产生二元半导体材料磊晶层的方法技术

本发明专利技术有关微电子学领域，可通过金属-有机化合物及氢化物之化学气相沉积产生III-V化合物半导体材料及II-VI化合物半导体材料的磊晶结构。申请专利范围是有关一种通过金属-有机化学气相沉积法（MOCVD）于单晶基材上产生二元半导体材料的磊晶层之方法。此技术使异质磊晶结构之质量得到改善。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】产生二元半导体材料磊晶层的方法
本专利技术有关微电子学领域，可通过金属-有机化合物及氢化物之化学气相沉积产生III-V化合物半导体材料及II-VI化合物半导体材料的磊晶结构。
技术介绍
产生III-V磊晶结构的方法（以下称为MOCVD）为Manasevit所提出（参见ManasevitH.M.Single-CrystalGalliumArsenideonInsulatingSubstratesAppl.Phys.Lett.12,156(1968)）。该方法在于第III族元素之金属-有机化合物（MOC），即三甲基镓，与第V族元素之氢化物（胂）通过氢流传送至装有热表面的反应器内，所述热表面上布置有单晶基材，而砷化镓磊晶层是生长于所述热表面上。稍后，MOC与氢化物之间的反应被发现不仅发生于热表面上，亦发生于气相（均相反应）。为了抑制该等反应，MOC及氢化物是分别被供应至生长区的装置应运而生（参见例如美国专利申请案第2009/0229754号，其中使用具有"莲蓬头喷淋器"型之反应气体导入系统的装置）。然而，此等组份于生长区中混合，结果将无法完全避免所述组份于气相上的反应。沉积于生长表面的均相反应的产物会损害磊晶层的质量。就发展具有量子维度阱洞之异质磊晶结构（HES）之技术的观点而言，此项问题变得特别重要（尤其是用于LED之以GaAlN为主之HES）。有一些已知解决方法（参见例如美国专利申请案第2010/0263588号），其中MOC与氢化物交替供应至反应器内，以避免均相反应。例如，通过提供气体-蒸气混合物（GVM）之移动使得先供应第III族组份，随后吹离反应器，接着供应第V族组份，而之后再次吹离反应器，依此往复，直至具有所需厚度的层形成。然而，在此情况下，制程持续时间因为依序将组份供应至反应器内而增加，且伴随有不稳定的GVM流出现，即气相中发生暂态过程，所述暂态过程随GVM流变化，转而造成HES质量损失。此等方法通常用于在实验室（研究）施行制造。在反应器中使用具有回转基材支架的分隔壁，以将反应器分成多个区段，而后将反应组份分别供应进入所述区段内（参见例如美国专利8043432）。此类方法会在该等区段上引起不期望的反应产物沉积，并且造成所述产物在其长晶期间破碎并落在磊晶层上的风险。据此，目前尚无任何可消去均相反应且保证HES大规模生产（例如一次多于40片基材）的解决方案。
技术实现思路
本文中所使用对语辞、陈述及缩写具有以下意义。MOCVD（金属有机化学气相沉积）意指自含有金属-有机化合物之蒸气的气相化学沉积的方法。HES意指异质磊晶结构。MOC意指金属-有机化合物。GVM意指气体-蒸气混合物，其系反应气体，尤其是指金属-有机化合物之蒸气于载体气体中之混合物与/或元素周期表第V族元素之氢化物与载体气体之混合物。分隔区段意指反应室之想象部分（区），其中载体气体流沿所述反应室径向移动，与所述反应室相邻区段中之反应气体流相分离，尤其是MOC区段及氢化物区段。TMA意指三甲基铝。TMG意指三甲基镓。TMI意指三甲基铟。载体气体意指用作载体之气体，其不含任何可能沉积于该基材上的化合物。通常使用氢、氮或其混合物作为载体气体。其他语词及陈述是使用熟习此技术者已知的一般意义。本专利技术旨在提供一种MOCVD方法，其使半导体材料磊晶层既可以以一般方式长晶，亦可经由原子层沉积之方式在连续反应气体流（使得该方法的产能较之使用间断供应反应气体的方法增高）下长晶。