[发明专利]一种MOCVD生长的半导体材料P型掺杂方法

说明书

本发明公开了一种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。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种MOCVD生长的半导体材料P型掺杂方法。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：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。

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。

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。

作为一种具体的实施方式，所述锌源为二乙基锌。

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。

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。