DE10319972A1 - Verfahren zur Herstellung von Gruppe-II-Oxid Schichten und Gruppe-II Oxid Bauelementen mittels epitaktischer Gasphasenabscheidung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Gruppe-II-Oxid Schichten und Gruppe-II Oxid Bauelementen mittels epitaktischer Gasphasenabscheidung Download PDFInfo
- Publication number
- DE10319972A1 DE10319972A1 DE10319972A DE10319972A DE10319972A1 DE 10319972 A1 DE10319972 A1 DE 10319972A1 DE 10319972 A DE10319972 A DE 10319972A DE 10319972 A DE10319972 A DE 10319972A DE 10319972 A1 DE10319972 A1 DE 10319972A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- group
- oxide
- precursor
- gas phase
- production
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
Abstract
Die Abscheidung von Gruppe-II-O Halbleitern bei erhöhten Temperaturen mit Precursoren, wie z. B. N¶2¶O, NO, NO¶2¶, CO oder CO¶2¶, führt häufig zu rauhen, nicht vollständig geschlossenen Oberflächen. Durch das Zugeben von z. B. Alkoholen oder Wasser lässt sich hingegen eine gute Kristallqualität und Morphologie erzielen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gruppe-II-Oxid Schichten und Gruppe-II-Oxid Bauelementen mittels epitaktischer Gasphasenabscheidung. Im weiteren Text werden die folgenden Abkürzungen verwendet:
- Abkürzungen
-
- Zn Zink
- Mg Magnesium
- Cd Cadmium
- Al Aluminium
- Ga Gallium
- In Indium
- Gruppe-II Elemente aus der II. Haupt oder Nebengruppe
- O Sauerstoff
- C Kohlenstoff
- N Stickstoff
- H Wasserstoff
- GaN Gallium-Nitrid
- R ein anorganischer oder organischer Rest
- MOCVD Metallorganische Gasphasenepitaxie, auch MOVPE genannt
- MBE Molecular Beam Epitaxie; hier sind auch alle verwandten Methoden
- wie MO-MBE oder GS-MBE eingeschlossen
- VPE Vapor Phase Epitaxie, zum Teil auch als HVPE oder CVD bekannt
- LED Light emitting diode (Lichtemittierende Diode)
- Das epitaktische Wachstum von Gruppe-II-O Halbleitern wie z.B. ZnO, CdO oder MgO auf Homo- oder Heterosubstraten wird derzeit intensiv erforscht, seitdem es gelungen sein soll, p-Typ Dotierung zu erzielen [z. B.: Eagle-Picher press release, EAGLE-PICHER Demonstrated p-Type Doping in ZnO, http://www.tech.epcorp.com/news/010702.htm, 7. Januar 2002; oder auch D. C. Look, et. al, Characterization of homoepitaxial p-type ZnO grown by molecular beam epitaxy, Applied Physics Letters 81, 1830 (2002)]. Mit der erfolgreichen p-Typ Dotierung ist die Herstellung von ZnO-basierten elektronischen und optoelektronischen Bauelementen um viele Möglichkeiten erweitert worden. Dabei ist außer der häufig verwendeten Sputterabscheidung insbesondere die epitaktische Abscheidung von ZnO mit MBE, MOCVD oder VPE für die industrielle Massenfertigung von z.B. ZnO-basierten LEDs sehr interessant. Hierbei stellt sich jedoch oft das Problem, dass das Schichtwachstum entweder auf Heterosubstraten oder aber auch auf Homosubstraten stark gestört anfängt und keine glatten, bauelementtauglichen Schichten erzielt werden können. Gründe können außer den Unterschieden in der Oberflächenenergie bei Heterosubstraten, wie z.B. GaN Templates auf Saphir, auch störende Oxide sein oder beim ZnO Einkristall eine Oberflächenpassivierung mit OH-Gruppen, was aber noch Gegenstand der Forschung ist.
