JP2023145516A - 半導体層を形成するための方法及び材料堆積システム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年6月7日に出願された「材料堆積システム及び方法」という表題の米国仮特許出願第62/682,005号に基づく優先権を主張し、この出願は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
第1の導電型を含む第3の領域、真性導電型層を含む第4の領域、及び第2の導電型を含む第5の領域を含み、第2の導電型は第1の導電型の反対である。多領域積層体の少なくとも1つの領域は、Mg(x)Zn(1-x)Oを含むバルク半導体材料である。多領域積層体の少なくとも1つの領域は、ZnO、MgO、及びMg(x)Zn(1-x)Oのうちの少なくとも2つを含む超格子である。
成することも含む。出口開口部は、i)設定された傾斜角に対して直交方向距離及び横方向距離を最小化することで基板上の酸化物に基づく層の望まれる層成長速度での望まれる層の堆積均一性を実現するように、またはii)設定された直交方向距離及び設定された横方向距離に対して傾斜角を決定することで基板上の酸化物に基づく層の望まれる層成長速度での望まれる層の堆積均一性を実現するように、配置される。
バランスを改善するために高真空反応チャンバー内に軸外材料供給源を有する材料堆積システムに関する。材料供給源の位置を決定を行い、材料供給源の配置に応じた反応チャンバー全体のサイズのスケーリングも行うことによる、材料堆積システムを構成する方法が開示される。本開示は、発光ダイオード(LED)などの高品質な酸化物系半導体構造、並びにそのような構造を形成するためのシステム及び方法にも関する。
一般に、これらは、優れた透明性、高い電子移動度、広いバンドギャップ、及び室温での強い発光を示す。酸化物系半導体は本質的にn型であり、従来の方式では酸化物のp型ドーピングは達成が困難である。本実施形態におけるこれらの半導体のP型ドーピングは、活性原子状窒素(N*)または分子状窒素(N2*)のプラズマを使用して行われる。本明細書に開示の方法は、プラズマ反応チャンバーを利用し、フッ化カルシウムなどの材料から作られた基板上に膜を形成する。いくつかの実施形態では、酸化マグネシウム亜鉛(MgZnO)のバッファ層が基板上に形成され、MgO-MgZnO多重層がバッファ層の上に形成される。次いで、n型のMgZnOが、MgO-MgZnO多重層の上に形成され、MgZnOまたはMgOの非意図的にドープされた(NID)層が、n型MgZnO層の上に形成される。その後、N*またはN2*のプラズマからのp型ドーピングを使用して、p型MgZnO層が形成される。最後に、従来のリソグラフィー及びメタライゼーションプロセスを使用して、デバイス構造上に金属接点が形成される。動作の一例では、n型MgZnO層は、NID層に移動する電子を生成し、そこで電荷キャリアが相互作用し、再結合して、約100nm~約280nmのUV波長範囲でLEDデバイス構造から光を放出する。
スを改善するために形成面に対して配置される材料供給源は、MBEシステムを使用する連続的な高スループット膜形成プロセスの支援に適している。本開示は、MBEシステムの製造業者によって固定された材料供給源の物理的配置に起因する遅い成長速度及び低い堆積均一性のうちの少なくとも1つを従来特徴としていた既存のシステム及び方法に対する改善を提供する。
従来の材料堆積システム
図1は、当該技術分野で公知の高真空反応チャンバー10の一部の等角図であり、これは、基板22の膜形成面26に対して軸外にあり、かつある角度で配置されている材料供給源18を含む。高真空反応チャンバー10は、MBEシステム5の反応チャンバーであってもよい。真空環境14は、真空ポンプ16によって高真空反応チャンバー10内で維持される。例えば、真空環境14は、約10-12torr~約10-7torr、約10-11torr~約10-9torr、または約10-11torr~10-5torrの範囲であってもよい。十分に準備され、実質的に漏れのない反応器は、反応器のポンピング速度と供給源によって生成する入射ビーム圧力とに直接関連するベース圧力及び成長圧力(すなわち堆積中)を有する。
