一种气相外延工艺中的掺杂方法，包括如下步骤：提供含有卤素元素的气体和由Ⅲ族金属与掺杂元素构成的混合物；加热Ⅲ族金属与掺杂元素构成的混合物；将含有卤素元素的气体通过加热后的混合物表面，以生成混有Ⅲ族金属元素卤化物与掺杂元素卤化物的混合气体；将所述混合气体通入反应室，进行Ⅲ－Ⅴ族半导体材料的外延生长。本发明专利技术进一步提供了另一种掺杂方法以及相应的两种掺杂装置。本发明专利技术的优点在于，采用由Ⅲ族金属与掺杂元素构成的混合物与含有卤族元素的气体反应以生成混合物，克服了氢化物容易分解的缺点，能够在Ⅲ－Ⅴ族化合物中实现稳定的掺杂。
Doping method in gas phase epitaxy process and device thereof
Doping method in vapor phase epitaxy technique, which comprises the following steps: providing a gas containing halogen and mixture consisting of group III metal and doped elements; heating the mixture of group III metal and doped elements; containing halogen elements through the surface of the heated gas mixture, to generate mixed gases III metal halide and doping element halides; the mixed gas into the reaction chamber, the epitaxy of III-V semiconductor materials growth. The invention further provides another doping method and corresponding two doping devices. The invention has the advantages that, to generate a mixture using a mixture composed of group III metal and doped elements with a gas containing halogen element reaction, to overcome the shortcomings of hydride decomposition easily, can realize stable in III-V compound doping.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体材料领域，尤其涉及一种气相外延工艺中的掺杂方法及 其装置。
技术介绍
GaN基化合物半导体材料是重要的直接带隙的宽禁带半导体材料。由于其 特有的带隙范围，优良的光、电学性质，优异的材料机械和化学性能，在蓝、 绿、紫、紫外及白光发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、紫外光探测器 和功率电子器件等光电子器件和电子器件以及特殊条件下的半导体器件等领 域中有广泛的应用前景，吸引着人们的浓厚兴趣。然而，要想实现上述器件结构，制作出满足要求的优质PN结是必须突破 的工艺问题。而要想制作出电学性能良好的PN结，则必须首先能够制备出掺 杂浓度和均匀度都能满足PN结要求的N型和P型半导体。以GaN为例，对与MOCVD工艺而言，N型GaN的掺杂物质一般用硅烷 (SiH4)。通过SiH4与NH3反应生成Si3N4， Si将取代晶格中Ga位，提供电子， 从而使GaN呈现出N型导电特性。这种方法已经比较成熟，已被MOCVD普 遍采用。但是MOCVD工艺的生长速度慢，如果要获得具有一定厚度的衬底， 尤其是要获得自支撑的GaN衬底，则必须选用氢化物气相外延(HVPE)工艺。 对于HVPE工艺来说，由于它采用的是热壁系统，工作温度达到1000'C以上， 而SiH4在60(TC就已经开始分解了，所以用SiH4掺杂是不可能的。综上所述，对与HVPE系统而言，由于工作温度过高，导致一些在其他系 统中被采用的掺杂气体，例如SiH4等，无法在该系统中使用，因此也就难以 采用HVPE系统获得具有掺杂物质的半导体材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种气相外延工艺中的掺杂方法及其 装置，能够解决气相外延工艺由于生长温度过高而导致掺杂源气体分解的技术问题，采用气相外延工艺生长出具有掺杂物质的半导体衬底。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种气相外延工艺中的掺杂方法，包括如下步骤提供含有卤素元素的气体和由III族金属与掺杂元素构成的混合物;加热III族金属与掺杂元素构成的混合物；将含有卤素元素的气体通过加热后的混合物表面，以生成混有III族金属元素卤化物与掺杂元素卤化物的混合气体；将所述混合气体通入反应室，进行III-V族半导体材料的外延生长。作为可选的技术方案，所述m族金属元素选自于Ga、 Al和In中的一种或多种，所述掺杂元素选自于硅、铁、镁和碳中的一种或多种，所述由III族金属与掺杂元素构成的混合物中，所有掺杂元素的质量之和不大于混合物总质量的1%。作为可选的技术方案，所述含有卣素元素的气体为氯化氢。