專利名稱：電磁場輔助的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電磁場輔助的金屬有機(jī) 物化學(xué)氣相沉積設(shè)備以及應(yīng)用該設(shè)備對(duì)半導(dǎo)體外延薄膜生長極性的調(diào)節(jié)控制方法。
背景技術(shù)：
近些年來，化合物半導(dǎo)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(dǎo)體材料受到研究人員的廣泛關(guān)注，在固態(tài)照明、光顯示、激光打印、光 信息存儲(chǔ)等民用和國防安全領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前，氮化鎵及其相關(guān)半導(dǎo)體器件 的研究取得了非常大的進(jìn)展，例如GaN、InP基發(fā)光二極管(LED)、激光器(LD)等都基本實(shí) 現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。目前用于制備III-V族化合物半導(dǎo)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(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)等。MOCVD技術(shù)由于具有生長速度快， 外延層組分與性質(zhì)可控性強(qiáng)，量產(chǎn)能力高以及外延片平整性好等優(yōu)點(diǎn)，成為III-V族化合 物半導(dǎo)體材料和器件最主要、最有效和最廣泛的生長制備技術(shù)，受到半導(dǎo)體工業(yè)界的廣泛重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電磁場輔助的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備以及應(yīng)用 該設(shè)備對(duì)半導(dǎo)體外延薄膜生長極性的調(diào)節(jié)和控制方法。本發(fā)明包括反應(yīng)腔、噴淋口裝置、 噴淋冷卻液體進(jìn)口、襯底載片臺(tái)、石墨盤、石墨盤支承軸、電極，其特征在于在金屬有機(jī)物 化學(xué)氣相沉積設(shè)備的噴淋口上增設(shè)上電極，在石墨盤側(cè)邊或底邊增設(shè)下電極，上電極與下 電極構(gòu)成平板電容結(jié)構(gòu)，形成垂直于襯底表面的電場。用該設(shè)備對(duì)半導(dǎo)體外延薄膜生長極 性的調(diào)節(jié)和控制方法包含下列步驟(1)將襯底送入金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)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(diào)節(jié)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ρ型或η型摻雜III族氮化物外延薄膜時(shí)，通過施加恒定或交變電場和 磁場，調(diào)節(jié)外延薄膜極性程度，實(shí)現(xiàn)高摻雜效率III族氮化物外延薄膜合成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用恒定或者交變的電場(或磁場)對(duì)生長中的III族氮化物材 料極性程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)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(duì)樣品無污染，而 且成品率高，可應(yīng)用在大規(guī)模生產(chǎn)中。


圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)剖視示意圖2下電極安裝在石墨盤側(cè)邊的結(jié)構(gòu)剖視示意圖；圖3下電極安裝在石墨盤側(cè)邊并裝有高溫絕緣環(huán)的結(jié)構(gòu)剖視示意圖；圖4下電極為兩個(gè)半環(huán)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5下電極為三個(gè)三分之一環(huán)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖6本發(fā)明的生長工藝流程框圖。圖中10反應(yīng)腔、11載氣進(jìn)氣管道、12噴淋口、13上電極、14噴淋冷卻液體進(jìn)口、 15襯底載片臺(tái)、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(huán)、21下 電極、21-1下電極、21-2下電極、21-3下電極。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一參見圖1、圖2，MOCVD設(shè)備由反應(yīng)腔10、載氣進(jìn)氣管道11、噴淋口 12、上電極13、 噴淋冷卻液體進(jìn)口 14、襯底載片臺(tái)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(lán)寶石襯底非極性氮化鎵外延薄膜采用C面藍(lán)寶石襯底，厚度為475微米，直徑 為2寸。將此襯底送入MOCVD設(shè)備的反應(yīng)腔10。將反應(yīng)室溫度升至900°C，對(duì)襯底表面進(jìn) 行脫附處理。反應(yīng)室溫度升至1050°C，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(shè)備，對(duì)外延薄膜施加強(qiáng)電場，電場和磁場強(qiáng)度范圍為0. lV/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(shè)備的噴淋口上增設(shè)上電極 13，由鉬等高熔點(diǎn)金屬材料制作的下電極18或下電極19制作成一個(gè)圓環(huán)或者多匝線圈安 裝在石墨盤16的側(cè)邊或底邊，上電極13與下電極18或下電極19構(gòu)成平板電容結(jié)構(gòu)，形成 垂直于襯底表面的電場。