PL224992B1

A template type substrate and a method of preparing the same

Abstract

The substrate is used for opto-electric or electrical devices and comprises a layer of nitride grown by means of vapor phase epitaxy growth wherein both main surfaces of the nitride substrate are substantially consisting of non N-polar face and N-polar face respectively and the dislocation density of the substrate is 5×105/cm2 or less. Therefore, the template type substrate has a good dislocation density and a good value of FWHM of the X-ray rocking curve from (0002) plane less than 80, so that the resulting template type substrate is very useful for the epitaxy substrate from gaseous phase such as MOCVD, MBE and HVPE, resulting in possibility of making good opto-electric devices such as Laser Diode and large-output LED and good electric devices such as MOSFET.

PL224992B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 6

Term

Term ended

Expired 11 December 2023, 2.8 years ago.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Granted
  4. Expired
  5. Today

27 claims: 8 independent, 19 dependent

  1. 1
    Podłoże typu template do stosowania dla urządzeń opto-elektrycznych lub elektrycznych, które obejmuje A) warstwę objętościowego monokrystalicznego azotku, który zawiera azotek zawierający gal lub glin określony wzorem ogólnym Al x Ga 1-x N, gdzie 0<x<1, a ponadto zawierającego co najmniej jeden pierwiastek spośród metali alkalicznych (Grupa I, IUPAC 1989) oraz B) warstwę azotku określonego wzorem ogólnym Al x Ga 1-x-y In y N, gdzie 0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1, osadzoną metodą epitaksjalnego wzrostu z fazy gazowej, w którym warstwa A) oraz warstwa B) są połączone na nie-N-polarnej stronie warstwy A) oraz N-polarnej stronie warstwy B).
  2. 2
    Podłoże według zastrz. 1, w którym warstwa B) jest wytworzona na podłożu posiadającym warstwę A) metodą MOCVD, HVPE lub MBE.
  3. 3
    Podłoże według zastrz. 2, w którym warstwa B) jest zbudowana z co najmniej dwóch warstw, a pierwsza warstwa B1 ) jest wytworzona na podłożu posiadającym warstwę A), metodą MOCVD lub MBE, zaś druga warstwa B2) jest wytworzona na pierwszej warstwie B1 ) metodą HVPE. PL 224 992 B1
  4. 4
    Podłoże według zastrz. 1, którym warstwa A) z objętościowego monokrystalicznego azotku wytworzonego na zarodku posiadającym warstwę B) na drodze krystalizacji azotku w nadkrytycznym roztworze amoniakalnym zawierającym co najmniej jeden pierwiastek spośród metali alkalicznych.
  5. 5
    Podłoże według zastrz. 1, które zawiera ponadto warstwę C) z azotku zawierającego gal lub glin, osadzoną metodą wzrostu epitaksjalnego z fazy gazowej, gdzie warstwa A) z objętościowego monokrystalicznego azotku zawierająca co najmniej jeden pierwiastek spośród metali alkalicznych (Grupa I, IUPAC 1989) jest wytworzona zarówno na nie-N-polarnej powierzchni, jak i na N-polarnej powierzchni zarodkowej warstwy B), tworząc warstwy A1 ) oraz A2), a warstwa C) jest połączona nie-N-polarną stroną warstwy A1) z N-polarną stroną warstwy C).
  6. 6
    Podłoże według zastrz. 5, w którym warstwa C) z azotku zawierającego gal lub glin jest wytworzona na podłożu stanowiącym warstwę Al) metodą MOCVD, HVPE lub MBE.
  7. 7