作为可选的技术方案，进一步包括如下步骤将混合物加热到目标温度后进行保温，此步骤于将含有卤族元素的气体通过加热后的混合物表面的步骤之前实施，所述保温时间不小于10分钟。本专利技术进一步提供了一种气相外延装置，包括氯化氢气体源，用于提供外延反应所需的含有卤素元素的气体；外延反应腔体，用于放置外延衬底并进行外延反应；以及反应舟，所述反应舟的进气端与含有卤素元素的气体源连通，排气端与外延反应腔体连通，从含有齒素元素的气体源释放出的气体经由反应舟流入外延反应腔体，参与外延生长；所述反应舟中放置有III族金属与掺杂元素构成的混合物。作为可选的技术方案，所述m族金属元素选自于Ga、 Al和In中的一种或多种，所述掺杂元素选自于硅、铁、镁和碳中的一种或多种。作为可选的技术方案，所述含有卣素元素的气体为氯化氢。作为可选的技术方案，所述放置于反应舟中的由III族金属与掺杂元素构成的混合物中，所有掺杂元素的质量之和不大于混合物总质量的1%。本专利技术还提供了一种气相外延工艺中的掺杂方法，包括如下步骤提供含有卤素元素的气体，以及分开放置的III族金属元素固形物和掺杂元素固形物；加热III族金属元素固形物与惨杂元素固形物；将含有卤素元素的气体分成两路，分别通过加热后III族金属元素固形物和掺杂元素固形物的表面；将混有 III族金属元素卤化物的气体与混有掺杂元素卤化物的气体通入反应室，进行 III-V族半导体材料的外延生长。本专利技术还进一步提供了一种气相外延装置，包括含有卤素元素的气体源， 用于提供外延反应所需的氯化氢气体；外延反应腔体，用于放置外延衬底并进 行外延反应；以及两个反应舟，所述两个反应舟中的每一个反应舟的进气端都 与含有卤素元素的气体源连通，排气端都与外延反应腔体连通，从含有卤素元 素的气体源释放出的气体分成两路分别进入两个反应舟中，并进一步通过反应 舟流入外延反应腔体，参与外延生长；其特征在于，所述两个反应舟中的一个 放置有III族金属元素固形物，另一个放置有掺杂元素固形物。作为可选的技术方案，所述两个反应舟都具有加热装置，且两个加热装置 的温度控制单元相互独立工作。本专利技术的优点在于，采用由III族金属与掺杂元素构成的混合物与含有卤 族元素的气体反应以生成混合物，克服了氢化物容易分解的缺点，能够在III-V 族化合物中实现稳定的掺杂。附图说明附图1是本专利技术所述气相外延工艺掺杂方法第一具体实施方式的实施步骤 示意附图2是本专利技术所述气相外延工艺掺杂装置第一具体实施方式的结构示意附图3是本专利技术所述气相外延工艺掺杂方法第二具体实施方式的实施步骤 示意附图4是本专利技术所述气相外延工艺掺杂装置第二具体实施方式的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的气相外延工艺中的掺杂方法及其装置的具 体实施方式做详细说明。首先结合附图给出本专利技术所述气相外延工艺中的掺杂方法以及掺杂装置7的第一具体实施方式。附图1所示是本具体实施方式所述方法的实施步骤示意图，包括步骤 S10,提供含有卤素元素的气体和由III族金属与掺杂元素构成的混合物；步骤 Sll，加热III族金属与掺杂元素构成的混合物；步骤S12，将含有卤素元素的 气体通过加热后的混合物表面；步骤S13，将所述混合气体通入反应室，进行m-v族半导体材料的外延生长。附图2所示是与附图1所述方法相对应的掺杂装置10的结构示意图，包 括含有卤素元素的气体源110，用于提供外延反应所需的含有卤素元素的气 体；外延反应腔体120，用于放置外延衬底121并进行外延反应；反应舟130，所述反应舟130的进气端与含有卤素元素的气体源110连通，排气端与外延反 应腔体120连通，从含有卤素元素的气体源110释放出的含有卤素元素的气体 经由反应舟130流入外延反应腔体120，参与外延生长，所述反应舟130中放 置有III族金属与掺杂元素构成的混合物131;所述反应舟130还进一步包括加 热装置132，用于加热反应舟130之中的混合物131以增强其同含有卤素元素 的气体反应的化学活性。本具体实施方式中，所述含有齒素元素的气体为氯化氢。 如附图2所述的装置，并参考步骤SIO，提供含有卤素元素的气体和由III 族金属与掺杂元素构成的混合物。所述含有卤素元素的气体由含有卤素元素的 气体源110提供，所述由III族金属与掺杂元素构成的混合物置于反应舟130 之中。所述III族金属元素选自于Ga、 Al和In中的一种或多种，所述掺杂元素 选自于硅、铁、镁和碳中的一种或多种，并且所述由III族金属与掺杂元素构 成的混合物中，所有掺杂元素的质量之和不大于混合物总质量的1%。上述的 掺杂元素比例不大于1%有利于掺杂元素在混合物中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气相外延工艺中的掺杂方法，其特征在于，包括如下步骤： 提供含有卤素元素的气体和由Ⅲ族金属与掺杂元素构成的混合物； 加热Ⅲ族金属与掺杂元素构成的混合物； 将含有卤素元素的气体通过加热后的混合物表面，以生成混有Ⅲ族金属元素卤化物与掺杂元素卤化物的混合气体； 将所述混合气体通入反应室，进行Ⅲ－Ⅴ族半导体材料的外延生长。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张育民，王建峰，任国强，徐科，
申请(专利权)人：苏州纳维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
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