想フラックス面(VFP)傾斜角αに位置している。したがって、材料供給源18は「軸外」材料供給源である。横方向距離X及び直交方向距離Zは、基板堆積面26の中心に対する材料供給源18の座標である。
(i)堆積面の絶対回転中心を標的にするように配置された材料供給源プルームの対称軸SA、
(ii)供給源から基板までのRsrc-sub、及び堆積面の中心に対して円筒対称または球対称で構成される基板回転軸AXに対する供給源VFP重心の横方向距離X、
(iii)X≦Rsrc-subかつβ=tan-1(X/Rsrc-sub)≦45°(βは垂直軸Zと対称軸SAの間の角度である)となるような割合の反応器寸法、及び
(iv)0≦α≦45°の範囲に制限された仮想フラックス面傾斜角。
供給源の配置が最適化された材料堆積システム
図2は、いくつかの実施形態による、材料堆積システム50の一部の等角図である。分子線エピタキシーシステムである材料堆積システム50は、高真空反応チャンバー100を有する。材料堆積システム50は、軸外に、基板122の基板堆積面126に対してある角度で、かつ量Roffsetだけずらされて配置されている材料供給源118を含む。すなわち、材料供給源118は、絶対中心ではなく、量Roffsetだけ基板122の絶対中心からずらされた地点に向けられた対称軸SAを有する。材料供給源118は、基板堆積面126の領域122P上に材料を堆積する。真空環境114は、真空ポンプ116によって高真空反応チャンバー110内で維持される。例えば、真空環境114は、一例では約10-12torr~約10-7torr、別の例では約10-11torr~約10-9torr、または更に別の例では約10-11torr~10-5torrの範囲であってもよい。
)を含み得ることを認識するであろう。
より指向性を有している。例えば、プロット200には、余弦N係数が6であり、球形ではなく、BFP210よりも細長くて狭いビームフラックスプロファイルであるBFP214が示されている。プロット200には、余弦N係数が1から6の間であるBFP210とBFP214との間の他のBFPの例も示されている。例として、余弦N係数が1及び余弦N係数が6の光源は、前方に投影されたビームの80%がそれぞれ±36.4°及び±15.5°の角度範囲内に含まれるという点で異なる。したがって、余弦N係数材料供給源及び回転堆積面に対する相対的な構成配置の賢明な選択によって、フラックス利用率の改善を実現することができる。例えば、余弦N係数を有する供給源を使用すると、より指向性が得られ、そのため無駄になる材料の量が減らされる。
うに有効面積Asrcを有する。有効面積Asrcは、半径Rsrcで定義することができる。有効面積ASRCを有する出口開口部130は、複数の独立した余弦N元素供給源として特徴付けまたは設計することができる。例えば、i={1、…、j、…、m}の添え字が付けられた元素供給源の整数m(m>1)は、cosNi(θi)で示される既定の材料放出空間分布(BFP)によってそれぞれ特徴付けられる。元素供給源は、Niがiの全ての値について一定であるように選択することができ、あるいは少なくとも2種の異種の元素供給源をNi≠Njで選択することができる。
される。材料供給源の余弦N係数は、所定の真空レベルでの反応チャンバー内の残留バックグラウンド不純物種の量にも直接影響する。供給源材料が十分に高純度の材料から構成されていると仮定すると、成長膜に組み込むためにその後利用される(すなわち望ましい材料供給源フラックスに追加の望ましくない不純物フラックス成分を形成する)不純物濃度は、堆積中に維持される堆積速度と真空レベルに主に依存する。すなわち、供給源材料フラックスの導入前の反応器内の所定のベース真空レベルに対し、十分に準備された清浄な堆積面が望ましくない不純物表面被覆を堆積する定量可能な時間量が存在する。そのため、小さなフラックスの不均一性、高い成長速度、及び低いバックグラウンド不純物濃度を同時に達成することが望ましい。
