化合物半导体的活性化方法，其特征在于，通过以下步骤： 将化合物半导体放入到反应容器内； 用在前述化合物半导体熔点下的平衡蒸气压为１大气压以下的低蒸气压气体对前述反应容器内进行置换； 一边将前述反应容器内保持在前述平衡蒸气压以上的压力，一边使前述低蒸气压气体沿着化合物半导体表面流过； 进而对化合物半导体表面照射光子能量大于前述化合物半导体带隙的脉冲激光， 从而一边将前述低蒸气压气体的气氛温度保持在室温或分解温度以下，一边仅使脉冲激光照射位置的化合物半导体熔融。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在常压或接近常压的低压下使高熔点化合物半导体熔 融，并且通过熔液的逐渐冷却来提高化合物半导体活性的化合物半导 体的活性化方法及装置。
技术介绍
近年来蓝色发光二极管(LED)、白色LED、蓝紫色半导体激光器 (LD )、高频器件等使用氮化镓(GaN )系材料的半导体器件受到关注。GaN系半导体器件主要是以蓝宝石或碳化硅(SiC)为基板，在其上 面通过有机金属气相生长(MOVPE)法或分子束外延(MBE)法异质 外延生长GaN系薄膜而实现的。这时基板和GaN系薄膜的热膨胀系数 及晶格常数有很大不同，所以在GaN系薄膜上产生109cm-2以上的高密 度位错(也就是缺陷)。另一方面，为了实现白色LED、蓝紫色半导体激光器(LD)、高 频器件等，必需开发位错密度在10VmJ以下的高品质GaN基板，许多 研究单位开发有各种技术(例如非专利文献1、 2)。非专利文献1是通过熔液生长法进行GaN晶体生长的研究报告， 该报告通过实-睑确认在6GPa (约6万大气压)以上的氮压力、2220°C 以上的高温下，GaN不会分解而均匀熔融，并且如果对熔液进4亍冷却， 可逆恢复至GaN晶相。非专利文献2涉及通过熔融法生长GaN晶体的研究报告，该报告 通过实-睑确认在温度800°C、氮压力5MPa (约50大气压)左右的生长 条件下，可以生长高品质GaN晶体。另外，专利文献1还公开了作为对SiC、 GaN等半导体的杂质离子 注入层的活性化方法。专利文献1的杂质离子注入层的活性化方法是对于通过离子 注入掺杂规定的杂质元素的半导体材料，在对该半导体材料加热的状 态下，用与该半导体材料光子能量(带隙间迁移能量)相同或光子能 量大于其的激光进行照射的方法。非专利文献1:内海涉等高圧下仁:fo1t^)窒化;jr卩，厶O—致溶 融、単結晶窒化力'卩々厶育成O新手法，，，Spring-8利用者情報2004 年1月非专利文献2:皿山正二等7 ， y夕久法仁J: 3高品質窒化方、卩 ，厶O結晶成長，，，Ricoh Technical Report No.30, December, 2004专利文献1:特开2002-289550号公才良，不純物4才7注入層O 活性化法GaN的熔点约在2220。C以上，在该熔点下与氮气的平衡压力达到 约6GPa(约6万大气压)以上，因此在低压氮气氛下GaN在高温下分 解成Ga金属和氮气，不适合采用在硅等中实施的通过熔液的逐渐冷却 而得到单晶的单晶生长方法。另外即使通过非专利文献l的熔液生长法可以生长GaN晶体，由 于需要6GPa (约6万大气压)以上的氮压力、222(TC以上的高温，也 存在需要超高温.超高压装置的问题。另外，非专利文献2的熔融法可以在600 800。C温度下使平衡蒸 气压降到数十大气压，但是仍然需要高压装置。如专利文献1所述，即使在利用脉冲激光将氮化镓或碳化硅进行 退火的情况下也不能使其在真空气氛或氮气氛中熔融液化，因此高品 质晶体的生长是很困难的。
技术实现思路
本专利技术是为了解决这些问题而提出的。也就是本专利技术的目的在于 提供在常压或接近常压的低压下可以使如GaN的高熔点化合物半导体 不分解而熔融，由此通过熔液的逐渐冷却来提高化合物半导体活性的 化合物半导体的活性化方法及装置。按照本专利技术，将提供化合物半导体的活性化方法，其特征是将化 合物半导体放入到反应容器内；用在前述化合物半导体熔点下的平衡蒸气压为1大气压以下的低 蒸气压气体对前述反应容器内进行置换；一边将前述反应容器内保持在前述平衡蒸气压以上的压力， 一边 使前述低蒸气压气体沿着化合物半导体表面流过；进一步对化合物半导体表面照射光子能量大于前述化合物半导体带隙的脉冲激光，由此， 一边将前述低蒸气压气体的气氛温度保持在室温或分解温 度以下， 一边仅使脉冲激光照射位置的化合物半导体熔融。