- Zum p-Typ Dotieren von ZnO ist unter anderem das Einbringen von Stickstoff in den Kristall notwendig, was einfach mittels Ammoniak oder in der MBE auch mit N-Radikalen möglich ist. Insbesondere bei Verwendung von Ammoniak ist eine hohe Wachstumstemperatur angezeigt, da sich Ammoniak aufgrund seiner hohen Bindungsenerge nur schlecht thermisch zerlegt.
- In der Gasphasenepitaxie ist prinzipiell das Schichtwachstum mit Precursoren wie N2O, NO, NO2, CO oder CO2 möglich, die sich thermisch nur schlecht zerlegen, weshalb höhere Wachstumstemperaturen zum Kristallwachstum nötig sind.
- Allgemein ist eine hohe Wachstumstemperatur für das ZnO Wachstum allein deswegen vorzuziehen, weil aufgrund der für einen II-VI Halbleiter hohen Bindungsenergie so einfacher eine hohe Adatommobilität und damit eine glatte Oberfläche erzielt werden kann.
- Beim Wachstum von Gruppe-II-Oxiden bei höheren Temperaturen zeigt sich, dass auch dann, wenn Niedertemperatur Pufferschichten verwendet werden, nur schwierig glatte, zusammenhängende Schichten zu erzielen sind.
- Die vorstehend genannten Nachteile sollen durch die Erfindung überwunden werden. Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 beschreibt die Möglichkeit bei hohen Wachstumstemperaturen eine homogene und glatte Gruppe-II-Oxid Schicht mit Precursoren vom Typ R-O bzw. R-O-R mit R einem anorganischem Rest außer Wasserstoff, wie z.B. N2O, NO, NO2 nach Anspruch 2 oder, CO oder CO2 zu erhalten. Dabei ist bei ausschließlicher Verwendung von reinen Precursoren vom Typ R-OH, mit R einem beliebigen organischen Rest oder Wasserstoff bei hohen Temperaturen keine Abscheidung von morphologisch hochwertigen Schichten möglich. Durch die Zugabe von Sauerstoff in Form eines Precursors vom Typ R-OH, mit R einem beliebigen organischen Rest oder Wasserstoff, wie Alkoholen nach Anspruch 3 oder Wasser nach Anspruch 4 wird die Morphologie der Schicht entscheidend verbessert.
- Es folgt eine kurze Beschreibung des möglichen Schichtwachtsums in der MOCVD als Ausführungsbeispiel: Hierfür wird zum Beispiel ein Heterosubstrat wie GaN auf Saphir in den Reaktor geladen und unter einem Trägergas wie H2 oder N2 auf ca. 450 °C geheizt. Zum Start des Schichtwachstums wird nach Anspruch 4 und wie z. B. in der
DE 10238135.6 beschrieben, zuerst eine Pufferschicht bei einer niedrigeren Temperatur als die Abscheidetemperatur der Hauptschicht gewachsen. Dazu wird die Zn-Quelle, meist Dimethylzink oder Diethylzink und die Sauerstoffquelle wie tertiär-Butanol geöffnet und für einige Minuten bei einem hohen VI-II Verhältnis in der Gasphase (sehr viel größer als 1) eine ca. 100 nm dicke ZnO Schicht abgeschieden. Danach erfolgt das Aufheizen auf ca. 900-950 °C, vorzugsweise unter Stickstoff und dem Hochtemperatursauerstoffprecursor wie z.B. N2O. Dabei ist auch die tertiär-Butanol Quelle geöffnet, um während des Übergangs von niedrigen zu hohen Temperaturen die ZnO Oberfläche besser zu stabilisieren. Das Hauptschichtwachstum findet dann unter N2O und tert-Butanol, üblicherweise mit einem niedrigeren tert-Butanol Fluss als bei der Pufferschicht, und Dimethylzink oder Diethylzink, vorzugsweise in einer inerten Gasatmosphäre aus, z.B. N2, statt. Die so erhaltene Schicht ist glatt und von hoher kristalliner Qualität und damit geeignet für Bauelementstrukturen, wofür sie gegebenenfalls noch dotiert werden muss. Zur p-Typ Dotierung eignet sich dafür nach Anspruch 5 die Verwendung von Stickstoff, z.B. wie in Anspruch 6 genannt in Form von Ammoniak oder nach Anspruch 7 einem R-Hydrazin mit R keinem, einem oder mehreren beliebigen organischen Resten, wie z. B. Dimethylhydrazin. Zur n-Typ Dotierung wird die übliche Dotierung mit Ga, Al oder In unter Verwendung von z. B. trimetyhl-gallium, -aluminium oder -indium verwendet. - Die Beschreibung schließt alle Gruppe-II-Oxid Kristalle und alle Gasphasenepitaxieverfahren ein.
