一种MOCVD生长的半导体材料P型掺杂方法技术

本发明专利技术公开了一种MOCVD生长的半导体材料P型掺杂方法，其在铟镓砷或磷化铟外延层生长过程中分步进行P型掺杂和N型掺杂，本发明专利技术的掺杂方法可以有效抑制锌掺杂的扩散效应同时由于掺杂所用温度较高，可以获得较高的材料质量，工艺难度低、成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种MOCVD生长的半导体材料P型掺杂方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种MOCVD生长的半导体材料P型掺杂方法。

技术介绍

[0002]半导体材料铟镓砷、磷化铟作为器件中间层，需要P型掺杂的时候，一般会在使用MOCVD（金属有机物气相外延）进行生长的过程中通入四溴化碳、二茂镁、二乙基锌等MO源直接进行P型掺杂。而铟镓砷、磷化铟在器件最顶层需要P型掺杂的时候，可选择的掺杂手段相对较多，可以在使用MOCVD进行生长的过程中直接MO源进行掺杂，也可以在生长结束后使用扩散炉或者离子注入机进行P型掺杂工艺。
[0003]使用碳源进行砷化镓、磷化铟P型掺杂适用于MOCVD的低温工艺（450
‑
570℃）且无扩散问题，但随着温度升高及V/III比增加会造成P型掺杂的载流子浓度大幅降低甚至出现N型掺杂的现象。基于此在MOCVD生长砷化镓、磷化铟工艺中通常通过降低温度以及V/III比来提高P型掺杂浓度，但是这一操作会大幅降低材料晶体质量从而影响整体器件性能。镁、铁作为掺杂源则会存在扩散效应且会在反应室中残留镁或铁造成记忆效应从而影响其他结构生长时的背底浓度。综合考量下，业界一般使用锌作为掺杂源，虽有扩散效应，但镁、铁这种对反应室腔体影响更为严重的记忆效应确不存在。如何解决上述技术问题，是本领域技术人员致力于研究的方向。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种MOCVD生长的半导体材料P型掺杂方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种MOCVD生长的半导体材料P型掺杂方法，包括以下步骤：1）衬底置于反应室内，利用MOCVD法在550℃
‑
650℃的温度条件下在衬底上生长外延层；2）在生长铟镓砷或磷化铟外延层的过程进行P型掺杂，具体步骤如下：21）通入三族金属源和五族氮源，同时通入碳源，V/III的比值在10
‑
150之间，碳源流量控制在1e
‑5‑
9e
‑4摩尔/分钟，持续2
‑
5秒；22）关闭三族金属源1
‑
2秒；23）再打开三族金属源，重复步骤21）、22）3
‑
10个周期；3）在生长铟镓砷或磷化铟外延层的过程进行N型掺杂，31）打开N型掺杂源；32）3
‑
5秒后关闭N型掺杂源，打开三族金属源和五族氮源，打开锌源，锌源流量控制在1e
‑5‑
9e
‑5摩尔/分钟，持续5
‑
20秒；33）关闭锌源1
‑
2秒；
4）重复步骤32）、33）至铟镓砷或磷化铟外延层达到目标厚度；5）关闭锌源和N型掺杂源，而后关闭三族金属源，在五族氮源保护下，升温至550℃
‑
650℃，通三族金属源和锌源，持续生长8
‑
20min，关闭锌源，原位退火后降至常温。
[0006]作为一种具体的实施方式，所述三族金属源采用了三甲基铟、三甲基镓中的至少一种。
[0007]作为一种具体的实施方式，所述碳源采用了四溴化碳、四氯化碳中的至少一种。
[0008]作为一种具体的实施方式，所述锌源为二乙基锌。
[0009]作为一种具体的实施方式，步骤31）中的N型掺杂源采用了碳源或硅烷、乙硅烷，采用碳源时，碳源的流量控制在1e
‑5‑
2e
‑5摩尔/分钟。
[0010]作为一种具体的实施方式，铟镓砷或磷化铟外延层的生长速率为1
‑
5埃/秒。
[0011]由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术通过在高温条件下，通过通入碳源，控制V/III的比值，然后对碳源进行开
‑
关
‑
开的循环操作进行P型掺杂，而后通入锌源，通过锌源的开关进行N型复合区的插入以完成掺杂步骤，整个工艺可有效抑制锌掺杂的扩散效应，同时由于掺杂过程所使用的温度较高，可获得较高的材料质量；如对于利用MOCVD生长的器件结构顶层需要进行P型掺杂的，结合本专利技术方法进行生长即可完成相应P型掺杂，无需使用扩散炉离子注入等设备，可降低工艺难度及成本。
附图说明
[0012]附图1为实施例1电化学CV测试图；附图2为对比例1电化学CV测试图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图及具体实施例来对本专利技术的技术方案作进一步的阐述。
[0014]实施例1一种MOCVD生长的半导体材料P型掺杂方法，包括以下步骤：1）衬底置于反应室内，利用MOCVD法将反应室温度升至550℃在衬底上生长外延层；2）在生长InGaAs时进行P型掺杂，具体步骤如下：21）V/III的比值为114，同时通入第一路三甲基铟/三甲基镓/砷烷进行外延膜生长（其中三甲基铟/三甲基镓摩尔比为2：3），通入四溴化碳，流量为4e
‑4摩尔/分钟，持续5秒，碳的引入会影响铟、镓的并入效率，22）关闭铟、镓源2s；23）再打开铟、镓源，重复步骤21）、22）10个周期；3）在生长铟镓砷或磷化铟外延层的过程进行N型掺杂，31）关闭第一路三族金属源，打开四溴化碳，并将流量调整到2e
‑5摩尔/分钟；32）5秒后关闭碳源，打开三甲基铟/三甲基镓（其中三甲基铟/三甲基镓摩尔比为2：3），通入二乙基锌，流量控制在1.3e
‑5摩尔/分钟，持续10秒；33）关闭锌源1秒；4）重复步骤32）、33）8个周期至铟镓砷或磷化铟外延层累积生长350nm；
5）关闭四溴化碳及二乙基锌1分钟中断掺杂，而后关闭三甲基铟/三甲基镓，在氮气保护下，升温至650℃稳定后，通入三甲基铟/三甲基镓（二者比例摩尔比为9：11），通入二乙基锌流量为2.5e
‑5摩尔/分钟，持续8分钟，然后关闭二乙基锌1分钟，通入二乙基锌流量为3.2e
‑5摩尔/分钟，持续8分钟350nm，最终电化学CV测试如图1所示，可以看到在结束时出现了较为明显的浓度下降。
[0015]对比例1先将反应室温度上升至650℃，在生长InGaAs时以V/III比为114，同时通入三甲基铟/三甲基镓/砷烷进行外延膜生长（其中三甲基铟/三甲基镓摩尔比为9：11）通入二乙基锌流量为1.1e
‑5摩尔/分钟，持续10分钟至InGaAs外延层生长至430nm，其后关闭二乙基锌2分钟中断掺杂，再通入二乙基锌流量为2e
‑5摩尔/分钟，持续10分钟保持InGaAs外延层厚度在430nm，关闭二乙基锌2分钟中断掺杂，调整二乙基锌流量为4e
‑5摩尔/分钟，持续10分钟保持InGaAs外延层厚度在430nm。最终电化学CV测试图如附图2所示，可以看到在每层结束时扩散现象均较为明显，而实施例1每层之间中断掺杂时间较对比例更短但在最后一层扩散现象却更弱，意味着实施例1使用碳掺杂复合操作起到明显弱化扩散效应的作用。
[0016]上述实施例只为说明本专利技术的技术构思及特点，其目的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MOCVD生长的半导体材料P型掺杂方法，其特征在于，包括以下步骤：1）衬底置于反应室内，利用MOCVD法在550℃
‑
650℃的温度条件下在衬底上生长外延层；2）在生长铟镓砷或磷化铟外延层的过程进行P型掺杂，具体步骤如下：21）通入三族金属源和五族氮源，同时通入碳源，V/III的比值在10
‑
150之间，碳源流量控制在1e
‑5‑
9e
‑4摩尔/分钟，持续2
‑
5秒；22）关闭三族金属源1
‑
2秒；23）再打开三族金属源，重复步骤21）、22）3
‑
10个周期；3）在生长铟镓砷或磷化铟外延层的过程进行N型掺杂，31）打开N型掺杂源；32）3
‑
5秒后关闭N型掺杂源，打开三族金属源和五族氮源，打开锌源，锌源流量控制在1e
‑5‑
9e
‑5摩尔/分钟，持续5
‑
20秒；33）关闭锌源1
‑
2秒；4）重复步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵迎春，熊敏，李付锦，
申请(专利权)人：中科纳米张家港化合物半导体研究所，
类型：发明
国别省市：