforderlich, daß die kritische Schichtdicke des Stickstoff enthaltenden Halbleitermaterials auf Saphir, SiC oder Si die kritische Schichtdicke erreicht hat bevor die Rekristallisierung beim Hochheizprozeß stattfindet .
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung einer ersten Schicht auf einem Substrat. Diese Schicht hat weiteren Einfluß auf die nachfolgenden Schichten. Das heißt neben einer Festlegung der Zusammensetzung, Dotierung und Schichtfolge soll noch bei Berücksichtigung weiterer gewünschter, nachstehend beschriebener Eigenschaften eine optimale Abstimmung der nachfolgenden Schichten ermöglicht werden. Dabei sollen komplizierte Herstellungsprozesse mit vielen Verfahrensschritten vermieden werden. Als Folge verringern sich Herstellungsdauer und Herstellungskosten. Die der Erfindung zugrundegelegte Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst . Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 8. Die der Erfindung zugrundegelegte Aufgabe wird durch einen kontinuierlichen Wachstumsprozeß gelöst. Durch die vorteilhaften Lösungsmerkmale des Verfahrensanspruchs 1 können definierte Schichten, Grenzflächen, insbesondere zwischen Substrat und aktivem Bereich und Schichtfolgen bzw. HeteroStrukturen und Strukturen aus diesen Halbleiterkristallmaterialien mit justierbaren elektrischen und optische Eigenschaften wie Zusammensetzungen X, Y, Z, V, W der Verbindung von null bis 100%, spezifische elektrische Elektronenkonzentrationen bis 1020 cm"3 und spezifische elektrische Löcherkonzentrationen bis 8xl019 cm"3 hergestellt werden.
Es können vorteilhaft AxBγCz,Nv,Mw-Materialien und Schicht- Systeme sowie dotierte SchichtSysteme hergestellt werden.
Es kann vorteilhaft eine hohe Homogenität auch in einer lateralen Richtung erreicht werden.
Es kann vorteilhaft eine hohe Reproduzierbarkeit erreicht werden .
Es können vorteilhaft Bauelemente hergestellt werden.
Es können vorteilhaft Quantentöpfe hergestellt werden. Es können vorteilhaft n- und p-Dotierungen gleichzeitig ausgeführt werden.
Es kann vorteilhaft eine reproduzierbare Herstellung von AXBYCZ(NV,MW-Materialien mit unterschiedlichen Zusammensetzungen X, Y, Z, V, W und unterschiedlicher Reinheit ermöglicht werden.
Es kann vorteilhaft eine Herstellung von Grenzflächen zwischen
Figure imgf000008_0001
A2XB2γC2zN2vM2w-Schichten mit unbeschränkt reproduzierbar justierbaren Übergangsprofilen ermöglicht werden.
Eine weitere vorteilhaft vorbestimmbare Eigenschaft ist die Oberflächenmorphologie der Halbleitermaterialien.
Weiter vorteilhaft vorbestimmbare Eigenschaften sind die Partikeldichte und die Störstellendichte auf der Wafer- oberflache .
Ein weiterer Vorteil ist es, eine reproduzierbare und sehr gleichförmige bzw. einheitliche Aufbringung von Ax_ BγCz,Nv,Mw-Bestandteilen mit Bezug auf Dotierung, Schichtdicke, Zusammensetzung und allen weiteren für Aufwendungen wichtigen Eigenschaften zu ermöglichen.
Beschrieben wird ein Verfahren für das initiale Wachstum von Stickstoff enthaltenden Halbleiterkristallmaterialien der Form AXBYCZNVMW (A,B,C stellen ein Gruppe II- oder III- Element dar, N Stickstoff, M ein Gruppe V- oder VI- Element und X,Y,Z,W ist der Molenbruch jedes Elements in diese Verbindung) auf Saphir, SiC und Si unter Verwendung von verschiedenen Rampenfunktionen, die eine kontinuierliche Änderung der Wachstumsparameter während des initialen Wachstums ermöglichen.
Dieses neue initiale Wachstumsverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß beim initialen Wachstumsprozeß der Stickstoff enthaltenden Halbleiterkristallmaterialien auf Saphir, SiC oder Si keine abrupte Wachstumsregimeänderung erforderlich ist um eine geeignete Struktur für das weitere Hochtemperatur-Wachstum zu realisieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs- beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen hinsichtlich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird.