°Kの不活性分子窒素(N2)で完全に均一に満たされた反応器に向けられたΦAl=5×1019atoms・m-2・s-1のフラックスを生成する単体Al原子のみから構成された材料供給源ビームの例の場合、LMFP=1メートルのAl原子の平均自由行程を得るためには、最大作動チャンバー圧力は10-6torrに制限され、好ましくはそれ未満である。実際には、原子が供給源から堆積面まで移動するのに必要な、妨げられない最長の光路長は、最大でLMFP/2である必要がある。それに加えた更なる制限は、堆積される膜のタイプに特有のバックグラウンド不純物の種類及び量の影響である。本実施形態は、成長速度(すなわち堆積面上に目的材料の1つの単分子層を堆積するための時間τML)が、不純物種の同等の単分子層を堆積するのに必要な時間τimpよりも少なくとも係数λ≧103~104倍速いことが望まれる場合(すなわちτimp≧λ・τML)に、高品質の膜を得ることができる。これにより、反応器内の許容可能な残留不純物圧力の上限が10-9~10-10torrほどにされる。
材料供給源配置の最適化
図4~図7は、基板堆積面126に対する材料供給源118の特定の位置の構成空間のプロットの例であり、計算された膜の不均一性は、材料供給源118の座標X及びZの関数としてプロットされている。図4~図7のそれぞれのプロットで示されている構成空間は、特定のVFP傾斜角α、材料供給源118の特定の余弦N係数、及び基板堆積面126の特定のRSUB(膜形成の領域を示す)に対して一意である。方法は、図4~図7のプロットに示されている構成空間のみに限定されず、これらの構成空間は例示にすぎない。MBEを使用した連続的な高スループット膜形成プロセスの支援に適した、VFP傾斜角α、余弦N係数、及びRSUB値の任意の組み合わせについての構成空間が存在する。表1は、図4~図7に示されているプロットに対応する構成空間を示す。
は、>15%と10%の膜不均一領域の間の境界を形成する。曲線412は、10%と4%の膜不均一領域の間の境界を形成する。曲線414は、4%と2%の膜不均一領域の間の境界を形成する。曲線416は、2%と1%の膜不均一領域の間の境界を形成する。曲線418は、1%と0.5%の膜不均一領域の間の境界を形成する。0.5%の膜不均一性の特定の島が、1%の膜不均一領域(すなわち曲線418の頂点の近く)に存在し得ることに留意されたい。
同様に、0.5%の膜不均一性の特定の島が、1%の膜不均一領域(すなわち曲線518の頂点の近く)に存在し得る。
%と5%の膜不均一領域の間の境界を形成する。曲線614は、5%と2%の膜不均一領域の間の境界を形成する。曲線616は、2%と1%の膜不均一領域の間の境界を形成する。曲線618は、1%と0.5%の膜不均一領域の間の境界を形成する。1%の膜不均一性の特定の島が、2%の膜不均一領域(すなわち曲線616の頂点の近く)に存在し得ることに留意されたい。同様に、0.5%の膜不均一性の特定の島が、1%の膜不均一領域(すなわち曲線618の頂点の近く)に存在し得る。
成面までの距離が長いほど、成長速度は遅くなる。したがって、高い均一性の膜を得るために、従来のMBEシステムは、本明細書で教示される最適位置を超えて形成面から遠い距離に材料供給源を配置することによって遅い成長速度を満たす。結果として、従来のMBEシステムで高い成長速度を実現するためには、供給源から形成面までの距離を大幅に短くする必要があるが、そのようにすると、通常、堆積面全体の膜の均一性が損なわれ、最大堆積表面積が制限される(すなわちプロセスのスケーラビリティが制限される)。
膜の不均一性が得られるか否かを決定する。例えば、図2を参照すると、(ステップ714で決定される)特定の余弦N係数を有する材料供給源118は、ステップ730で決定された基板堆積面126からの距離X及びZ、並びにステップ718で選択されたVFP傾斜角α=45°で配置される。高真空反応チャンバー100の真空環境114は、ポンプで特定の真空圧力(例えば約10-11torr~約10-7torr)にされ、ステップ710の回転機構が基板122を回転させるために使用され、材料供給源118が活性化される。定期的に、基板堆積面126に沿った複数のサンプル点でエピタキシャル成長膜の厚さが測定される。この測定は、例えば、基板堆積面126に向けられた反射高速電子線回折(RHEED)システムを使用して行うことができる。