    Podłoże według zastrz. 5, w którym warstwa C) jest zbudowana z co najmniej dwóch warstw i pierwsza warstwa C1 ) jest wytworzona na podłożu w formie warstwy A1 ) metodą MOCVD lub MBE, a druga warstwa C1) jest wytworzona na pierwszej warstwie C1 ) metodą HVPE.
  8. 8
    Podłoże według zastrz. 1, w którym podłoże zawiera chlorek i ma główną powierzchnię stanowiącą zasadniczo stronę Ga-polarną.
  9. 9
    Podłoże według zastrz. 1, w którym podłoże ma gęstość dyslokacji 10 6 /cm 2 lub mniejszą.
  10. 10
    Podłoże według zastrz. 1, w którym warstwa A) lub warstwy A1 ) i A2) są z objętościowego monokrystalicznego azotku wytworzonego metodą krystalizacji azotku z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego, zawierającego co najmniej jeden pierwiastek spośród metali alkalicznych.
  11. 11
    Podłoże według zastrz. 1, w którym warstwa A) mająca dwie powierzchnie leżące w płaszczyźnie C oraz średnicę 2,54 cm (1 cal) lub większą, jest wytworzona metodą wzrostu w kierunku osi A z objętościowego monokrystalicznego azotku w nadkrytycznym roztworze amoniakalnym zawierającym co najmniej jeden pierwiastek spośród metali alkalicznych.
  12. 12
    Podłoże według zastrz. 11, w którym podłoże to ma gęstość dyslokacji rzędu 10 4 /cm 2 lub niższą.
  13. 13
    Podłoże według zastrz. 1, w którym koncentracja co najmniej jednego metalu alkalicznego w warstwie B) lub C) z azotku zawierającego gal lub glin oraz w warstwach B1) i B2) lub C1) i C2) jest niższa niż koncentracja takiego metalu w warstwie A) otrzymanej w wyniku krystalizacji azotku w nadkrytycznym roztworze amoniakalnym zawierającym co najmniej jeden pierwiastek spośród metali alk alicznych.
  14. 14
    Podłoże według zastrz. 1, w którym azotkowa warstwa A) składa się z AlN lub GaN.
  15. 15
    Podłoże według dowolnego jednego spośród zastrzeżeń 1, 3, 5 oraz 7, w którym warstwa B), B1), C) lub C1) jest wytworzona metodą MOCVD i ma grubość 0,1 do 3 μm.
  16. 16
    Podłoże według zastrz. 15, w którym warstwa B lub C) otrzymana metodą wzrostu z fazy gazowej ma także budowę określoną wzorem ogólnym Al x Ga 1-x-y In y N, gdzie 0<x<1,0<y<1,0<x+y<1.
  17. 17
    Podłoże według zastrz. 16, w którym warstwa B) lub C) jest kombinacją podwójnych warstw AlGaN oraz GaN.
  18. 18
    Podłoże według zastrz. 1 albo 6, w którym warstwę B) lub C) stanowi azotek zawierający gal lub glin domieszkowany krzemem (Si) lub tlenem (O) jako domieszką donorową.
  19. 19
    Podłoże według zastrz. 1 albo 5, w którym warstwę B) lub C) stanowi azotek zawierający gal lub glin domieszkowany magnezem (Mg) lub cynkiem (Zn), jako domieszką akceptorową.
  20. 20
    Podłoże według zastrz. 18 albo 19, w którym koncentracja domieszek zawiera się w granicach od 10 17 /cm 3 do 10 21 /cm 3 .
  21. 21
    Sposób wytwarzania podłoża typu template, obejmujący etapy:(a) wytwarzania warstwy A) z objętościowego monokrystalicznego azotku, który zawiera azotek zawierający gal lub glin określony wzorem ogólnym Al x Ga 1-x N, gdzie 0<x<1, a ponadto zawierającego co najmniej jeden pierwiastek spośród metali alkalicznych (Grupa I, IUPAC 1989), o grubości właściwej dla podłożą metodą krystalizacji azotku zawierającego gal lub glin na zarodku z nadkrytycznego roztworu amoniakalnego, przez to, że w autoklawie wytwarza się nadkrytyczny roztwór amoniakalny, zawierający jony metali alkalicznych, a następnie w autoklawie wytwarza się przynajmniej dwie strefy różniące się temperaturą, przy czym