在所述通过金属-有机化学气相沉积法（MOCVD）于单晶基材上产生二元半导体材料的磊晶层之方法中，前述问题之解决方案是使用以下装置措施：（A）反应器，其具有相对于垂直中心轴为圆形的反应室；（B）基材支架，水平布置于反应室中且配接成绕着该垂直中心轴回转；（C）圆形筛网，布置于反应室中该基材支架上方距离大约15mm及40mm之间之处，所述筛网的直径大于所述基材支架的直径；其中（a）保持所述基材支架于一个预定温度；（b）所述基材支架绕着所述垂直中心均匀地的回转；（c）将至少两种反应气体分别供应至所述反应室的不同径向区段内；其中所述气体中之至少一者含有可分解以形成第III族或第II族元素的原子层的金属-有机化合物（MOC），且所述气体中之至少另一者相应的含有第V族或第VI族元素的氢化物，所述氢化物可相应的与所述层中的第III族或第II族元素之原子反应；（d）所述反应气体供应的顺序为所述含有第III族或第II族元素的MOC的反应气体产生之层暴露于相应的所述含有第V族或第VI族元素之氢化物的反应气体的作用之下；（e）为避免所述反应气体彼此混合，在位于所述反应气体流之间的区段内供应载体气体；（f）在该层生长的整段期间，连续不停的将反应气体及载体气体供应至所述反应室内；（g）所述反应气体及载体气体以所述反应室内每一区段相对于相同直径的径向移动速度皆一致的方式进行供应；（h）所述基材支架回转的圆周速度、所述反应气体中MOC的浓度、及所述反应气体消耗速率的供应方式为使得该基材支架完整回转一圈所沉积的层的厚度约为单原子层厚度的0.6至1.0；（i）所述反应气体及所述载体气体是经由直径小于1mm且表面密度为5至20个开口/平方厘米的开口群组以基本水平的方式供应，使得所述基材支架上方的径向气流以层流的位移方式流动，且生长中的所述层的厚度d实质上等于k×a×n，其中k为正实数，为在所述基材支架完整回转一圈所沉积的所述单原子层厚度的部份；a为正实数，为所述生长中的材料的晶格参数；n为正整数，为该基材支架完整回转之圈数。前述方法可改善HES的质量。该改良是通过以下装置措施达成：（A）排除所述含有第III族（或第II族）元素之MOC的反应气体渗入所述含有第V族（或第VI族）元素之化合物的反应气体的区段，反之亦然；（B）提供所述反应气体与所述载体气体之混合物的层流；（C）排除气流旋涡，以避免所述气流捕集颗粒并将它们重新散落于HES生长区内；（D）消除可能出现再循环晶胞的条件；（E）使得所述GVM组份浓度在整个HES生长区的稳定且单调地变化；（F）使用载体气体作为分离流而非介于区段间之分隔壁，以避免所沉积之反应产物自所述分隔壁进入所述长晶中的磊晶层的风险，同时避免所述气流在该壁附近的减速及扰流。熟习此技术者了解要长成具有所需组份的层需要确认布置在所述反应器中所述回转基材支架上的所述基材对所述垂直中心轴成对称，所述基材被加热，连续地供应所述含有第III族（或第II族）元素之MOC的反应气体，连续地供应所述含有第V族（或第VI族）化合物的气流，连续地供应所述载体气体，所述层得到生长，以及所述气体反应产物被移除，其中所述所有气体，尤其是所述含有第III族（或第II族）元素之MOC的反应气体与所述含有第V族（或第VI族）化合物的反应气体，是以空间上分离且交错的方式执行，所述载体气体流分离所述含有第III族（或第II族）元素之化合物的气流与所述含有第V族（或第VI族）元素之化合物的气流，该层沉积是以循环方式执行，同时具有单原子或近单原子厚度的层的部分在每一次的循环中都得以生长。用于生长所述层的所述反应器对称于所述垂直中心轴且包含至少两个区段，所述反应气体在生长磊晶层的整段时间内连续不断地被供应进入其中，所述生长层之形成是经由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种经由金属‑有机化学气相沉积法（MOCVD）于单晶基材上产生二元半导体材料的磊晶层之方法，其使用以下装置措施：（A）反应器，其具有相对于垂直中心轴为圆形的反应室；（B）基材支架，水平配置于所述反应室中且配接成绕着所述垂直中心轴回转；（C）圆形筛网，配置于所述反应室中所述基材支架上方距离15mm及40mm之间之处，所述筛网的直径大于所述基材支架的直径；其中（a）保持该基材支架于一预定温度；（b）使所述基材支架绕着所述垂直中心轴均匀地回转；（c）将至少两种反应气体分别供应至所述反应室的不同径向区段内；其中所述反应气体中之至少一者含有可分解以形成第III族或第II族元素的原子层的金属‑有机化合物（MOC），且该气体中之至少另一者相应地含有第V族或第VI族元素的氢化物，所述氢化物可相应地与所述层中的第III族或第II族元素之原子反应；（d）所述反应气体供应的顺序为所述含有第III族或第II族元素之MOC的反应气体产生之层暴露于相应的所述含有该第V族或第VI族元素之氢化物的反应气体的作用之下；（e）为避免所述反应气体彼此混合，在位于所述反应气体流之间的区段内供应载体气体；（f）在所述层生长的整段期间，连续不断地将所述反应气体及所述载体气体供应至所述反应室内；（g）所述反应气体及所述载体气体以所述反应室内每一区段相对于相同直径的径向移动速度皆一致的方式进行供应；（h）所述基材支架回转的圆周速度、所述反应气体中MOC的浓度、及所述反应气体消耗速率的供应方式为使得所述基材支架完整回转一圈所沉积的层厚度约为单原子层厚度的0.6至1.0；（i）所述反应气体及所述载体气体是经由直径小于1mm且表面密度为5至20个开口/平方厘米的开口群组以基本水平的方式供应，使得所述基材支架上方的径向气体以层流的位移方式流动，且生长中的所述层的厚度d实质上等于k×a×n，其中k为正实数，其为在所述基材支架完整回转一圈所沉积的所述单原子层厚度的部份；a为正实数，其为所述生长中的材料的基质参数；n为正整数，其为所述基材支架完整回转之圈数。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.19 RU 20131384801.一种经由金属-有机化学气相沉积法(MOCVD)于单晶基材上产生二元半导体材料的磊晶层之方法，其使用以下装置措施：(A)反应器，其具有相对于垂直中心轴为圆形的反应室；(B)基材支架，水平配置于所述反应室中且配接成绕着所述垂直中心轴回转；(C)圆形筛网，配置于所述反应室中所述基材支架上方距离15mm及40mm之间之处，所述筛网的直径大于所述基材支架的直径；其中(a)保持该基材支架于一预定温度；(b)使所述基材支架绕着所述垂直中心轴均匀地回转；(c)将至少两种反应气体分别供应至所述反应室的不同径向区段内；其中所述反应气体中之至少一者含有可分解以形成第III族或第II族元素的原子层的金属-有机化合物MOC，且该气体中之至少另一者相应地含有第V族或第VI族元素的氢化物，所述氢化物可相应地与所述层中的第III族或第II族元素之原子反应；(d)所述反应气体供应的顺序为所述含有第III族或第II族元素之MOC的反应气体产生之层暴露于相应的所述含有该第V族或第VI族元素之氢化物的反应气体的作用之下；(e)为避免所述反应气体彼此混合，在位于所述反应气体流之间的区段内供应载体气体；(f)在所述层生长的整段期间，连续不断地将所述反应气体及所述载体气体供应至所述反应室内；(g)所述反应气体及所述载体气体以所述反应室内每一区段相对于相同直径的径向移动速度皆一致的方式进行供应；(h)所述基材支架回转的圆周速度、所述反应气体中MOC的浓度、及所述反应气体消耗速率的供...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾力克西·安德里维奇·亚伦达伦柯，法拉利·阿纳托尔厄维奇·布若宾，安德利·弗拉基米洛维奇·泽里夫，
申请(专利权)人：艾力克西·安德里维奇·亚伦达伦柯，法拉利·阿纳托尔厄维奇·布若宾，安德利·弗拉基米洛维奇·泽里夫，
类型：发明
国别省市：俄罗斯;RU