より、または材料供給源の配置を調整することにより、動的に調整可能であってもよい。
酸化物系半導体の構造
高スループットの成長速度で高度に均一な膜層を得るために材料供給源が特別に設計された位置及び角度に配置された上述のシステムは、酸化物系半導体デバイスを製造するために使用することができる。p型にドープされたMg系層などの、様々な材料のp型ドープを行うこともできる。例えば、MgxZn1-xO(x>0)の酸化物に基づく層、p型にドープされたMgxZn1-xO層(0≦x<0.45)、またはMgZnON層などのマグネシウム系及び亜鉛系の酸化物を形成することができる。いくつかの実施形態では、酸化物に基づく層は、a)MgO及びZnO、b)MgZnO及びZnO、またはc)MgZnO及びMgOの副層を含む超格子である。いくつかの実施形態では、酸化物に基づく層は、p型ドープ層であり、材料は、活性窒素プラズマ、亜酸化窒素(N2O)、アンモニア(NH3)、リン、酸素プラズマ、または欠陥のあるMgもしくはZnのうちの少なくとも1つを使用して放出される。本開示は、DUV LEDを説明するものとさ
れているが、他のタイプの半導体も同じ技術を使用して製造することができる。
FC976は、例えばN2を含むガス源(図示せず)からのガス流量を制御する。作動中、N2原料ガスは、MFC976を介して窒素プラズマ源912に供給され、その後励起装置(図示せず)により付与されるエネルギーによって解離されて、窒素種916を生成する。窒素種916は、脱イオン装置/開口部(図示せず)に入り、ここで、励起(すなわちイオン化)状態にある実質的に全ての窒素種916が、脱イオン装置/開口部(図示せず)を出る前に中和される。一例では、窒素種916のビーム圧力は10-8Torrであり、これはエピタキシャル膜のドーピングに適したビーム圧力である。
流体連結されている。MFC984、MFC988、MFC992は、例えば、N2、O2、またはN2Oを含むガス源(図示せず)からのガス流量を制御する。運転の一例では、N2及びO2は、固定比率で混合され、酸素プラズマ源952に供給され、その後、励起装置(図示せず)により付与されたエネルギーによってそれらの混合形態で解離されて酸素種956を生成する。酸素種956は、脱イオン装置/開口部(図示せず)に入り、励起(すなわちイオン化)状態にある実質的に全ての酸素種956は、ここで中和されてから脱イオン装置/開口部(図示せず)を出る。一例では、99%のO2が1%のN2と混合されて酸素種965のプラズマを生成し、次いでこれが膜形成面906上にp型ドープ膜を生成する。酸素種956は、プラズマ処理システム900の必要とされる処理温度レベル及び運転コストを下げることにより、プラズマ処理システム900の運転効率を高める。いくつかの実施形態では、酸化物のp型ドーピング(すなわちp型酸化物層の形成)は、i)半導体結晶構造中の一部の酸素原子(例えば1000個に1個の酸素原子)を窒素に置換する(すなわち置き換える)ことにより、ii)結晶構造中の一部のMgもしくはZn原子(例えば10個に1個のMgまたはZn原子)をAlもしくはGaに置換する(すなわち置き換える)ことにより、または(i)と(ii)の両方により、独自に達成される。
る。他のシャッター(図示せず)も同様に、基板901の膜形成面906上への窒素種916、P種932、Al種940、及び酸素種956の衝突を制御する。
1013bのうちの2つが示されているが、これよりも多くの副層を含んでいてもよい。MgO-MgZnO多重層1012は、貫通転位を更に最小化するように機能し、そのため、MgO-MgZnO多重層1012の上に形成された膜の欠陥密度を低減する。