Claims (7)
- Verfahren zur Herstellung von Gruppe-II-Oxid Schichten und Gruppe-II-Oxid Bauelementen mittels epitaktischer Gasphasenabscheidung durch das Abscheiden der ZnO Schicht mit a. einem metallorganischem Zn-Precursor, b. einem Sauerstoffprecursor vom Typ O-R oder R-O-R, wobei R ein beliebiger anorganischer Rest außer Wasserstoff ist und c. einem Sauerstoffprecursor vom Typ R-OH, mit R einem beliebigen organischen Rest oder Wasserstoff.
- Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Verwenden von N2O, NO oder NO2 als Sauerstoffprecursoren vom Typ R-O bzw. R-O-R mit R einem anorganischem Rest außer Wasserstoff.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet durch das Verwenden von Alkoholen oder Wasser als Sauerstoffprecursoren vom Typ R-OH, mit R einem beliebigen organischen Rest oder Wasserstoff.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Wachsen einer Niedertemperatur Pufferschicht vor der Hauptschicht.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Dotieren mit Stickstoff.
- Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch das Verwenden von Ammoniak zur Stickstoffdotierung.
- Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch das Verwenden von R-Hydrazin zur Stickstoffdotierung, mit R einem oder mehreren beliebigen organischen Resten.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10319972A DE10319972B4 (de) | 2003-05-03 | 2003-05-03 | Verfahren zur Herstellung einer epitaktischen ZnO-Schicht |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10319972A DE10319972B4 (de) | 2003-05-03 | 2003-05-03 | Verfahren zur Herstellung einer epitaktischen ZnO-Schicht |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10319972A1 true DE10319972A1 (de) | 2004-11-25 |
DE10319972B4 DE10319972B4 (de) | 2006-07-27 |
Family
ID=33394118
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10319972A Expired - Fee Related DE10319972B4 (de) | 2003-05-03 | 2003-05-03 | Verfahren zur Herstellung einer epitaktischen ZnO-Schicht |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10319972B4 (de) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20010012678A1 (en) * | 1999-12-14 | 2001-08-09 | Satoru Tanaka | Method for the formation of semiconductor layer |
US20020058351A1 (en) * | 2000-09-13 | 2002-05-16 | Kakuya Iwata | Method of manufacturing semiconductor device having ZnO based oxide semiconductor layer |
-
2003
- 2003-05-03 DE DE10319972A patent/DE10319972B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20010012678A1 (en) * | 1999-12-14 | 2001-08-09 | Satoru Tanaka | Method for the formation of semiconductor layer |
US20020058351A1 (en) * | 2000-09-13 | 2002-05-16 | Kakuya Iwata | Method of manufacturing semiconductor device having ZnO based oxide semiconductor layer |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
"Growth of p-type Zinc Oxide Films by Chemical Vapor Deposition", K. Minegishi et al., Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 36 (1997), L1453-L1455 * |
"Highly oriented ZnO films prepared by MOCVD from Diethylzinc and alcohols", Sh. Oda et al., Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 24, (1985), S. 1607-1610 |
"Highly oriented ZnO films prepared by MOCVD from Diethylzinc and alcohols", Sh. Oda et al., Jpn. J.Appl. Phys. Vol. 24, (1985), S. 1607-1610 * |
