[发明专利]产生二元半导体材料磊晶层的方法

说明书

技术领域

本发明有关微电子学领域，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。

背景技术

产生III-V磊晶结构的方法（以下称为MOCVD）为Manasevit所提出（参见Manasevit H.M. Single-Crystal Gallium Arsenide on Insulating Substrates Appl. 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。

发明内容

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。

本发明旨在提供一种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15 mm及40 mm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；