移動する正孔を放出する。電荷キャリアはNID層1020の中で相互作用及び再結合し、LEDデバイス構造1000から光1028として放出される。LEDデバイス構造1000がUVC LEDである例では、NID層1020は、約100nm~約280nmの波長範囲の光を放出するように設計される。基板1004が光に対して実質的に透明である例では、NID層1020から放出された光の一定割合が、基板1004を通して直接放出される。
p型導電層)のうちの少なくとも1つは、シリコン、ゲルマニウム、窒素、アルミニウム、ガリウム、ニッケル、またはリンのうちの少なくとも1つを多領域積層体1031の酸素極性結晶構造または金属極性結晶構造の中に導入することによって形成される。いくつかの実施形態では、第3の領域1046または第5の領域1054のうちの少なくとも1つは、Mg(x)Zn(1-x)Oの形態のバルクまたはバルク状の組成の組成勾配を使用して形成される。Xは、成長方向に沿って変化する空間依存値である。すなわち、第3の領域1046または第5の領域1054は、酸素極性または金属極性(図10Bの垂直)の成長方向1032に沿って変化するMg(x)Zn(1-x)Oの空間依存組成から構成することができる。組成勾配の例は、図10Bの第3の領域1046の勾配が付けられた濃淡によって表されている。
x)M(1-x)O組成(0.55<x≦1.0であり、Mは、Zn、Al、Ga、Ni、N、及びPから選択される)からなる(すなわち多領域積層体1031の全ての組成がこれらから選択される)。
び均等物を容易に想到できることが理解されるであろう。例えば、1つの実施形態の一部として図示または説明された特徴を、別の実施形態と共に使用して、更に別の実施形態を得ることができる。したがって、本発明の主題は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内の全てのそのような修正及び変形を網羅することが意図されている。本発明に対するこれら及び他の修正及び変形は、本発明の範囲から逸脱することなく当業者が実施することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の中により具体的に記載されている。更に、当業者は、前述した説明が例示にすぎず、本発明を限定することを意図するものではないことを理解するであろう。
Claims (53)
- 基板、及び
前記基板上にエピタキシャル堆積された多領域積層体、
を含む光電子デバイスであって、
前記多領域積層体が、成長方向に沿って酸素極性結晶構造または金属極性結晶構造を有する結晶極性を含み、前記多領域積層体が、
バッファ層を含む第1の領域、
結晶構造改善層を含む第2の領域、
第1の導電型を含む第3の領域、
真性導電型層を含む第4の領域、及び
第2の導電型を含む第5の領域であって、前記第2の導電型が前記第1の導電型の反対である、前記第5の領域、
を含み、
前記多領域積層体の少なくとも1つの領域が、Mg(x)Zn(1-x)Oを含むバルク半導体材料であり、
前記多領域積層体の少なくとも1つの領域が、ZnO、MgO、及びMg(x)Zn(1-x)Oのうちの少なくとも2つを含む超格子である、
前記光電子デバイス。 - 前記第3の領域または前記第5の領域のうちの少なくとも1つが、シリコン、ゲルマニウム、窒素、アルミニウム、ガリウム、ニッケル、またはリンのうちの少なくとも1つを前記酸素極性結晶構造または前記金属極性結晶構造の中に導入することにより形成される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記第3の領域または前記第5の領域のうちの少なくとも1つがMg(x)Zn(1-x)Oの形態のバルク組成の組成勾配を使用して形成され、xは空間的に依存し、かつ成長方向に沿って変化する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記第3の領域または前記第5の領域のうちの少なくとも1つが前記超格子を含み、前記超格子がMg(x)Zn(1-x)OとMg(y)Zn(1-y)Oとから形成された複数の二重層対を有し、式中x≠yであり、
前記超格子が前記超格子の有効合金組成の組成勾配を使用して形成され、
前記超格子の前記有効合金組成が前記成長方向に沿って空間的に変化する、
