由原料的熔体制造晶体的装置的方法及由此获得的晶片制造方法及图纸

用于由原料的熔体制造晶体的装置，包括：用于接收熔体的坩埚，坩埚具有包含第一横截面面积的第一部分且具有用于接收籽晶且包含第二横截面面积的第二部分，第二横截面面积小于第一横截面面积，第一部分和第二部分直接地彼此连接或经由从第一部分至第二部分渐缩的第三部分而彼此连接，以便容许在定向温度场内进行从籽晶开始至熔体固化的结晶，坩埚的第一部分具有中心轴线，第二部分被布置成从第一部分的中心轴线侧向地偏移。本申请还涉及一种由原料的熔体(16)制造晶体(14)的方法，以利用该方法所获得的晶片。依据本申请的技术方案，在制造具有增加的电功率密度和/或光功率密度的构件时的良品率显著地提高，并因此提高构件生产的经济效率。的经济效率。的经济效率。

【技术实现步骤摘要】
由原料的熔体制造晶体的装置的方法及由此获得的晶片
[0001]本申请是优先权日为2019年6月7日并且专利技术名称为“由原料的熔体制造晶体的装置的方法及由此获得的晶片”的中国专利技术专利申请第202010496246.8号的分案申请。


[0002]本专利技术涉及用于制造没有残余应力和位错的AIII
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BV
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单晶以及特别地砷化镓或磷化铟单晶的装置和方法，并且进一步涉及使用由与待制造的半导体单晶相同的半导体材料形成的籽晶通过冻结或固化半导体材料的熔体而由所述单晶制造的晶片。

