CN110582838A - Iii/v族材料的高生长速率沉积 - Google Patents
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Abstract
本公开的各方面涉及以高速率外延生长III/V族材料的工艺，如约30μm/小时或更高，例如，约40μm/小时、约50μm/小时、约55μm/小时、约60μm/小时、约70μm/小时、约80μm/小时和约90～120μm/小时的沉积速率。III/V族材料或膜可用于太阳能、半导体或其他电子器件应用中。可以在气相沉积工艺期间在设置于支撑衬底上或上方的牺牲层上形成或生长III/V族材料。随后，在外延剥离(ELO)工艺期间，可以从支撑衬底移除III/V族材料。III/V族材料是包含砷化镓、砷化铝镓、砷化镓铟、砷化镓铟氮化物、磷化镓铝铟、其磷化物、其氮化物、其衍生物、其合金或其组合的外延生长层的薄膜。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2017年9月27日提交的名称为“HIGH GROWTH RATE DEPOSITIONFOR GROUP III/V MATERIALS”的美国非临时申请No.15/717,694的优先权，其全部内容通过引用结合于此。美国申请No.15/717,694是2010年10月13日提交的非临时专利申请序列号No.12/904,0906的部分继续申请，其根据35USC119(e)要求2009年10月14日提交的临时专利申请序列号No.61/251,677的权益。这些申请中的每一个都通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开的实施方式一般涉及用于沉积用于太阳能、半导体或其他电子器件应用的材料的工艺，并且更具体地涉及III/V族材料的外延生长。
背景技术
可以在化学气相沉积(CVD)工艺期间通过外延生长来沉积或形成III/V族材料，如砷化镓或镓铝胂。然而，高质量III/V族材料的外延生长通常非常慢。典型的CVD工艺可以以约1μm/小时至约3μm/小时范围内的沉积速率外延生长III/V族材料。略微增加沉积速率，外延材料的质量就通常大大降低。通常，以约5μm/小时的沉积速率生长的III/V族材料是低质量的并且通常在晶格内具有结构缺陷并且/或者包含无定形材料。
因此，需要一种用于以高生长速率(例如，至少大于5μm/小时)沉积高质量外延III/V族材料的沉积工艺。
发明内容
本公开的实施方式一般涉及以高生长速率或沉积速率外延生长III/V族材料的工艺，如约30μm/小时或更高，例如，约40μm/小时、约50μm/小时、约55μm/小时、约60μm/小时、约70μm/小时、约80μm/小时、或约90～120μm/小时。如本文所用，与生长或沉积速率有关的术语“更高”可以指更高的沉积速率，包括在本公开内容的上下文中描述的那些。如本文所用，术语“约”可表示可在标称值的±1％、±2％、±3％、±5％、±10％、±15％或±20％内的近似值。此外，如本文所用，范围90～120μm/小时可表示一种或多种不同的生长或沉积速率，包括约90μm/小时、约95μm/小时、约100μm/小时、约105μm/小时、约110μm/小时、约115μm/小时或约120μm/小时。沉积的III/V族材料或膜可用于太阳能、半导体或其他电子器件应用中。在一些实施方式中，可在气相沉积工艺期间在设置于支撑衬底上或上方的牺牲层上形成或生长III/V族材料。随后，在外延剥离(epitaxial lift off，ELO)工艺期间，可以从支撑衬底移除III/V族材料。III/V族材料是外延生长层的薄膜，其包含砷化镓、砷化铝镓、砷化镓铟、氮化镓铟砷、磷化镓铝铟、其磷化物，其氮化物、其衍生物、其合金或其组合。III/V族材料也可称为III/V族半导体或III/V族半导体材料。
在一个实施方式中，提供一种用于在晶片上形成含有砷化镓的III/V族材料的方法，该方法包括：在处理系统内将所述晶片加热至约600℃或更高的沉积温度；将所述晶片暴露于包含镓前体气体和胂的沉积气体；以及以约30μm/小时或更高的沉积速率在所述晶片上沉积砷化镓层。如本文所用，术语“30μm/小时或更高”可以指例如约40μm/小时、约50μm/小时、约55μm/小时、约60μm/小时、约70μm/小时、约80μm/小时或约90～120μm/小时的生长或沉积速率。此外，如本文所用，与沉积温度有关的术语“更高”可以指更高的温度，包括在本公开的上下文中描述的那些。在另一实施方式中，在处理系统内将所述晶片加热至约650℃或更高的沉积温度，并暴露于含有镓前体气体、铝前体气体和胂的沉积气体。含有砷化铝镓层的III/V族材料以约30μm/小时或更高的沉积速率生长。对于90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度的范围可以在约680℃和约850℃之间。
在另一实施方式中，一种方法包括：在处理系统内将晶片加热到约600℃或更高的沉积温度；将所述晶片暴露于含有镓前体气体、铟前体气体和胂的沉积气体；以及以约30μm/小时或更高的沉积速率(例如，90～120μm/小时的沉积速率)在所述晶片上沉积III/V族层或材料。所述III/V族层或材料含有镓、砷和铟。在一个实施例中，沉积温度在约650℃至约800℃的范围内。在一些实施例中，镓前体气体含有三甲基镓，铟前体气体含有三甲基铟。对于90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度的范围可以在约680℃和约850℃之间。