請求項1に記載のデバイス。 - 基板、及び
前記基板上にエピタキシャル堆積された多領域積層体、
を含む光電子デバイスであって、
前記多領域積層体が、成長方向に沿って非極性結晶材料構造を含み、前記多領域積層体が、
バッファ層を含む第1の領域、
結晶構造改善層を含む第2の領域、
第1の導電型を含む第3の領域、
真性導電型層を含む第4の領域、及び
第2の導電型を含む第5の領域であって、前記第2の導電型が前記第1の導電型の反対である、前記第5の領域、
を含み、
前記多領域積層体の少なくとも1つの領域が、Mg(x)Zn(1-x)Oを含むバルク半導体材料であり、
前記多領域積層体の少なくとも1つの領域が、ZnO、MgO、及びMg(x)Zn(1-x)Oのうちの少なくとも2つを含む超格子である、
前記光電子デバイス。 - 前記第3の領域または前記第5の領域のうちの少なくとも1つが、シリコン、ゲルマニウム、窒素、アルミニウム、ガリウム、ニッケル、またはリンのうちの少なくとも1つを前記非極性結晶材料構造の中に導入することにより形成される、請求項5に記載のデバイス。
- 前記第3の領域または前記第5の領域のうちの少なくとも1つが、前記超格子を含み、前記超格子がMg(x)M(1-x)OとMg(y)M(1-y)Oとから形成された複数の二重層対を有し、式中、x≠yであり、MはZn、Al、Ga、Ni、N、及びPから選択され、
前記超格子が前記超格子の有効合金組成の組成勾配を使用して形成され、
前記超格子の前記有効合金組成が前記成長方向に沿って変化する、
請求項5に記載のデバイス。 - 前記多領域積層体がMg(x)M(1-x)O組成からなり、0.55<x≦1.0であり、Mは、Zn、Al、Ga、Ni、N、及びPから選択される、請求項5に記載のデバイス。
- 基板の基板堆積面の中心軸の周りで前記基板を回転させること、
前記基板を加熱すること、
材料を前記基板に供給する材料供給源を準備することであって、前記材料供給源が、i)出口開口面を有する出口開口部、及びii)前記出口開口面からの既定の材料放出空間分布を有しており、前記既定の材料放出空間分布は、前記中心軸からずれた地点で前記基板と交差する対称軸を有しており、前記出口開口部が、前記基板の前記中心軸に対して、ある直交方向距離、ある横方向距離、及びある傾斜角で配置される、前記準備すること、
真空環境内に前記基板及び前記材料供給源を収容すること、並びに
前記材料供給源から前記材料を放出して前記基板上に半導体層を形成すること、
を含む、半導体層の形成方法であって、
前記出口開口部が、i)設定された傾斜角に対して前記直交方向距離及び前記横方向距離を最小化することで前記基板上の前記半導体層の望まれる層成長速度での望まれる層の堆積均一性を実現するように、またはii)設定された直交方向距離及び設定された横方向距離に対して前記傾斜角を決定することで前記基板上の前記半導体層の前記望まれる層成長速度での前記望まれる層の堆積均一性を実現するように配置される、前記方法。 - 前記材料供給源が余弦N供給源であり、N≧2である、請求項9に記載の方法。
- 前記基板が、6インチ(150mm)以上の直径を有する、請求項9に記載の方法。
- 前記材料供給源が活性窒素を放出する窒素プラズマ源であり、
前記方法が酸素プラズマ源を準備することを更に含む、請求項9に記載の方法。 - マグネシウム(Mg)源及び亜鉛(Zn)源を準備することを更に含み、
前記半導体層がMgXZn1-xO層であり、x>0である、
請求項12に記載の方法。 - 前記半導体層が、a)MgO及びZnO、b)MgZnO及びZnO、またはc)MgZnO及びMgOの副層を含む超格子である、請求項13に記載の方法。
- 前記材料供給源がマグネシウム(Mg)源であり、
前記方法が亜鉛(Zn)源を準備することを更に含み、
前記半導体層がMgZnON層である、
請求項9に記載の方法。 - 前記半導体層がp型にドープされたMg系層である、請求項9に記載の方法。
- 基板の基板堆積面の中心軸の周りで前記基板を回転させること、
前記基板を加熱すること、