Graphik 1 Reflektivität und Substrattemperatur als Funktion der Zeit, und
Graphik 2 Erhaltene PL-Spektrum
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Beispiel für das initiale Wachstum
Für das initiale Wachstum wurde das Al203 - Substrat 30 min unter einer Wasserstoffatmosphäre (150mbar) auf 1200°C aufgeheizt [KWH+98] . Nach diesem Desorptions- schritt wurde dann die Substrattemperatur auf 530°C abgesenkt um eine reproduzierbare Ausgangssituation für das weitere Wachstum zu gewährleisten. Bei dieser Temperatur wurde dann NH3 mit einem Fluß von 4500 sccm in den Reaktor geleitet . Ausgehend von dieser Substrattemperatur wurde dann eine lineare Rampenfunktion (in 8min von 530°C auf 1200°C) verwendet um die übliche hohe Wachstumstemperatur von 1200°C zu erreichen. Im Moment des Beginns des Hochheizens wurde mit einem geringen Fluß von 20sccm TMGa in den Reaktor geleitet, der zu einem GaN-Wachstum mit geringer Wachstumsrate führt .
Nachdem die reguläre Wachstumstemperatur erreicht wurde, ist dann eine Schicht mit geringer Wachstumsrate für 4 Minuten gewachsen worden. Um ein weiteres 3-dimensionales Wachstum zu vermeiden, wurde wiederrum eine Rampenfunktion (lineare Rampe des TMGa-Flusses von 20sccm auf 80 sccm in 15min) für die Erhöhung des TMGa-Flusses verwendet, um kontinuierlich eine höhere Wachstumsrate zu erzielen, die im Einklang mit den bekannten Wachstumsraten von 2μm/h ist. Auf dieser Anpassungsschicht wurde dann eine 2μm dicke GaN-Schicht und eine 5fach MQW GalnN/GaN abgeschieden.
Weitere Ausführungsbeispiele:
Vergleich der bekannten Wachstumsbedingungen und der neuen hier vorgeschlagene Technologie. Als Teststruktur dient der folgende Schichtaufbau: 5x 2nm InGaN/ 15nm GaN 2 μm GaN:Si buffer layer 20nm GaN nucleation layer 400μm sapphire Substrate (0001)
Der zeitliche Verlauf der wichtigsten Wachstumsparameter (Reaktortemperatur, Reaktordruck, N2-, H2-, TMGa-, TMIn- , TEGa-Fluß) ist in Grafik 3 dargestellt. Die Auswertung der optischen Eigenschaften ist in Tabelle 1 zusammengefaßt.
Der Unterschied liegt im Wachstum der ersten Nukleations- schicht auf das Substrat . Im bekannten Wachstumsprozeß wird die erste Nukleationsschicht bei 530°C Unter N2 Atmosphäre bei 950 mbar für 8 Minuten abgeschieden. Die Schicht hat dabei kubische Bestandteile und ist nicht zusammenhängend. Nach der Schichtabscheidung erfolgt eine Wachstumsunterbrechung und das Aufheizen auf 1170°C. Dann erfolgt ein Ausheilschritt für 2 Minuten. Dabei erfolgt eine Umkristallisation von der kubischen Kristallphase in die hexagonale Phase. Das Wachstum der GaN-Pufferschicht erfolgt dann bei 1160°C. In dem hier erfundenen neuen Verfahren erfolgt ein kontinuierliches Wachstum beim Aufheizen von 530°C nach 1170°C ohne jede Wachstumsunterbrechung und ohne jeden Ausheilschritt, der eine Umkristallisation erlauben würde. Das Wachstum erfolgt unter H2 bei 200 mbar. Der Vergleich der Eigenschaften in Tabelle 1 zeigt eine höhere Lichtausbeute bei gleichbleibender Emissionswellenlänge . Literatur:
[JP/B2/93] Patent von Shuji, Nakamura
NICHIA Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Japanisches Patentamt, Patent-Auslegungsschrift B2 Patent-Nummer: 2778405
[B0Y98] K. Balakrishnan, H. Okumura, S. Yoshida
Study of initial stages of heteroepitaxial growth of hexagonal GaN on sapphire by plasma assisted MBE J. Cryst. Growth 189/190, 244- (1998)
[HNB+97] J. Han, T.B. Ng, R.M. Biefeld, M.H. Crawford and- D.M. Follstaedt
The effect of H2 on morphology evolution during GaN metalorganic chemical vapor deposition Appl. Phys. Lett . 71(21), 3114-, (1997)
[MTF+98] A. Munkholm, CC. Thompson, CM. Foster, J.A. Eastman, O. Auciello,
G.B. Stephenson, P. Fini, S.P. DenBaars and J.S. Speck
Determination of the cubic to hexagonal frac- tion in GaN nucleation layers using grazing in- cidence x-ray scattering Appl. Phys. Lett. 72(23), 2972-, (1998)