另外按照本专利技术，还提供化合物半导体的活性化装置，其特征是具备在气密状态下放入化合物半导体的反应容器；向前述反应容器内供给在前述化合物半导体熔点下的平衡蒸气压为l大气压以下的低蒸气压气体的气体供给装置；将前述低蒸气压气体的气氛温度保持在室温或分解温度以下的温 度调节装置；对化合物半导体表面照射光子能量大于前述化合物半导体带隙的 脉冲激光的脉冲激光照射装置，用前述低蒸气压气体对前述反应容器内进行置换；一边使前述反应容器内保持在前述平衡蒸气压以上的压力， 一边 使前述低蒸气压气体沿着化合物半导体表面流过；再对化合物半导体表面照射前述脉冲激光，仅使脉冲激光照射位 置的化合物半导体熔融。按照本专利技术优选的实施方案，前述化合物半导体是氮化镓，前述 低蒸气压气体是氨、肼或它们的混合气体。另外优选前述脉冲激光是通过均化器均化，并且经过整形的线状 光束。另外还优选一边沿着激光照射面输送化合物半导体， 一边对化合 物半导体表面照射前述脉冲激光。另外还优选在前述化合物半导体中离子注入铒(Er)、铽(Tb)、铕(Eu)等稀土类以及过渡金属。另外还优选在前述化合物半导体中离子注入钠、钾、锂等碱金属。 另外还优选在前述化合物半导体中离子注入p型或n型或p和n型杂质。如上所述GaN的熔点约在2220°C以上，该熔点下与氮气的平衡压 力达到约6GPa (约6万大气压)以上，因此如果在低压氮气氛下GaN 在高温下分解成Ga金属和氮气。与此相反，氨以及肼的平衡蒸气压低，在GaN熔点下的平衡蒸气 压为1大气压以下。因此使用氨或肼等气体(低蒸气压气体)可以使在氮化镓熔点下 的平衡蒸气压为1大气压以下。但是氨或肼等在30(TC以上的气氛温度下开始分解成为氮和氢，所 以如果用热处理装置加热到30(TC以上，则这些低蒸气压气体将全部分解。于是本专利技术一边将低蒸气压气体的气氛温度保持在室温或分解温 度以下， 一 边仅对脉冲激光照射位置的化合物半导体进行瞬间加热并 使其熔融，由此， 一边抑制低蒸气压气体的分解， 一边使化合物半导 体不分解而熔融。因此通过上述本专利技术的方法及装置，可以得到以下效果。(1) 由于照射光子能量大于化合物带隙能量的脉冲激光，故可以在几 十纳秒左右加热到炫点。(2) 通过使用在熔点的平衡蒸气压为1大气压以下的气氛气体(低蒸 气压气体)，可以构成具备输送系统的装置。(3) 用脉冲激光进行瞬间熔融液化，可以抑制气氛气体分解，所以不 容易引起平衡蒸气压变化。(4) 通过光学系统(均化器)对脉冲激光均化，整形为线状光束，通 过输送基板就可以对大型基板晶片进行活性化处理。附图说明图1是本专利技术活性化装置的整体结构图。图2是氮化镓(GaN)在各气氛气体中的温度和平衡蒸气压的关系图。图3是基板为硅时激光输出功率与薄膜表面达到的最高温度的关 系图。图4是InP的温度和蒸气压力的关系图。 图5是GaP的温度和蒸气压力的关系图。 图6是GaAs的温度和蒸气压力的关系图。优选的实施例的说明以下根据附图详细说明本专利技术的优选实施方案。各图中相同的部 分附以同一符号，省略重复说明。图1是本专利技术活性化装置的整体结构图。如该图所示，本专利技术的活性化装置IO具备反应容器12、气体供给 装置14、气体温度调节装置16、气体排出装置18、基板移动装置20 以及脉冲激光照射装置22。反应容器12是在气密状态下放入表面具本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.化合物半导体的活性化方法，其特征在于，通过以下步骤将化合物半导体放入到反应容器内；用在前述化合物半导体熔点下的平衡蒸气压为1大气压以下的低蒸气压气体对前述反应容器内进行置换；一边将前述反应容器内保持在前述平衡蒸气压以上的压力，一边使前述低蒸气压气体沿着化合物半导体表面流过；进而对化合物半导体表面照射光子能量大于前述化合物半导体带隙的脉冲激光，从而一边将前述低蒸气压气体的气氛温度保持在室温或分解温度以下，一边仅使脉冲激光照射位置的化合物半导体熔融。2. 根据权利要求1所述的化合物半导体的活性化方法，其特征在于，前述化合物半导体是氮化镓； 前述低蒸气压气体是氨、肼或它们的混合气体。3. 根据权利要求1所述的化合物半导体的活性化方法，其特征在 于，前述脉冲激光是经过均化器均化，并且经整形的线状光束。4. 根据权利要求1所述的化合物半导体的活性化方法，其特征在 于， 一边沿着激光照射面输送化合物半导体， 一边对化合物半导体表 面照射前述脉冲激光。5. 根据权利要求1所述的化合物半导体的活性化方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：河口纪仁，
申请(专利权)人：株式会社IHI，
类型：发明
国别省市：
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