技术介绍

[0003]关于砷化镓或磷化铟衬底晶片在制造具有增加的功率密度的发光构件(例如边缘发射半导体激光器或垂直腔表面发射半导体激光器)中的应用，位错充当不发光的复合中心并且因此充当分别影响良品率和寿命的缺陷。因此，如今在这样的应用中使用位错低的AIII
‑
BV衬底晶片。AIII
‑
BV单晶或晶片在本文中表示选自元素周期系统的III族和V族的化合物的晶体。位错的产生基于材料的弹性和塑性特征以及温度场的曲率的存在，所述温度场的曲率在晶体的冷却(在它固化之后)期间导致应力。作为生长方法，由于温度场的相对小的曲率，大致上可能仅仅考虑Vertical Bridgeman(VB)或Vertical Gradient Freeze(VGF)方法，或者以类似的方式用热方法执行的方法(例如，参见M.Jurisch等人在Handbook of Crystal Growth Bulk Crystal Growth：Basic Techniques第二卷，A部分，第二版，第9章中的“Vertical Bridgman Growth of Binary Compound Semiconductors”，2015年)。
[0004]DE 199 12 486 A1描述一种用于生长砷化镓晶体的设备。所述设备包括：坩埚，所述坩埚布置于炉中并且被构造成在第一部分和第二部分内接收原料熔体，所述第一部分包含具有较大直径的第一横截面面积，所述较大直径大致对应于最终制造的单晶的直径，所述第二部分具体地接收充当所述熔体的结晶的起点的籽晶，所述第二部分具有相对较小的直径并且被表示为籽晶通道。所述籽晶本身具有大约40mm的长度，以及对应于籽晶通道的直径的大约8mm的直径。由于文件中所提出的措施
‑
籽晶自由地站立于籽晶通道中并且在籽晶通道的部分中籽晶与坩埚之间的空间被填充以液态三氧化二硼(B2O3)
‑
在已经生长的晶体的横截面区域中获得1000cm
‑2至10000cm
‑2的位错密度。
[0005]可以通过添加所谓的晶格硬化掺杂剂(例如硼、硅、锌、硫)来阻止位错的形成，例如参见A.G.Elliot等人的Journal of Crystal Growth 70(1984)169
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178或B.Pichaud等人的Journal of Crystal Growth 71(1985)648
‑
654。例如，US 2006/0081306 A1或US 7,214,269B2描述依照Vertical Bridgeman(VB)方法
‑
或Vertical Gradient Freeze(VGF)方法对硅掺杂的砷化镓单晶的制造。因此，所使用的坩埚由pBN(热解氮化硼)形成并且具有80mm的直径以及300mm的长度，其中籽晶通道具有10mm的直径。通过添加硅，在晶体的横截面区域中获得5000cm
‑2的平均位错密度。
[0006]现今，关于硅掺杂的GaAs的制造，对于具有100mm或150mm的直径的晶片，通常获得小于100cm
‑2的平均位错密度，或者对于具有200mm的直径的晶片，通常获得小于5000cm
‑2的
平均位错密度(例如，M.Morishita等人在“Development of Si
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doped 8
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inch GaAs substrates”中的Conference Proceedings CS MANTECH 2018，其从http://csmantech2018.conferencespot.org/65967
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gmi
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1.4165182/t0017
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1.4165620/f0017
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1.4165621/0128
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0199
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000053
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1.4165656/ap074
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1.4165657下载；或者日本东京DOWA电子材料有限公司的产品目录，其中从http://www.dowa
‑
electronics.co.jp/semicon/e/gaas/gaas.html#semi下载；加拿大弗里蒙特市AXT股份有限公司或者日本大阪Sumitomo电子工业有限公司)。在不添加晶格硬化掺杂剂的情况下，对于具有100mm和150mm的直径的晶片，可以获得1500cm
‑2至10000cm
‑2的平均位错密度，或者对于具有200mm的直径的晶片，可以获得小于12000cm
‑2的平均位错密度(参见上面的参考文献)。
[0007]为了确定位错密度，存在标准化测量方法(SEMI M83：用于确定III
‑
V化合物半导体的单晶中的位错蚀刻坑密度的测试方法，SEMI M36
‑
用于测量低位错密度的砷化镓晶片中的蚀刻坑密度(EPD)的测试方法)。关于表面取向与晶体学取向{100}相差不超过15
°
的晶片，通过选择性蚀刻而使位错可见。因此，形成具有大约30
–
60μm的延伸的蚀刻坑，可以使用光学显微镜(放大倍数为大约50倍至200倍)对所述蚀刻坑进行计数。对于具有低位错密度的材料，通常施加具有0.25mm2至1mm2的面积的测量场
‑
其中分析考虑例如1mm的边缘排除的整个晶片表面。作为针对每个测量场测量的量，各自获得局部蚀刻坑密度EPD
L
。局部蚀刻坑密度的算术平均值产生晶片的平均蚀刻坑密度EPD
av
。此外，与测量场的总数量相比，可以将具有等于或小于预定极限值的EPD
L
的值的测量场的数量的相对量指定为具有0cm
‑2的局部蚀刻坑密度的测量场(没有位错的测量场)的相对量，例如P(EPD
L
＝0cm
‑2)。关于具有非常低的位错的材料，将包含于测量场中的位错蚀刻坑的总数量指定为EPC(蚀刻坑计数)也可能是有意义的。如果测量场覆盖整个晶片表面，则可以获得包含于晶片中的位错的总数量EPC
total
(总蚀刻坑计数)。为了确定单晶的位错密度，在开始时(晶体的被首先冻结或固化的区域)以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AIII
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BV
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单晶(14)或通过与AIII
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BV
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单晶(14)分离而获得的晶片，所述AIII
‑
BV
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单晶(14)或所述晶片在晶体的晶格中包括被确定为所述AIII
‑
BV
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单晶(14)的垂直于它的中心轴线(M)的横截面区域内的平均边缘坑密度(EPD
av
)的平均位错密度，所述平均位错密度为5cm
‑2或更小，其中所述单晶或所述晶片的直径达150mm或更大。2.根据权利要求1所述的AIII
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BV
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单晶(14)或通过与AIII
‑
BV
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单晶(14)分离而获得的晶片，其特征在于，将从由硼、硅、锌、硫、铟所构成组中选择出的晶格硬化掺杂剂单独地或组合地包含于所述单晶的晶格中。3.根据权利要求1所述的AIII
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BV
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单晶(14)或通过与AIII
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BV
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单晶(14)分离而获得的晶片，所述AIII
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BV
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单晶(14)或所述晶片在所述AIII
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BV
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单晶(14)或所述晶片的横截面区域上包括+/
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30kPa或更小的残余应力分布，通过根据快速扫描红外透射旋光计方法的空间分辨的测量获得所述残余应力分布，其中所述空间分辨的测量的侧向分辨率达100μm。4.根据权利要求1所述的AIII
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BV
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单晶(14)或通过与AIII
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BV
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单晶(14)分离而获得的晶片，所述AIII
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BV
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单晶(14)或所述晶片在所述AIII
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BV
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单晶(14)或所述晶片的横截面区域上包括+/
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25kPa或更小的残余应力分布，通过根据快速扫描红外透射旋光计方法的空间分辨的测量获得所述残余应力分布，其中所述空间分辨的测量的侧向分辨率达100μm。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的AIII
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BV
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单晶(14)或通过与所述AIII
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BV
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单晶(14)分离而获得的晶片，其特征在于，在所述AIII
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BV
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单晶或所述晶片的横截面区域内，测量网格内的大小为0.25mm2的测量场的一部分达所述横截面区域的总面积的99％或更大，所有测量场完全地覆盖所述横截面区域，所述一部分的测量场完全没有位错。6.一种AIII
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BV
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单晶(14)或通过与AIII
‑
BV
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单晶(14)分离而获得的晶片，其特征在于，所述AIII
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BV
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单晶(14)或所述晶片在所述AIII
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BV
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单晶(14)或所述晶片的横截面区域上包括+/
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30kPa或更小的残余应力分布，通过根据快速扫描红外透射旋光计方法的空间分辨的测量获得所述残余应力分布，其中所述AIII
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BV
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单晶在晶体的晶格中包括被确定为所述单晶(14)的垂直于它的中心轴线(M)的横截面区域内的平均边缘坑密度(EPD
av
)的平均位错密度，所述平均位错密度为10cm
‑2或更小，其中所述单晶或所述晶片的直径达150mm或更大。7.根据权利要求6所述的AIII
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BV
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单晶(14)或通过与AIII
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BV...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：弗赖贝格化合物原料有限公司，
类型：发明
国别省市：