"Lehrbuch der anorganischen Chemie", Holleman- Wiberg, 91.-100. Aufl., Walter de Gruyter, Berlin- N.Y. (1985); S. 579-580 |
"Lehrbuch der anorganischen Chemie", Holleman- Wiberg, 91.-100. Aufl., Walter de Gruyter, Berlin-N.Y. (1985); S. 579-580 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10319972B4 (de) | 2006-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10392313B4 (de) | Auf Galliumnitrid basierende Vorrichtungen und Herstellungsverfahren | |
DE69209901T2 (de) | Heteroepitaktisches Aufwachsen von Germanium auf Silizium mittels Ultra-Hochvakuum-CVD | |
DE112006000433T5 (de) | Einzelschritt, hochtemperatur Keimbildung für ein Gitterfehlerträgermaterial | |
DE19905516C2 (de) | Lichtemittierende Diode mit dotierter Grenzflächenschicht zum Steuern von Verunreinigungen und Verfahren zum Herstellen derselben | |
EP1908099A1 (de) | Halbleitersubstrat sowie verfahren und maskenschicht zur herstellung eines freistehenden halbleitersubstrats mittels der hydrid-gasphasenepitaxie | |
DE102012104671B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer aktiven Zone für einen optoelektronischen Halbleiterchip | |
US20080233721A1 (en) | METHOD FOR FORMING AlGaN CRYSTAL LAYER | |
TWI521733B (zh) | 用以產生含鎵三族氮化物半導體之方法 | |
CN105489723A (zh) | 氮化物底层及其制作方法 | |
WO2013139887A1 (de) | Verfahren zur herstellung von iii-n-einkristallen, und iii-n-einkristall | |
WO2006086471A2 (en) | A method to grow iii-nitride materials using no buffer layer | |
WO2014118162A1 (de) | Halbleiterschichtenfolge und verfahren zur herstellung einer halbleiterschichtenfolge | |
US7696533B2 (en) | Indium nitride layer production | |
DE102009042349B4 (de) | Semipolare wurtzitische Gruppe-III-Nitrid basierte Halbleiterschichten und darauf basierende Halbleiterbauelemente | |
DE10319972B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer epitaktischen ZnO-Schicht | |
DE10238135B4 (de) | Verfahren zur Herstellung von Gruppe-II-Oxid Schichten mit der Gasphasenepitaxie, Gruppe-II-Oxid Schicht und Gruppe-II-Oxid Halbleiterbauelement | |
DE102004038573A1 (de) | Verfahren zum epitaktischen Wachstum dicker, rissfreier Gruppe-III-Nitrid Halbleiterschichten mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie auf Si oder SIC | |
DE102011108080B4 (de) | Gruppe-III-Nitrid-basierte Schichtenfolge, deren Verwendung und Verfahren ihrer Herstellung | |
DE69938609T2 (de) | Epitaktisches substrat aus aluminium-galliumnitrid-halbleitern und herstellungsverfahren dafür | |
EP1841902B1 (de) | VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON C-PLANE ORIENTIERTEN GaN- ODER AlxGa1-xN-SUBSTRATEN | |
Li et al. | Tensile strain relaxation in GaN x P1− x (x≤ 0.1) grown by chemical beam epitaxy | |
Hussein et al. | Thermal annealing effect on the structural properties of epitaxial growth of GaP on Si substrate | |
WO2015124495A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer nitrid-verbindungshalbleiterschicht | |
Zang et al. | Evolution of AlN buffer layers on silicon and effects on the properties of epitaxial GaN films | |
DE102012204553A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von III-N-Templaten und deren Weiterverarbeitung, und III-N-Template |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KROST, ALOIS, PROF. DR., 13587 BERLIN, DE Owner name: DADGAR, ARMIN, DR., 10555 BERLIN, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |