含硼掺杂剂的低腐蚀坑密度砷化镓晶体制造技术

用于含硼掺杂剂的低腐蚀坑密度砷化镓晶体的方法和体系可包括一种砷化镓单晶晶片，该晶片含有硼作为掺杂剂、腐蚀坑密度小于500cm

Low etch pit density GaAs crystal with boron dopant

【技术实现步骤摘要】
含硼掺杂剂的低腐蚀坑密度砷化镓晶体相关申请的交叉引用/援引加入本申请请求2018年12月13日递交的美国临时申请62/779,036的优先权和权益，该临时申请在此通过引用的方式全文纳入本申请。
本专利技术的某些实施方案涉及半导体衬底。更具体而言，本专利技术的某些实施方案涉及含硼掺杂剂的低腐蚀坑密度砷化镓晶体。
技术介绍
半导体衬底、特别是III-V族半导体衬底，被用于制造诸如异质结双极晶体管(HBT)、赝晶型高电子迁移率晶体管(pHEMT)等电子器件和光电器件，以及例如激光器。衬底中的缺陷可降低生产率和提高成本。对于本领域技术人员而言，通过将这样的体系与本申请其余部分结合附图所描述的本专利技术作比较，常规方案和传统方案的其他局限和缺点将是明显的。
技术实现思路
用于含硼掺杂剂的低腐蚀坑密度的砷化镓晶体的体系和/或方法大体在至少一幅附图中示出和/或通过结合至少一幅附图描述，如更完整地记载于权利要求书中。本专利技术的各种优点、方面和新的特征，及其示例说明的实施方案的具体细节，可从随后的说明书和附图中更全面地理解。附图说明图1是一幅示意图，示出了根据本专利技术的一个示例性实施方案的垂直梯度凝固反应器。图2示出了根据本专利技术的一个实施方案制造的6英寸砷化镓晶片的腐蚀坑密度结果。图3示出了根据本专利技术的一个示例性实施方案利用垂直梯度凝固方法制作砷化镓晶片的流程图。图4示出了根据本专利技术的一个示例性实施方案在低腐蚀坑密度的6英寸半绝缘砷化镓晶片上制作的器件。具体实施方式本专利技术的某些方面可基于用于含硼掺杂剂的低腐蚀坑密度的砷化镓晶体的方法和相应的晶片。图1是一幅示意图，示出了根据本专利技术的一个示例性实施方案的垂直梯度凝固反应器。参见图1，示出的是一个垂直梯度凝固(VGF)体系100，该体系100包括安瓿110、支撑件107、加热线圈120和坩埚130。在安瓿110内，可以使用籽晶101和垂直构型的液态熔体105进行生长，其中由于熔体105的非常渐进的冷却而形成固体103。坩埚130可包括例如热解氮化硼(PBN)，并且可在制造过程中容纳熔体和种子材料。VGF体系100包括用于生长装料、加热器、绝缘体和支撑件的配置，其包括：在晶体生长装料中来自高于椎体水平的加热线圈120的直接辐射，种子101，并且也可包括支撑结构107，用于支撑加热线圈120中的安瓿110。此外，绝缘体109可置于支撑件107内以促进生长期间向内的辐射热流以及生长之后期间和冷却期间的散热。用于生长安瓿110的支撑圆柱体107可包括一个中空椎体，该中空椎体位于容纳籽晶101的种子囊袋的下方，以提供穿过中心向下的导热流路径，该导热流路径被向下通往加热器底部的更大直径的石英棒辅助并变得更稳定。在VGF过程中，可以使用多区炉加热安瓿110中坩埚130中的多晶装料——种子101，多区炉由加热线圈120表示。通过将装料熔融至种子101引发晶体生长，从而形成熔体105，并缓慢降低温度以冷却种子101处的熔体105。形成固体103的结晶过程可以通过改变不同炉区的温度梯度而精确地控制，比如向加热线圈120的不同部位施加不同的电流。从而，加热线圈120可构成一个能够实现不同温度、不同加热/冷却速率和不同空间温度分布的多区加热体系。VGF方法相比于诸如液封提拉法(LEC)和水平布里其曼法(HB)等其他方法有很多优点。首先，晶体和熔体的热环境是径向对称的，使得能够实现径向均匀的界面和精确的温度分布控制。其次，低轴向和径向温度梯度的生长，结合通过坩埚施加的直径控制，以及无需为了快速凝固晶体而采用大的温度梯度，能够显著降低应变，从而降低晶体中的位错。再次，液固界面穿过熔体向上发展，并且在坩埚底部的种子101处开始结晶。该体系在底部更冷，能够热力学地稳定对抗对流。即使在冷却过程中，容易调节的冷却依然能让晶体以尽可能小的缺陷率达到室温。以前尚未制造出6英寸或更大直径晶片形式的非n-型或p-型的平均位错密度为1000cm-2以下的GaAs晶体。常规的掺杂硅的GaAs晶片由于足够高量掺杂时的固溶硬化效果，可具有低的EPD，但这会导致大的红外吸收。在本专利技术的一个示例性实施方案中，可使用硼作为掺杂剂，加入纯GaAs晶体中，在以特殊生长控制进行VGF方法时实现了非常低的位错密度效果。在一个实例情况中，为了提高衬底的红外透光度，没有使用硅掺杂，然而少量依然可以存在，与硼共掺杂。在晶体生长之前，含硼的GaAs多晶通过多合成(polysynthesis)预先制备。该多合成方法可以在石英反应管中利用舟法(boatmethod)进行，可以确保硼均匀地引入GaAs晶体中，能够使得晶体生长过程接纳掺杂剂。一旦生成多晶GaAs，就可进行VGF晶体生长过程。为了实现低EPD，小心控制多个VGF参数。第一个参数可包括熔体/晶体界面140的形状，其可控制成向熔体凹入，例如，凹入10mm，6英寸直径晶体的中心比边缘低约10mm。这可以用不同的时间温度分布和/或空间温度分布加以控制。其次，受冷却速率控制的结晶速度可设置为0.2-0.5℃/小时。可在晶锭的不同部位处设置不同的固化速率。沿着生长中的晶体的温度梯度可在晶锭(boule)中产生应力，其中头部冷得更早，且在某些情况下可能发生头部比尾部低约100度，因此需要精确地控制。最后，熔体/晶体界面处的温度梯度可设置成介于4至8℃/cm之间。同样，多区加热能够实现精确控制遍及整个坩埚130的温度。在完成全部固化之后，可将加热温度在不同加热区中分别以约0.5-5℃/小时、1-20℃/小时、和5-20℃/小时的速度降低到室温。该方法可获得长约85mm、具有圆柱体部分的、低位错的6英寸直径的GaAs单晶。尽管该方法针对的是6英寸直径晶锭，但同样的方法也可采用不同的炉尺寸被用在其他的直径中。由该方法获得的位错密度低于500cm-2，低于200cm-2，甚至低于100cm-2，如图2所示。图2示出了根据本专利技术的一个实施方案制造的6英寸砷化镓晶片的腐蚀坑密度结果。参见图2，根据SEMIM36-0699和ASTM测试方法F140-92进行EPD测量。在69个点(每个点的面积为0.024cm2)处测量的EPD水平的一个实例示于图2中，结果是针对晶体的种子末端和尾部末端。测量了来自于不同晶锭的晶片，显示两个晶锭的晶体种子末端处的晶片的平均EPD为50和75/cm2，最大EPD为875和1583/cm2，两个晶锭的尾部末端处的晶片的平均EPD为156和164/cm2，最大EPD为3125和4958/cm2。这相对于已有GaAs衬底取得了显著的进步。表1示出GaAs衬底的吸收系数数据。掺杂剂厚度(μm)吸收系数(1/cm)B6925.340B6935.337B6933.823B694...

