[發明專利]電磁場輔助的金屬有機物化學氣相沉積

無效

• 申請號: 200910051270.4
• 申請日: 2009-05-14
• 公開（公告）號: CN101886251A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 甘志銀;王亮;胡少林;陳倩翌;朱海科;嚴晗
• 申請（專利權）人: 廣東昭信半導體裝備制造有限公司
• 主分類號: C23C16/18
• 分類號: C23C16/18;C23C16/44
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 湯喜友

技術領域

本發明涉及一種半導體材料制備技術領域，特別涉及一種電磁場輔助的金屬有機物化學氣相沉積設備以及應用該設備對半導體外延薄膜生長極性的調節控制方法。

背景技術

近些年來，化合物半導體材料，尤其是III-V族化合物材料作為研制光電子和微電子器件的新型半導體材料受到研究人員的廣泛關注，在固態照明、光顯示、激光打印、光信息存儲等民用和國防安全領域有著廣闊的應用前景。目前，氮化鎵及其相關半導體器件的研究取得了非常大的進展，例如GaN、InP基發光二極管(LED)、激光器(LD)等都基本實現了商業化生產。

目前用于制備III-V族化合物半導體材料的方法有分子束外延(MBE)、氫化物氣相外延(HVPE)和金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)等。MOCVD技術由于具有生長速度快，外延層組分與性質可控性強，量產能力高以及外延片平整性好等優點，成為III-V族化合物半導體材料和器件最主要、最有效和最廣泛的生長制備技術，受到半導體工業界的廣泛重視。

發明內容

本發明的目的是提供一種電磁場輔助的金屬有機物化學氣相沉積設備以及應用該設備對半導體外延薄膜生長極性的調節和控制方法。本發明包括：反應腔、噴淋口裝置、噴淋冷卻液體進口、襯底載片臺、石墨盤、石墨盤支承軸、電極，其特征在于：在金屬有機物化學氣相沉積設備的噴淋口上增設上電極，在石墨盤側邊或底邊增設下電極，上電極與下電極構成平板電容結構，形成垂直于襯底表面的電場。用該設備對半導體外延薄膜生長極性的調節和控制方法包含下列步驟：

(1)將襯底送入金屬有機物化學氣相沉積設備中，在襯底上生長本征或摻雜III族氮化物外延薄膜材料；

(2)在生長外延薄膜的過程中，通過施加恒定或交變電場和磁場，調節外延薄膜材料極性程度，可獲得非極性或半極性外延材料；

(3)在生長p型或n型摻雜III族氮化物外延薄膜時，通過施加恒定或交變電場和磁場，調節外延薄膜極性程度，實現高摻雜效率III族氮化物外延薄膜合成。

本發明的優點是利用恒定或者交變的電場(或磁場)對生長中的III族氮化物材料極性程度進行調節，同時賦予摻雜原子額外能量，獲得高載流子濃度的摻雜III族氮化物薄膜材料。通過引入電場和磁場提高III族氮化物外延材料摻雜效率，對樣品無污染，而且成品率高，可應用在大規模生產中。

附圖說明

圖1本實用新型的結構剖視示意圖；

圖2下電極安裝在石墨盤側邊的結構剖視示意圖；

圖3下電極安裝在石墨盤側邊并裝有高溫絕緣環的結構剖視示意圖；

圖4下電極為兩個半環的俯視結構示意圖；

圖5下電極為三個三分之一環的俯視結構示意圖；

圖6本發明的生長工藝流程框圖。

圖中：10反應腔、11載氣進氣管道、12噴淋口、13上電極、14噴淋冷卻液體進口、15襯底載片臺、16石墨盤、17石墨盤支承軸、18下電極、19下電極、20耐高溫絕緣環、21下電極、21-1下電極、21-2下電極、21-3下電極。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明本發明的實施例：

實施例一

參見圖1、圖2，MOCVD設備由反應腔10、載氣進氣管道11、噴淋口12、上電極13、噴淋冷卻液體進口14、襯底載片臺15、石墨盤16、石墨盤支承軸17、下電極18或下電極19組成。制備藍寶石襯底非極性氮化鎵外延薄膜采用C面藍寶石襯底，厚度為475微米，直徑為2寸。將此襯底送入MOCVD設備的反應腔10。將反應室溫度升至900℃，對襯底表面進行脫附處理。反應室溫度升至1050℃，生長高溫氮化鎵外延薄膜層，厚度為2微米。在上述外延生長過程中，通過MOCVD設備，對外延薄膜施加強電場，電場和磁場強度范圍為0.1V/m?10000V/m，交變電場的波形為正弦波或三角波或方波或脈沖波，輸入電流源為兩相交流電或多相交流電。生長完畢，得到非極性氮化鎵外延薄膜。MOCVD設備的噴淋口上增設上電極13，由鉬等高熔點金屬材料制作的下電極18或下電極19制作成一個圓環或者多匝線圈安裝在石墨盤16的側邊或底邊，上電極13與下電極18或下電極19構成平板電容結構，形成垂直于襯底表面的電場。用本發明的設備對半導體外延薄膜生長極性的調節和控制方法包含下列步驟：(參見圖6)

(1)將此襯底送入MOCVD設備中，在襯底上生長本征或摻雜III族氮化物外延薄膜材料；

(2)在生長外延薄膜的過程中，通過施加恒定或交變電場和磁場，調節外延薄膜材料極性程度，可獲得非極性或半極性外延材料；