[OMAB98] T. Onitsuka, T. Maruyama, K. Akimoto and Y. Bando
Interface structure of GaN on sapphire (0001) studied by transmission electron microscope J. Cryst. Growth 189/190, 295-, (1998)
[WFT+98] X.H: Wu, P. Fini, E.J. Tarsa, B. Heying, S. Keller, U.K. Mishra, S.P. DenBaars, J.S. Speck
Dislocation generation in GaN heteroepitaxy J. Cryst. Growth 189/190, 231-, (1998)
[WKT+96] X.H. Wu, D. Kapolnek, E.J. Tarsa, B. Heying, S. Keller, B.P. Keller, U.K. Mishra, S.P. DenBaars, J.S. Speck Nucleation layer evolution in metal-organic chemical vapor deposition grown GaN Appl. Phys. Lett. 68(10), 1371-, (1996)
[KWH+98] D.D. Koleske, A.E. Wickenden, R.L. Henry, M.E. Twigg, J.C .Culbertson and R.J. Gorman Enhaned GaN decomposition in H2 near atmospheric pressure Appl. Phys. Lett. 73(14), 2018-, (1998)
[GML96] N. Grandjean, J. Massies and M. Leroux
Nitridation of sapphire. Effect on the optical properties of GaN epitaxial overlayers Appl. Phys. Lett. 69(14), 2071-, (1996)

Claims

PATENTANSPRÜCHE
MOCVD-Verfahren für das initiale Wachstum von Stickstoff enthaltenden Halbleiterkristallmaterialien der Form AxBγCz,Nv,Mw, wobei A,B,C ein Gruppe II- oder III- Elemente, N Stickstoff, M ein Gruppe-V- oder VI-Element und X,Y,Z,V,W der Molenbruch jedes Elements in dieser Verbindung darstellen, die auf Saphir, SiC oder Si abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung dieser Halbleitermaterialien vom ersten Moment der Bedek- kung der Wafer bis zum Erreichen einer qualitativ hochwertigen Schicht an der Oberfläche mit einem kontinuierlichen Wachstumsprozess ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch kontinuierliche Veränderung der Substrattemperatur mit dem Ziel der kontinuierlichen Restrukturierung während des kontinuierlichen Wachstums der benannten Materialien und des Gasflusses durch Rampenfunktionen während des initialen Wachstums, für eine schnellere, reproduzierbare Nukleati- on.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , gekennzeichnet durch Steuern der Defektdichte in der Halbleiterschicht durch eine kontinuierliche Abänderung des Wachstumsregimes (kubisch oder hexagonal) während des initialen Wachstum mittels Rampenfunktionen und der kontinuierlichen Veränderung der Wachstumsgeschwindigkeit mittels Änderung der Gas- phasenkonzentration des Totaldrucks oder kontinuierlicher Änderung anderer wichtiger Wachstumsparameter.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Steuern der Verspannungsdichte im Halbleiterkristall durch eine kontinuierliche Abänderung des Wachstumsregimes während des initialen Wachstums mittels Rampenfunktionen (z. B. hexagonale und kubische Phase) .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die kontinuierlichen Veränderungen der Temperatur die durch die Funktion T(t) beschreibbar ist:
T(t) = t0 + axt + a2t2 + a3t3 +... + a "
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch kontinuierliche Veränderung von Prozeßparametern oder Prozeßbedingungen, die das hexagonale oder das kubische Wachstum beein lussen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch andere Methoden zur Steuerung der Versetzungdichte im Kristall, so daß der Übergang vom kubischen Wachstum zum hexagonalen Wachstum sondern kontinuierlich stattfindet. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die vorteilhafte Herstellung von optoelektronischen und elektronischen Bauelementen und anderen Bauelementen, z.B. LED oder Laser mit verbesserter Gleichmäßigkeit der Eigenschaften, Intensität, elektrische Kenngrößen und Emissionswellenlänge, da die Eigenschaften der Nukleations- schicht nach den Ansprüchen 1 bis 5 von Temperaturschwankungen und Gasphasenzusammensetzungsschwankun- gen unempfindlich sind.
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