【技术保护点】
1.砷化镓单晶晶片，其含有硼作为掺杂剂、腐蚀坑密度小于500cm

【技术特征摘要】
20181213 US 62/779,0361.砷化镓单晶晶片，其含有硼作为掺杂剂、腐蚀坑密度小于500cm-2、并且在940nm处的光吸收为6cm-1以下。


2.根据权利要求1所述的晶片，其中所述晶片的腐蚀坑密度小于200cm-2。


3.根据权利要求1所述的晶片，其中所述晶片的腐蚀坑密度小于100cm-2。


4.根据权利要求1所述的晶片，其中所述晶片的直径为6英寸或更大。


5.根据权利要求1所述的晶片，其中所述晶片的硼浓度为1×1019cm-3以上。


6.根据权利要求1所述的晶片，其中所述晶片的厚度为300μm以上。


7.根据权利要求1所述的晶片，其中在所述晶片的第一表面上形成有电子器件和/或光电器件。


8.根据权利要求7所述的晶片，其中所述晶片被切割成数个裸片，并且来自于其中一个裸片的一面上的光电器件的光信号从裸片的与该面相对的一面传输出去。


9.一种形成单晶砷化镓衬底的方法，所述方法包括：
将装料材料密封在坩埚中，所述装料材料包括多晶砷化镓籽晶、B2O3密封剂和碳；
将坩埚密封在石英安瓿中；
通过采用多区加热体系加热安瓿，以逐步熔融装料材料，直至部分籽晶熔融，从而进行垂直梯度凝固晶体生长；
从部分熔融的种子开始通过进行多区加热体系的受控冷却启动生长；
在熔体-晶体界面处施加1至8℃/cm的温度梯度；和
利用多区冷却体系中...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉贾拉姆·谢蒂，刘卫国，杨盛世，
申请(专利权)人：AXT公司，
类型：发明
国别省市：美国;US