在一些实施方式中，沉积速率或生长速率可为约40μm/小时或更高，如约50μm/小时或更高，优选地，约55μm/小时或更高，更优选地，约60μm/小时或更高(例如，90～120μm/小时的沉积速率)。在其他实施方式中，沉积温度可为约600℃或更高，或可为约700℃或更高，或可为约800℃或更高，或可为约850℃。在一些实施例中，沉积温度可以在约550℃至约900℃的范围内。在其他实施例中，沉积温度可以在约600℃至约800℃的范围内。在其他实施例中，沉积温度可以在约650℃至约750℃的范围内。在其他实施例中，沉积温度可以在约650℃至约720℃的范围内。对于90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度的范围可以在约680℃和约850℃之间。
在另一实施方式中，一种方法包括：在处理系统内将晶片加热到约600℃或更高的沉积温度；将所述晶片暴露于含有镓前体气体、铟前体气体、氮前体气体和胂的沉积气体；以约30μm/小时或更高的沉积速率(例如，90～120μm/小时的沉积速率)在所述晶片上沉积III/V族层或材料，其中III/V族层或材料包含镓、砷、铟和氮。氮前体气体可含有肼、甲基肼、二甲基肼、其衍生物或其组合。在一个实施例中，氮前体气体含有二甲基肼。在另一个实施例中，氮前体气体含有肼。在一些实施例中，镓前体气体含有三甲基镓，铟前体气体含有三甲基铟。对于90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度的范围可以在约680℃和约850℃之间。
在另一实施方式中，一种方法包括：在处理系统内将晶片加热到约600℃或更高的沉积温度；将所述晶片暴露于含有镓前体气体、铟前体气体、铝前体和磷前体的沉积气体；以约30μm/小时或更高(例如，90～120μm/小时沉积速率)的沉积速率在所述晶片上沉积III/V族层或材料，其中III/V族层或材料包含镓、铟、铝和磷。在一个实施例中，镓前体含有三甲基镓，铝前体含有三甲基铝，铟前体含有三甲基铟，磷前体含有膦。对于90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度的范围可以在约680℃和约850℃之间。
附图说明
为了能够详细地理解本公开的上述特征，可以通过参考实施方式给出上面简要概述的本公开的更具体的描述，其中一些实施方式在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了本公开的典型实施方式，因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可允许其他同等有效的实施方式。
图1示出如本文的一些实施方式所述的包含各种III/V族层的砷化镓堆叠的示例。
图2示出如本文的一些实施方式中所述的用于在晶片上形成半导体材料的方法的示例。
图3示出如本文的一些实施方式中所述的用于在晶片上形成半导体材料的另一种方法的示例。
图4示出如本文的一些实施方式中所描述的用于在晶片上形成半导体材料的又一方法的示例。
图5示出如本文的一些实施方式中所述的用于形成单元的方法的示例。
具体实施方式
给出以下描述以使得本领域普通技术人员能够实施和使用本公开，并且在专利申请及其要求的背景下提供以下描述。对于本领域技术人员来说，对优选实施方式和本文所述的一般原理和特征的各种修改是显而易见的。因此，本公开不旨在限于所示的实施方式，而是与符合本文所述的原理和特征的最宽范围相一致。
本公开的实施方式一般涉及以高生长速率外延生长III/V族材料的工艺，如约30μm/小时或更高，例如，约40μm/小时、约50μm/小时、约55μm/小时、约60μm/小时、约70μm/小时、约80μm/小时、或约90～120μm/小时。所沉积的III/V族材料或膜可用于太阳能、半导体或其他电子器件应用中。这些电子器件应用可以包括涉及光电器件、组件或模块的应用。在一些实施方式中，可在气相沉积工艺期间在设置于支撑衬底上或上方的牺牲层上形成或生长III/V族材料。随后，例如，在外延剥离(ELO)工艺期间，可以从支撑衬底移除III/V族材料。III/V族材料是外延生长层的薄膜，其包含砷化镓、砷化铝镓、砷化镓铟、氮化镓铟砷、磷化镓铝铟、其磷化物、其氮化物、其衍生物、其合金或其组合。
在一个实施方式中，提供一种用于在晶片上形成含有砷化镓的III/V族材料的方法，该方法包括：在处理系统内将晶片加热至约550℃或更高的沉积温度；将晶片暴露于包含镓前体气体和胂的沉积气体；以及以约30μm/小时或更高的沉积速率在晶片上沉积砷化镓层。
在另一实施方式中，提供一种用于形成包含砷化铝镓的III/V族材料的方法，该方法包括：在处理系统内将晶片加热至约650℃或更高的沉积温度；将晶片暴露于含有镓前体气体、铝前体气体和胂的沉积气体；以及以约30μm/小时或更高的沉积速率沉积砷化铝镓层。在一个示例中，III/V族材料包含具有化学式Al0.3Ga0.7As的n型砷化镓铝层。
在另一实施方式中，提供一种用于在晶片或衬底上形成III/V族材料的方法，该方法包括：在处理系统内将晶片加热至约600℃或更高的沉积温度；将晶片暴露于包含镓前体气体、铟前体气体和胂的沉积气体；以及以约30μm/小时或更高的沉积速率在晶片上沉积III/V族层。III/V族层含有镓、砷和铟。在一个示例中，沉积温度在约650℃至约800℃的范围内。在一些示例中，镓前体气体含有三甲基镓，铟前体气体含有三甲基铟。
在另一实施方式中，提供一种用于在晶片或衬底上形成III/V族材料的方法，该方法包括：在处理系统内将晶片加热至约600℃或更高的沉积温度；将晶片暴露于含有镓前体气体、铟前体气体、氮前体气体和胂的沉积气体；以约30μm/小时或更高的沉积速率在晶片上沉积III/V族层，其中III/V族层含有镓、砷、铟和氮。氮前体气体可含有肼、甲基肼、二甲基肼、其衍生物或其组合。在一个示例中，氮前体气体含有二甲基肼。在另一个示例中，氮前体气体含有肼。在一些示例中，镓前体气体含有三甲基镓，铟前体气体含有三甲基铟。
在另一实施方式中，提供一种用于在晶片或衬底上形成III/V族材料的方法，该方法包括：在处理系统内将晶片加热至约600℃或更高的沉积温度；将晶片暴露于含有镓前体气体、铟前体气体、铝前体和磷前体的沉积气体；以约30μm/小时或更高的沉积速率在晶片上沉积III/V族层，其中III族/V层含有镓、铟、铝和磷。在一个示例中，镓前体含有三甲基镓，铝前体含有三甲基铝，铟前体含有三甲基铟，磷前体含有膦。
在一些实施方式中，沉积速率或生长速率可为约40μm/小时或更高，如约50μm/小时或更高，优选约55μm/小时或更高，更优选约60μm/小时或更高(例如，约70μm/小时、约80μm/小时、或约90～120μm/小时)。在其他实施方式中，沉积温度可为约600℃或更高，或可为约700℃或更高，或可为约800℃或更高，或可为约850℃。在一些示例中，沉积温度可以在约550℃至约900℃的范围内。在其他示例中，沉积温度可以在约600℃至约800℃的范围内。在其他示例中，沉积温度可以在约650℃至约750℃的范围内。在其他示例中，温度可以在约650℃至约720℃的范围内。在其他示例中，如对于约90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度可以在约680℃至约850℃的范围内。
镓前体气体可含有烷基镓化合物。在一个示例中，烷基镓化合物可以是三甲基镓或三乙基镓。在一些实施方式中，沉积气体可以进一步包含铝前体气体，并且砷化镓层还包含铝。铝前体气体可含有烷基铝化合物，如三甲基铝或三乙基铝。在其他实施方式中，沉积气体包含胂和镓前体气体，其中胂/镓前体比率为约3或更高，或者可以为约4或更高，或者可以为约5或更高，或者可以为约6或更高，或者可以为约7或更高。在一些示例中，胂/镓前体比率可以在约5至约10的范围内。在其他实施方式中，III/V族材料可以由包含V族前体与III族前体的比率约为30:1、或40:1、或50:1、或60:1、或更高的沉积气体形成或生长。在一些示例中，沉积气体具有约50:1的膦/III族前体。
处理系统可具有在约20托至约1000托的范围内的内部压力。在一些实施方式中，内部压力可以是环境压力或大于环境压力，如在约760托至约1000托的范围内。在一些示例中，内部压力可以在约800托至约1000托的范围内。在其他示例中，内部压力在约780托至约900托的范围内，如约800托至约850托。在其他实施方式中，内部压力可以是环境压力或小于环境压力，如在约20托至约760托的范围内，优选地，在约50托至约450托的范围内，并且更优选地，在约100托至约250托的范围内。
在一些实施方式中，沉积气体还含有载气。载气可包含氢气(H2)、氮气(N2)、氢气和氮气的混合物、氩气、氦气或其组合。在许多示例中，载气包含氢气、氮气或氢气和氮气的混合物。
通常，沉积工艺中使用的各种气体的流量可取决于用于该工艺的化学气相沉积(例如，金属-有机化学气相沉积或MOCVD)工具。
图1示出包含多个III/V族材料或层的砷化镓堆叠100，其可以根据本文所述的实施方式通过高生长速率沉积工艺形成。例如，III/V族材料或层中的一个或多个可以以下列沉积速率中的任何一个生长或沉积：约30μm/小时、约40μm/小时、约50μm/小时、约55μm/小时、约60μm/小时、约70μm/小时、约80μm/小时、约90μm/小时、约95μm/小时、约100μm/小时、约105μm/小时、约110μm/小时、约115μm/小时和约120μm/小时。多层III/V族材料中的一些在砷化镓堆叠100内形成砷化镓单元110。图1示出砷化镓堆叠100包含设置在牺牲层116上或上方的砷化镓单元110，牺牲层116设置在缓冲层114上或上方，缓冲层114设置在晶片112上或上方。
晶片112可以是包含III/V族材料的支撑衬底，并且可以掺杂有各种元素。通常，晶片112包含砷化镓、其合金、其衍生物，并且可以是n掺杂衬底或p掺杂衬底。在许多示例中，晶片112是砷化镓衬底或砷化镓合金衬底。砷化镓衬底或晶片可具有约5.73×10-6℃-1的热膨胀系数。
缓冲层114可以是砷化镓缓冲层，其包含砷化镓、其合金、其掺杂剂或其衍生物。缓冲层114的厚度可以在约100nm至约1000nm的范围内，如约200nm或约300nm。
牺牲层116，也称为ELO释放层，可包含砷化铝、其合金、其衍生物或其组合。牺牲层116可具有约20nm或更小的厚度。在一些示例中，牺牲层116的厚度可以在约1nm至约20nm的范围内，如约5nm至约20nm，或者在其他示例中，在约1nm至约10nm的范围内，如约4nm至约6nm。
砷化镓单元110还包含设置在p型砷化镓堆叠130上或上方的n型砷化镓堆叠120。n型砷化镓堆叠120通常包含多层的各种n型掺杂材料。在一个实施方式中，n型砷化镓堆叠120包含设置在钝化层124上或上方的发射极层126，钝化层124设置在接触层122上或上方。在一些实施方式中，n型砷化镓堆叠120的厚度可以在约200nm到约1300nm的范围内。
接触层122可以是砷化镓接触层，其包含砷化镓、其合金、其掺杂剂或其衍生物。在一些示例中，接触层122包含n型砷化镓材料。接触层122的厚度可以在约5nm至约100nm的范围内，如约10nm或约50nm。
钝化层124，也称为前窗，通常包含砷化铝镓、其合金、其衍生物或其组合。在许多示例中，钝化层124包含n型砷化铝镓材料。在一个示例中，钝化层124包含具有化学式Al0.3Ga0.7As的n型砷化铝镓材料。钝化层124的厚度可以在约5nm至约100nm的范围内，如约10nm或约50nm。
发射极层126可包含砷化镓、其合金、其衍生物或其组合。在许多示例中，发射极层126包含n型砷化镓材料。发射极层126的厚度可以在约100nm至约3000nm的范围内。在一些示例中，发射极层126的厚度可以在约100nm至约600nm的范围内，如约200nm至约400nm，或者在其他示例中，在约600nm至约1200nm的范围内，如约800nm至约1000nm。
p型砷化镓层或堆叠130通常包含多层的各种p型掺杂材料。在一个实施方式中，p型砷化镓堆叠130包含设置在钝化层134上或上方的接触层136，钝化层134设置在吸收层132上或上方。在一个替代实施方式中，吸收层132不存在于p型砷化镓堆叠130中。因此，p型砷化镓堆叠130包含设置在钝化层134上或上方的接触层136，并且钝化层134可以设置在n型砷化镓堆叠120、发射极层126或另一层上或上方。在一些实施方式中，p型砷化镓堆叠130的厚度可以在约100nm到约3000nm的范围内。
吸收层132可包含砷化镓、其合金、其衍生物或其组合。在许多示例中，吸收层132包含p型砷化镓材料。在一个实施方式中，吸收层132的厚度可以在约1nm至约3000nm的范围内。在一些示例中，吸收层132的厚度可以在约1nm至约1000nm的范围内，如约10nm至约100nm，或者在其他示例中，在约1000nm至约3000nm的范围内，如约1100nm至约2000nm。在一些示例中，吸收层132的厚度可以在约100nm至约600nm的范围内，如约200nm至约400nm，或者在其他示例中，在约600nm至约1200nm的范围内，如约800nm到约1000nm。
钝化层134，也称为后窗，通常包含砷化铝镓、其合金、其衍生物或其组合。在许多示例中，钝化层134包含p型砷化铝镓材料。在一个示例中，钝化层134包含具有化学式Al0.3Ga0.7As的p型砷化铝镓材料。钝化层134的厚度可以在约25nm至约100nm的范围内，如约50nm或约300nm。
接触层136可以是p型砷化镓接触层，其包含砷化镓、其合金、其掺杂剂或其衍生物。在一些示例中，接触层136包含p型砷化镓材料。接触层136的厚度可以在约5nm至约100nm的范围内，如约10nm或约50nm。
如本文所述的用于沉积或形成III/V族材料的沉积工艺的各方面可以在处理系统中进行，例如，单晶片沉积室、多晶片沉积室、固定沉积室、或连续进料沉积室。在共同转让的2009年5月29日提交的美国专利申请No.12/475,131(标题为“Methods and Apparatusfor a Chemical Vapor Deposition Reactor”)和2009年5月29日提交，并作为美国专利号8,602,707发布的美国专利申请No.12/475,169(标题为“Methods and Apparatus for aChemical Vapor Deposition Reactor”中描述了一个可用于沉积或形成III/V族材料的连续进料沉积室，上述专利申请中的每一个都通过引用结合到本文中。
实施例
在一个实施方式中，沉积气体可通过在进入或通过喷头之前在气体歧管内组合或混合两种、三种或更多种化学前体来形成。在另一个实施方式中，沉积气体可以通过在通过喷头之后在反应区内组合或混合两种、三种或更多种化学前体来形成。沉积气体还可含有一种、两种或更多种载气，载气也可在通过喷头之前或之后与前体气体组合或混合。载气可以是氢气、氮气、氩气或其组合。沉积室的内部压力可以在约250托至约450托的范围内。
实施例1-GaAs：在一个示例中，可以通过组合镓前体(例如TMG)和砷前体(例如胂)来形成沉积气体。可以将衬底加热至沉积温度并暴露于沉积气体。沉积温度可以具有宽范围。在一个示例中，沉积温度可以在约600℃至约800℃的范围内，如约650℃至约750℃或约650℃至约720℃。在一个示例中，沉积气体可以含有在约2000cc的氢气(H2)中的约100cc的胂和约200cc的TMG/H2的混合物(在H2中约10％的TMG)。III/V族材料包含镓和砷，并且可以以约30μm/小时或更高的速率沉积，如约40μm/小时或更高，优选约50μm/小时或更高，优选约55μm/小时或更高，并且更优选地，约60μm/小时或更高。在一个示例中，高于约60μm/小时的沉积速率可包括约70μm/小时、约80μm/小时或约90～120μm/小时的沉积速率。对于约90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度可以在约680℃至约850℃的范围内。
实施例2-GaAlAs：在另一个示例中，可以通过组合镓前体(例如TMG)、铝前体(例如TMA)和砷前体(例如胂)来形成沉积气体。可以将衬底加热至沉积温度并暴露于沉积气体。沉积温度可以具有宽范围。在一个示例中，沉积温度可以在约600℃至约800℃的范围内。在一个示例中，沉积气体可含有：在约2000cc的氢气中的约100cc的胂；约200cc的TMG/H2混合物(在H2中约10％的TMG)；和约200cc的TMA/H2(在H2中约1％的TMA)。III/V族材料包含镓、铝和砷，并且可以以约30μm/小时或更高的速率沉积，如约40μm/小时或更高，优选约50μm/小时或更高，优选约55μm/小时或更高，更优选地，约60μm/小时或更高。在一个示例中，高于约60μm/小时的沉积速率可包括约70μm/小时、约80μm/小时或约90～120μm/小时的沉积速率。对于约90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度可以在约680℃至约850℃的范围内。
实施例3-AlGaInP：在另一个示例中，沉积气体可以通过组合镓前体(例如，TMG)、铝前体(例如，TMA)、铟前体(例如，三甲基铟-TMI)和磷前体(例如，膦-PH3)来形成。可以将衬底加热至沉积温度并暴露于沉积气体。沉积温度可以具有宽范围。在一个示例中，沉积温度可以在约600℃至约800℃的范围内。在一个示例中，沉积气体可含有：约200cc的TMG/H2的混合物(在H2中约10％的TMG)；约200cc的TMA/H2(在H2中约1％的TMA)；约200cc的TMI/H2(在H2中约1％的TMI)；和在约2000cc的氢气中约100cc的膦。III/V族材料包含镓、铝、铟和磷，并且可以以约30μm/小时或更高的速率沉积，如约40μm/小时或更高，优选约50μm/小时或更高，优选约55μm/小时或更高，更优选地，约60μm/小时或更高。在一个示例中，高于约60μm/小时的沉积速率可包括约70μm/小时、约80μm/小时或约90～120μm/小时的沉积速率。对于约90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度可以在约680℃至约850℃的范围内。
实施例4-GalNAs：在另一个示例中，沉积气体可以通过组合镓前体(例如TMG)、铟前体(例如三甲基铟)和砷前体(例如胂)来形成。可以将衬底加热至沉积温度并暴露于沉积气体。沉积温度可以具有宽范围。在一个示例中，沉积温度可以在约600℃至约800℃的范围内。在一个示例中，沉积气体可含有：在约2000cc氢气中的约100cc的胂；约200cc的TMG/H2混合物(在H2中约10％的TMG)；和约200cc的TMI/H2(在H2中约1％的TMI)。III/V族材料包含镓、铟和砷，并且可以以约30μm/小时或更高的速率沉积，如约40μm/小时或更高，优选约50μm/小时或更高，优选约55μm/小时或更高，更优选地，约60μm/小时或更高。在一个示例中，高于约60μm/小时的沉积速率可包括约70μm/小时、约80μm/小时或约90～120μm/小时的沉积速率。对于约90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度可以在约680℃至约850℃的范围内。
实施例5-GalNAsN：在另一个示例中，沉积气体可以通过组合镓前体(例如，TMG)、铟前体(例如，三甲基铟)、砷前体(例如，胂)和氮前体(例如，二甲基肼或肼)来形成。可以将衬底加热至沉积温度并暴露于沉积气体。沉积温度可以具有宽范围。在一个示例中，沉积温度可以在约400℃至约500℃的范围内，如约450℃。在一个示例中，沉积气体可含有：在约2000cc的氢气中的约10cc的胂；约200cc的TMG/H2混合物(在H2中约10％的TMG)；约200cc的TMI/H2(在H2中约1％的TMI)；和在约1000cc的氢气中约100cc的二甲基肼。III/V族材料包含镓、铟、铝、砷和氮，并且可以以约30μm/小时或更高的速率沉积，如约40μm/小时或更高，优选约50μm/小时或更高，优选约55μm/小时或更高，更优选地，约60μm/小时或更高。在一个示例中，高于约60μm/小时的沉积速率可包括约70μm/小时、约80μm/小时或约90～120μm/小时的沉积速率。对于约90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度可以在约680℃至约850℃的范围内。
实施例6-GalnAsP：在另一个示例中，沉积气体可以通过组合镓前体(例如，TMG)、铟前体(例如，三甲基铟)、砷前体(例如胂)和磷前体(例如，膦-PH3)来形成。可以将衬底加热至沉积温度并暴露于沉积气体。沉积温度可以具有宽范围。在一个示例中，沉积温度可以在约600℃至约800℃的范围内。在一个示例中，沉积气体可含有：在约2000cc的氢气中约100cc的胂；约200cc的TMG/H2混合物(在H2中约10％的TMG)；约200cc的TMI/H2(在H2中约1％的TMI)；和在约2000cc的氢气中约100cc的膦。III/V族材料包含镓、铟、砷和磷，并且可以以约30μm/小时或更高的速率沉积，如约40μm/小时或更高，优选约50μm/小时或更高，优选约55μm/小时或更高，更优选地，约60μm/小时或更高。在一个示例中，高于约60μm/小时的沉积速率可包括约70μm/小时、约80μm/小时或约90～120μm/小时的沉积速率。对于约90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度可以在约680℃至约850℃的范围内。
在上述示例中，术语“cc”可以指立方厘米并且可以对应于流量或流动单位，如标准立方厘米每分钟(sccm)。
图2示出如本文的一些实施方式中所述的用于在晶片上形成半导体材料的方法200的示例。
在框210处，方法200包括在处理系统内将晶片加热到550℃和900℃之间的范围内的沉积温度。
在框220处，方法200包括将晶片暴露于包含镓前体气体和胂的沉积气体，总压力在20托和1000托之间的范围内。
在框230处，方法200包括以在由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时和90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率在晶片上沉积具有砷化镓的一个或多个层，其中包括所述一层或多个层的多层形成砷化镓单元。
在方法200的一个方面，对于90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度的范围可以在680℃和850℃之间。
在方法200的另一方面，沉积气体可以进一步包括铝前体气体，并且砷化镓层可以进一步包括铝。铝前体气体可包括烷基铝化合物。烷基铝化合物可以是三甲基铝或三乙基铝。
在方法200的另一方面，沉积气体可以进一步包括含有氢和氩的混合物的载气。
在方法200的另一方面，砷化镓单元的n型部分沉积在厚度在1nm和20nm之间的牺牲层上方，其中牺牲层设置在缓冲层上方，并且缓冲层设置在晶片上方。
在方法200的另一方面，所述多层形成n型砷化镓堆叠和p型砷化镓堆叠，其中n型砷化镓堆叠具有设置在第一钝化层上或上方的发射极层，其中第一钝化层设置在第一接触层之上或上方；并且其中p型砷化镓堆叠具有设置在第二钝化层上或上方的第二接触层，并且其中第二钝化层设置在吸收层上或上方。
在方法200的另一方面，沉积温度的范围可以在600℃和800℃之间。
在方法200的另一方面，总压力的范围可以从由20托和760托之间、50托和450托之间、以及100托和250托之间构成的组中选择。
图3示出如本文的一些实施方式中所述的用于在晶片上形成半导体材料的方法300的示例。
在框310处，方法300包括在处理系统内将晶片加热到550℃和900℃之间的范围内的沉积温度。
在框320处，方法300包括将晶片暴露于包含镓前体气体、铝前体气体和胂的沉积气体，总压力在20托和1000托之间的范围内。
在框330处，方法300包括以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时和90～120μm/小时沉积速率构成的组中选择的沉积速率在晶片上沉积一个或多个层，其中所述一个或多个层包括砷化铝镓，并且包括所述一个或多个层的多层形成砷化镓单元。
在方法300的一个方面，对于90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度的范围在680℃和850℃之间。
在方法300的另一方面，砷化镓单元的n型部分沉积在厚度在1nm和20nm之间的牺牲层上方，其中牺牲层设置在缓冲层上方，并且其中缓冲层设置在晶片上方。
在方法300的另一方面，所述多层形成n型砷化镓堆叠和p型砷化镓堆叠，其中n型砷化镓堆叠具有设置在第一钝化层上或上方的发射极层，并且其中第一钝化层设置在第一接触层上或上方；并且其中p型砷化镓堆叠具有设置在第二钝化层上或上方的第二接触层，并且其中第二钝化层设置在吸收层上或上方。
在方法300的另一方面，沉积温度的范围可以在600℃和800℃之间。
在方法300的另一方面，总压力的范围可以从由20托和760托之间、50托和450托之间、以及100托和250托之间构成的组中选择。
图4示出如本文的一些实施方式中所描述的用于在晶片上形成半导体材料的方法400的示例。
在框410处，方法400包括在处理系统内将晶片加热到550℃和900℃之间的范围内的沉积温度。
在框420处，方法400包括将晶片暴露于包含镓前体气体、铟前驱体气体、氮前体气体和胂的沉积气体，总压力在20托和1000托之间。
在框430处，方法400包括以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时和90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率在晶片上沉积一个或多个层，其中所述一个或多个层包含镓、砷、氮和铟，并且包括所述一个或多个层的多层形成砷化镓单元。
在方法400的一个方面，对于90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度的范围在680℃和850℃之间。
在方法400的另一方面，氮前体气体包括从由肼、甲基肼、二甲基肼、其衍生物及其组合的化合物构成的组中选择的化合物。
在方法400的另一方面，砷化镓单元的n型部分沉积在厚度在1nm和20nm之间的牺牲层上方，其中牺牲层设置在缓冲层上方，并且其中缓冲层设置在晶片上方。
在方法400的另一方面，所述多层形成n型砷化镓堆叠和p型砷化镓堆叠，其中n型砷化镓堆叠具有设置在第一钝化层上或上方的发射极层，并且其中第一钝化层设置在第一接触层上或上方；并且其中p型砷化镓堆叠具有设置在第二钝化层上或上方的第二接触层，并且其中第二钝化层设置在吸收层上或上方。
在方法400的另一方面，沉积温度可以在400℃和500℃之间。
在方法400的另一方面，总压力的范围可以从由20托和760托之间、50托和450托之间、以及100托和250托之间构成的组中选择。
图5示出如本文的一些实施方式中所述的用于形成单元的方法500的示例。
在框510处，方法500包括在处理系统内将包含镓和砷的衬底加热到550℃和900℃之间的温度。
在框520处，方法500包括将衬底暴露于包含砷化镓前体气体和胂的沉积气体。
在框530处，方法500包括在衬底上沉积包含镓和砷的n型接触层，其中n型接触层具有100nm或更小的厚度。
在框540处，方法500包括在衬底上方沉积包括镓、铝和砷的n型钝化层，其中n型钝化层具有100nm或更小的厚度。
在框550处，方法500包括在衬底上方沉积包含镓和砷的n型吸收层，其中n型发射极层具有3000nm或更小的厚度。
在框560处，方法500包括在衬底上方沉积包括镓、铝和砷的p型钝化层，其中p型钝化层具有300nm或更小的厚度。
在框570处，方法500包括在衬底上沉积包括镓和砷的p型接触层，p型接触层具有100nm或更小的厚度，其中n型接触层、n型钝化层、n型吸收层、p型钝化层和p型接触层中的每一个以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时、以及90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率沉积。
在方法500的另一方面，对于90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度的范围在680℃和850℃之间。
在方法500的另一方面，该方法还包括以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时和90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率在衬底上方沉积包含铝和砷的牺牲层，其中牺牲层的厚度为20nm或更小。该方法还可以包括在牺牲层上方沉积n型接触层、在n型接触层上方沉积n型钝化层、在n型钝化层上方沉积n型吸收层、在p型吸收层上方沉积p型钝化层、以及在p型钝化层上方沉积p型接触层。
在方法500的另一方面，该方法还包括以从由30μm/小时的沉积速率、40μm/小时的沉积速率、50μm/小时的沉积速率、55μm/小时的沉积速率和60μm/小时的沉积速率或更高构成的组中选择的沉积速率在衬底上沉积包含镓和砷的缓冲层，其中缓冲层具有小于300nm的厚度。该方法还可以包括在缓冲层上方沉积牺牲层。
在方法500的另一方面，该方法还包括以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时和90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率在衬底上方沉积包含铝和砷的牺牲层，其中牺牲层的厚度为20nm或更小。
在方法500的另一方面，该方法还包括以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时、以及90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率在衬底上沉积包含镓和砷的缓冲层，其中缓冲层的厚度小于300nm。该方法还可以包括在缓冲层上方沉积牺牲层。
在方法500的另一方面，将衬底暴露于沉积气体还包括将衬底暴露于450托或更低的总压力，或者将衬底暴露于至少780托的总压力。
虽然前述内容针对本公开的实施方式，但是可以在不脱离本公开的基本范围的情况下设计出本公开的其他和进一步的实施方式，并且本公开的范围由所附权利要求确定。
Claims (30)
1.一种用于在晶片上形成半导体材料的方法，包括：
在处理系统内将晶片加热到550℃和900℃之间范围内的沉积温度；
将所述晶片暴露于包含镓前体气体和胂的沉积气体，总压力在20托和1000托之间的范围内；和
在所述晶片上以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时、以及90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率沉积具有砷化镓的一个或多个层，
其中包括所述一个或多个层的多层形成砷化镓单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其中对于90～120μm/小时的沉积速率，所述沉积温度的范围在680℃和850℃之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积气体还包含铝前体气体，并且所述砷化镓层还包含铝。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述铝前体气体包括烷基铝化合物。
5.权利要求4所述的方法，其中所述烷基铝化合物是三甲基铝或三乙基铝。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积气体还包含载气，所述载气包括氢气和氩气的混合物。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述砷化镓单元的n型部分沉积在厚度在1nm和20nm之间的牺牲层上方，所述牺牲层设置在缓冲层上方，并且所述缓冲层是设置在所述晶片上方。
8.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述多层形成n型砷化镓堆叠和p型砷化镓堆叠，
所述n型砷化镓堆叠具有设置在第一钝化层上或上方的发射极层，所述第一钝化层设置在第一接触层上或上方，并且
所述p型砷化镓堆叠具有设置在第二钝化层上或上方的第二接触层，所述第二钝化层设置在吸收层上或上方。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积温度的范围在600℃和800℃之间。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述总压力的范围从以下构成的组中选择：
20托和760托之间、
50托和450托之间、以及
100托和250托之间。
11.一种用于在晶片上形成半导体材料的方法，包括：
在处理系统内将晶片加热到550℃和900℃之间范围内的沉积温度；
将所述晶片暴露于包含镓前体气体、铝前体气体和胂的沉积气体，总压力在20托和1000托之间的范围内；和
以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时和90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率在所述晶片上沉积一个或多个层，
其中所述一个或多个层包括砷化铝镓，并且包括所述一个或多个层的多层形成砷化镓单元。
12.根据权利要求11所述的方法，其中对于所述90～120μm/小时的沉积速率，所述沉积温度的范围在680℃和850℃之间。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述砷化镓单元的n型部分沉积在厚度在1nm和20nm之间的牺牲层上方，所述牺牲层设置在缓冲层上方，并且所述缓冲层设置在所述晶片上方。
14.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述多层形成n型砷化镓堆叠和p型砷化镓堆叠，
所述n型砷化镓堆叠具有设置在第一钝化层上或上方的发射极层，所述第一钝化层设置在第一接触层上或上方，并且
所述p型砷化镓堆叠具有设置在第二钝化层上或上方的第二接触层，所述第二钝化层设置在吸收层上或上方。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述沉积温度的范围在600℃和800℃之间。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述总压力的范围在由下列构成的组中选择：
20托和760托之间、
50托和450托之间、和
100托和250托之间。
17.一种用于在晶片上形成半导体材料的方法，包括：
在处理系统内将晶片加热到550℃和900℃之间的范围内的沉积温度；
将所述晶片暴露于包含镓前体气体、铟前体气体、氮前体气体和胂的沉积气体，总压力在20托和1000托之间的范围内；和
以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时、和90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率在所述晶片上沉积一个或多个层，
其中所述一个或多个层包含镓、砷、氮和铟，并且包括所述一个或多个层的多层形成砷化镓单元。
18.根据权利要求17所述的方法，其中对于所述90～120μm/小时的沉积速率，所述沉积温度的范围在680℃和850℃之间。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述氮前体气体包括选从由肼、甲基肼、二甲基肼、其衍生物及其组合构成的组中选择的化合物。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述砷化镓单元的n型部分沉积在厚度在1nm和20nm之间的牺牲层上方，所述牺牲层设置在缓冲层上方，并且所述缓冲层设置在所述晶片上方。
21.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述多层形成n型砷化镓堆叠和p型砷化镓堆叠，
所述n型砷化镓堆叠具有设置在第一钝化层上或上方的发射极层，所述第一钝化层设置在第一接触层上或上方，并且
所述p型砷化镓堆叠具有设置在第二钝化层上或上方的第二接触层，所述第二钝化层设置在吸收层上或上方。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述沉积温度在400℃和500℃之间。
23.权利要求17的所述方法，其中所述总压力的范围从由下列构成的组中选择：
20托和760托之间、
50托和450托之间、和
100托和250托之间。
24.一种形成单元的方法，包括：
在处理系统内将包含镓和砷的衬底加热到550℃和900℃之间的范围内的温度；
将所述衬底暴露于包含镓前体气体和胂的沉积气体；
在所述衬底上方沉积包含镓和砷的n型接触层，所述n型接触层的厚度为100nm或更小；
在所述衬底上方沉积包含镓、铝和砷的n型钝化层，所述n型钝化层的厚度为100nm或更小；
在所述衬底上方沉积包含镓和砷的n型吸收层，所述n型发射极层的厚度为3000nm或更小；
在所述衬底上方沉积包含镓、铝和砷的p型钝化层，所述p型钝化层的厚度为300nm或更小；和
在所述衬底上方沉积包含镓和砷的p型接触层，所述p型接触层的厚度为100nm或更小，
其中所述n型接触层、所述n型钝化层、所述n型吸收层、所述p型钝化层和所述p型接触层中的每一个以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时和90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率沉积。
25.根据权利要求24所述的方法，其中对于所述90～120μm/小时的沉积速率，沉积温度的范围在680℃和850℃之间。
26.根据权利要求24所述的方法，还包括：
在所述衬底上方以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时、和90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率沉积包含铝和砷的牺牲层，所述牺牲层的厚度为20nm或更小；
在所述牺牲层上方沉积所述n型接触层；
在所述n型接触层上方沉积所述n型钝化层；
在所述n型钝化层上方沉积所述n型吸收层；
在所述p型吸收层上方沉积所述p型钝化层；和
在所述p型钝化层上方沉积所述p型接触层。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括：
在所述衬底上以从由30μm/小时的沉积速率、40μm/小时的沉积速率、50μm/小时的沉积速率、55μm/小时的沉积速率和60μm/小时的沉积速率或更高组成的组中选择的沉积速率沉积包含镓和砷的缓冲层，所述缓冲层的厚度小于300nm；和
在所述缓冲层上方沉积所述牺牲层。
28.根据权利要求24所述的方法，还包括：
在所述衬底上方以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时和90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率沉积包含铝和砷的牺牲层，所述牺牲层的厚度为20nm或更小。
29.根据权利要求28所述的方法，还包括：
在所述衬底上以从由30μm/小时、40μm/小时、50μm/小时、55μm/小时、60μm/小时、70μm/小时、80μm/小时、和90～120μm/小时的沉积速率构成的组中选择的沉积速率沉积包含镓和砷的缓冲层，所述缓冲层的厚度小于300nm；和
在所述缓冲层上方沉积所述牺牲层。
30.根据权利要求24所述的方法，其中将所述衬底暴露于沉积气体还包括：
将所述衬底暴露于450托或更低的总压力，或
将所述衬底暴露于至少780托的总压力。
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