[其他]用于化合物半導(dǎo)體的薄膜層的生長方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86106177
• 申請日: 1986-09-09
• 公開（公告）號: CN86106177A
• 公開（公告）日: 1987-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 松居祜一
• 申請（專利權(quán)）人: 住友電氣工業(yè)株式會社
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;C30B25/02
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 肖春京

本發(fā)明涉及一種使用于化合物半導(dǎo)體的薄膜層的生長方法，更具體地說，是涉及一種晶體生長的方法，以便為使用于微波元件、光發(fā)射元件和/或光電接收元件提供化合物半導(dǎo)體薄膜。

問題（1）

在制造高電子遷移率晶體管（此后稱為HEMT）的領(lǐng)域內(nèi)，必須形成厚度為幾百至幾千埃的薄膜層作為溝道層。

如果在薄膜形成前，襯底的表面上留有雜質(zhì)，則會降低在襯底上形成的薄膜導(dǎo)層的電氣特性，且使襯底的表面狀態(tài)表現(xiàn)為薄膜層的特性。為避免這些缺點，通常采用過下述的薄膜生長法。圖1、2和3是示意圖，說明一種在Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體中所謂分子外延生長（稱為MBE法）工序使用的設(shè)備的頂視圖。

參照圖1，1表示支承襯底2的支架，3表示輻射室的擋板，4表示Ⅲ族樣品，例如Ga或In，5和7表示輻射室以及6表示Ⅴ族樣品，例如As或P。在用常規(guī)MBE生長法生長Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體薄膜中，Ⅴ族元素在高真空的生長室中轉(zhuǎn)變?yōu)樵討B(tài)或分子態(tài)，并從輻射室7輻射出去，利用照射到襯底2的光線將襯底加熱到高溫，抑制從襯底2除去Ⅴ族元素，以便除去襯底表面上的雜質(zhì)。然而，在上述的常規(guī)方法中，為了徹底除去襯底上的雜質(zhì)，必須把襯底加熱到高于臨界的溫度。加熱襯底高于臨界溫度會使襯底支架1由于熱傳導(dǎo)被加熱至高溫，結(jié)果增加從襯底支架1被除去的氣體。因此，也嚴(yán)重地降低本底真空，從而大大增長雜質(zhì)和降低電子特性。此外，假如在襯底2生長薄膜之后在大氣中形成電極和仔細(xì)成型，又會生長一上層薄膜層，就必須除去底層薄膜上的雜質(zhì)。在那種情況下，如果加熱半導(dǎo)體芯片超過臨界溫度，就可能在底層薄膜和表面電極金屬出現(xiàn)合金反應(yīng)，然后損壞底層的薄膜。此外，如果底層是由多層薄層形成的，則在兩相鄰薄層之間出現(xiàn)摻雜原子的擴散和母原子的擴散，從而降低薄膜界面上和薄膜本身的電子特性。

另一種生長Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體薄膜的方法示于圖2，圖中8是襯底支架，9是襯底，10是離子槍，11和14是輻射室擋板，12是Ⅲ族材料，13和16是輻射室，15是Ⅴ族材料，17是氬氣的入口。在圖2所示的方法中，通過引進真空器件中的Ar氣，Ar離子束被離子槍10投射到襯底9的表面，從而擦凈襯底9的表面而不會有溫度的上升。然而，Ar離子束的輻射使襯底9的表面在光學(xué)性質(zhì)上顯著損傷，并擾亂晶體的特性，從而出現(xiàn)很多的缺點。因此降低了襯底上生長的上層表面的結(jié)晶和電子特性。

進一步的解決方法是使用所謂的汽相外延生長，就如圖3所示的使用MBE法一樣，在緊接晶體生長之前，采用反應(yīng)氣體，例如HCl氣體對襯底的表面進行化學(xué)汽相腐蝕。在圖3中，18是襯底的支架，20和23是輻射室擋板，21是Ⅲ族材料，22和25是輻射室，24是Ⅴ族材料，26是引進反應(yīng)氣體的入口。在圖5所示的方法中，不引起襯底受熱或損傷，就可能凈化襯底的表面。然而，在圖3所示的方法中，將反應(yīng)氣體引進真空裝置，會使形成真空裝置的材料和真空裝置的排氣通道受到不希望有的腐蝕，另外，反應(yīng)氣體還可能和細(xì)導(dǎo)線如加熱絲起反應(yīng)。這些現(xiàn)象對真空裝置的穩(wěn)定操作招致嚴(yán)重的問題。腐蝕該裝置的構(gòu)件而不是腐蝕襯底引起雜質(zhì)氣體的產(chǎn)生，故在腐蝕之后形成的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的電子特性是低劣的。

問題（2）

曾經(jīng)預(yù)期過，用定期交替累積各只有1個原子的薄層的不同成分生長層的結(jié)構(gòu)，有可能改進半導(dǎo)體器件的電氣特性。這種結(jié)構(gòu)稱之為單原子超級晶格或MSL。這在日本應(yīng)用物理雜志（JJAP????22，1983，L680）的T.Yao的文章里報導(dǎo)過。

制取MSL的常規(guī)方法是交替打開和關(guān)閉擋板3和3′，以便定期地交替生長GaAs層和AlAs層而得到異質(zhì)界面。

然而，用常規(guī)方法生長的異質(zhì)界面的一個缺點是異質(zhì)界面的表面不是平的，而是以大于1個原子的厚度作起伏。異質(zhì)界面的表面的這種起伏或上突下陷使得從量子井式的光發(fā)射元件輻射的光波長度受到漂移，并降低光發(fā)射元件的控制特性。此外，在電流流動平行于異質(zhì)界面，例如高電子遷移率晶體管（HEMT）的微波元件的情況下，由于異質(zhì)界面的表面上的起伏而出現(xiàn)電子散射，結(jié)果降低微波元件的電子遷移率和操作速度。也因為異質(zhì)界面的表面是在超過1原子的厚度起伏的，還不能在2英寸直徑的園片的所有表面上形成MSL。

還建議過在MBE生長期間，通過用反射電子束的繞射來觀察生長層的方法，以控制沒有1個原子的厚度起伏的生長層的表面。（坂本等人，日本應(yīng)用物理雜志23卷（1984）L657）然而，事實上，即使使用上述方法，也不可能抑制異質(zhì)界面的表面起伏。（32屆應(yīng)用物理會議的預(yù)備文獻，31P-ZA12，（1985）P744。）