用本發(fā)明的設(shè)備對(duì)半導(dǎo)體外延薄膜生長極性的調(diào)節(jié)和控制方法包 含下列步驟(參見圖6)(1)將此襯底送入MOCVD設(shè)備中，在襯底上生長本征或摻雜111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(diào)節(jié)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ρ型或η型摻雜III族氮化物外延薄膜時(shí)，通過施加恒定或交變電場和 磁場，調(diào)節(jié)外延薄膜極性程度，實(shí)現(xiàn)高摻雜效率III族氮化物外延薄膜合成。實(shí)施例二實(shí)施例二與實(shí)施例一相同，所不同是制備的襯底為藍(lán)寶石襯底η型氮化鎵外延薄 膜。生長高溫氮化鎵外延薄膜緩沖層，厚度為2微米。然后通入硅烷，生長η型氮化鎵材 料，厚度為2微米，電場強(qiáng)度為100V/m。在η型氮化鎵外延生長過程中，通過MOCVD設(shè)備得 到高載流子濃度的η型氮化鎵外延薄膜。實(shí)施例三參見圖3、圖4、圖5，實(shí)施例一相同，所不同是下電極21由鉬等高熔點(diǎn)金屬材料制 作成兩個(gè)半環(huán)的下電極21-1、下電極21-2經(jīng)耐高溫絕緣環(huán)20安裝在石墨盤16周圍?；?者，下電極21由鉬等高熔點(diǎn)金屬材料制作成三個(gè)三分之一環(huán)形狀的下電極21-1、下電極21-2、下電極21-3經(jīng)耐高溫絕緣環(huán)安裝在石墨盤16周圍。制備的襯底為藍(lán)寶石襯底ρ型 氮化鎵外延薄膜。在生產(chǎn)過程中通入Cp2Mg,生長ρ型氮化鎵材料，厚度為0. 5微米，電場強(qiáng) 度為100V/m。在ρ型氮化鎵外延生長過程中，通過MOCVD設(shè)備得到本發(fā)明的高載流子濃度 的P型氮化鎵外延薄膜。
權(quán)利要求
一種電磁場輔助的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括反應(yīng)腔、噴淋口裝置、噴淋冷卻液體進(jìn)口、襯底載片臺(tái)、石墨盤、石墨盤支承軸、電極，其特征在于在金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備的噴淋口上增設(shè)上電極，在石墨盤側(cè)邊或底邊增設(shè)下電極，上電極與下電極構(gòu)成平板電容結(jié)構(gòu)，形成垂直于襯底表面的電場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁場輔助的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于所 述上電極、下電極由高熔點(diǎn)金屬材料制成，下電極制作成一個(gè)圓環(huán)或者多匝線圈安裝在石 墨盤的側(cè)邊或底邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁場輔助的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于所 述下電極制作成兩個(gè)半環(huán)經(jīng)耐高溫絕緣環(huán)安裝在石墨盤周圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁場輔助的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于所 述下電極制作成三個(gè)三分之一環(huán)形狀的電極經(jīng)耐高溫絕緣環(huán)安裝在石墨盤周圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁場輔助的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于所 述，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。
6.用權(quán)利要求1所述的設(shè)備控制和調(diào)節(jié)半導(dǎo)體外延薄膜生長極性的方法，其步驟為(1)將襯底送入金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)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(diào)節(jié)外延薄膜材料極 性程度，獲得非極性或半極性外延材料；(3)在生長ρ型或η型摻雜II I族氮化物外延薄膜時(shí)，通過施加恒定或交變電場和磁 場，調(diào)節(jié)外延薄膜極性程度，實(shí)現(xiàn)高摻雜效率III族氮化物外延薄膜合成。
全文摘要
一種電磁場輔助的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括反應(yīng)腔、噴淋裝置、襯底載片臺(tái)、石墨盤、電極，其特征在于在金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備的噴淋口上增設(shè)上電極，在石墨盤側(cè)邊或底邊增設(shè)下電極，上電極與下電極構(gòu)成平板電容結(jié)構(gòu)，形成垂直于襯底表面的電場。用該設(shè)備可以調(diào)節(jié)和控制半導(dǎo)體外延薄膜生長極性。本發(fā)明利用恒定或者交變的電場(或磁場)對(duì)生長中的III族氮化物材料極性程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)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(duì)樣品無污染，而且成品率高，可應(yīng)用在大規(guī)模生產(chǎn)中。
文檔編號(hào)C23C16/44GK101886251SQ200910051270
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月14日
發(fā)明者嚴(yán)晗, 朱?？? 王亮, 甘志銀, 胡少林, 陳倩翌 申請人:廣東昭信半導(dǎo)體裝備制造有限公司