[发明专利]由原料的熔体制造晶体的装置的方法及由此获得的晶片

说明书

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。

技术领域

本发明涉及用于制造没有残余应力和位错的AIII-BV-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。

背景技术

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Handbookof 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)。

DE 199 12 486A1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。

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)169-178或B.Pichaud等人的Journal of Crystal Growth 71(1985)648-654。例如，US 2006/0081306A1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。