materiał źródłowy zawierający gal lub glin w strefie rozpuszczania o niższej temperaturze, a zarodek umieszcza się w strefie krystalizacji o wyższej temperaturze, zaś różnica temperatur między strefą rozpuszczania a strefą krystalizacji jest regulowana tak, by zapewnić zachodzący przez konwekcję transport chemiczny w nadkrytycznym roztworze, przy czym różnica temperatur między strefą rozpuszczania i strefą krystalizacji ma wartość większą niż 1°C, a nadkry16 PL 224 992 B1 tycznym rozpuszczalnikiem amoniakalnym jest NH 3 zawierający jony metali alkalicznych i/lub jego pochodne, a ponadto materiał źródłowy składa się zasadniczo z azotku zawierającego gal lub glin, bądź ich prekursorów wybranych z grupy składającej się z azydków, imidków, amido-imidków, amidków, wodorków, związków metalicznych i stopów zawierających gal lub glin, jak również metalicznego galu, oraz zarodek posiada przynajmniej krystaliczną warstwę azotku zawierającego gal lub glin, bądź inne pierwiastki Grupy XIII (wg lUPAC, 1989), przy czym krystalizacja azotku zawierającego gal lub glin odbywa się w temperaturze od 100 do 800°C i ciśnieniu od 10 do 1000 MPa, a zawartość jonów metali alkalicznych w nadkrytycznym rozpuszczalniku reguluje się tak, by zapewnić właściwe wartości rozpuszczalności materiału źródłowego oraz azotku zawierającego gal lub glin, a stosunek molowy jonów metali alkalicznych do pozostałych składników w nadkrytycznym rozpuszczalniku reguluje się w zakresie od 1:200 do 1:2, oraz (b) wytwarzania warstwy B) azotku określonego wzorem ogólnym AlxGa1-x-yInyN, gdzie 0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1 , metodą wzrostu epitaksjalnego z fazy gazowej na Al-polarnej lub Ga-polarnej stronie warstwy A), z wytworzeniem substratu obejmującego warstwę A) oraz warstwę B) połączone Al-polarną lub Ga-polarną stroną warstwy A) i N-polarną stroną warstwy B).
  22. 22
    Sposób według zastrz. 21, który obejmuje dodatkowy etap (c) polerowania jednej z powierzchni warstwy B) aby uzyskać podłoże do epitaksji z fazy gazowej.
  23. 23
    Sposób według zastrz. 22, który obejmuje dalszy etap wygrzewania (annealing) otrzymanego podłoża obejmującego warstwy A) i B) w atmosferze nie zawierającej wodoru lecz zawierającej tlen, w temperaturze w zakresie pomiędzy około 600 oraz 1050°C, uzyskując dzięki temu materiał o lepszej jakości krystalicznej niż przed tą obróbką.
  24. 24
    Sposób według zastrz. 23, w którym etap wygrzewania jest prowadzony w atmosferze gazu obojętnego z dodatkiem tlenu w zakresie od 10 do 30% objętościowych.
  25. 25
    Sposób według zastrz. 24, w którym etap wygrzewania jest prowadzony w jednym etapie lub wieloetapowo aż do uzyskania pożądanego poziomu zanieczyszczeń (takich jak wodór i/lub am oniak lub jony powstające z zanieczyszczeń powstających podczas procesu krystalizacji i/lub procesu wygrzewania).
  26. 26
    Sposób według zastrz. 23, który obejmuje dalszy etap usuwania zanieczyszczeń z objętościowego monokrystalicznego azotku w procesie płukania w środowisku nadkrytycznego roztworu amoniakalnego, wody lub dwutlenku węgla, bądź poddania go działaniu gazowego wodoru, azotu lub amoniaku.
  27. 27
    Sposób według zastrz. 21, w którym etap płukania jest prowadzony z jednoczesnym stosowaniem ultradźwięków lub wystawieniem na działanie wiązki elektronów.
Independent claims27