マグネシウム(Mg)源及び窒素または酸素のプラズマ源を含む、前記基板に面した複数の材料供給源を配置することであって、前記複数の材料供給源のそれぞれが、i)出口開口面を有する出口開口部、及びii)前記出口開口面からの既定の材料放出空間分布を有しており、前記材料放出空間分布は、前記中心軸からずれた地点で前記基板と交差する対称軸を有しており、前記出口開口部が、前記基板の前記中心軸に対して、ある直交方向距離、ある横方向距離、及びある傾斜角で配置される、前記配置すること、並びに
前記複数の材料供給源から前記基板に材料を放出して前記基板上に酸化物に基づく層を形成すること、
を含む、酸化物に基づく半導体層の形成方法であって、
前記出口開口部が、i)設定された傾斜角に対して前記直交方向距離及び前記横方向距離を最小化することで前記基板上の前記酸化物に基づく層の望まれる層成長速度での望まれる層の堆積均一性を実現するように、またはii)設定された直交方向距離及び設定された横方向距離に対して前記傾斜角を決定することで前記基板上の前記酸化物に基づく層の前記望まれる層成長速度での前記望まれる層の堆積均一性を実現するように配置される、前記方法。 - 前記複数の材料供給源が亜鉛(Zn)源を更に含み、
前記酸化物に基づく層がMgXZn1-xOであり、x>0である、
請求項17に記載の方法。 - 前記酸化物に基づく層がp型にドープされたMg系層である、請求項17に記載の方法。
- 前記酸化物に基づく層がp型にドープされた層であり、
前記放出が、活性窒素プラズマ、亜酸化窒素(N2O)、アンモニア(NH3)、リン、酸素プラズマ、または欠陥のあるMgもしくはZnのうちの1つを使用することを含む、請求項17に記載の方法。 - 前記酸化物に基づく層がウルツ鉱型MgxZn1-xOを含む極性構造であり、0≦x<0.45である、請求項17に記載の方法。
- 前記極性構造が、MgxZn1-xOの勾配組成により誘導されるp型またはn型であり、0≦x<0.45である、請求項21に記載の方法。
- 前記酸化物に基づく層が、a)MgXZn1-xO、0≦x≦1とb)x≠yであるMgYZn1-YO、0≦y≦1との超格子である、請求項17に記載の方法。
- 前記酸化物に基づく層が、a)MgO及びZnO、b)MgZnO及びZnO、またはc)MgZnO及びMgOの副層を含む超格子である、請求項17に記載の方法。
- 前記酸化物に基づく層がMgZnONである、請求項17に記載の方法。
- 前記酸化物に基づく層が、非極性のMgXZn1-xO構造であり、x>0.55である、請求項17に記載の方法。
- 前記基板が6インチ(150mm)以上の直径を有する、請求項17に記載の方法。
- 基板堆積面の中心軸の周りで基板の前記基板堆積面を回転させること、
前記基板を加熱すること、
マグネシウム(Mg)源、亜鉛(Zn)源、及び窒素または酸素のプラズマ源を含む、前記基板に面した複数の材料供給源を配置することであって、前記複数の材料供給源のそれぞれが、i)出口開口面を有する出口開口部、及びii)前記出口開口面からの既定の材料放出空間分布を有しており、前記材料放出空間分布は、前記中心軸からずれた地点で前記基板と交差する対称軸を有しており、前記出口開口部が、前記基板の前記中心軸に対して、ある直交方向距離、ある横方向距離、及びある傾斜角で配置される、前記配置すること、並びに
前記複数の材料供給源から前記基板上に材料を放出して前記基板上にp型ドープ層を形成すること、
を含む、p型にドープされた半導体層の形成方法であって、
前記出口開口部が、i)設定された傾斜角に対して前記直交方向距離及び前記横方向距離を最小化することで前記基板上の前記p型ドープ層の望まれる層成長速度での望まれる層の堆積均一性を実現するように、またはii)設定された直交方向距離及び設定された横方向距離に対して前記傾斜角を決定することで前記基板上の前記p型ドープ層の前記望まれる層成長速度での前記望まれる層の堆積均一性を実現するように配置される、前記方法。 - 前記複数の材料供給源が、p型ドーパントとしてのリンを供給するためのリン源を更に含む、請求項28に記載の方法。
- 前記p型ドープ層が酸化物層であり、前記p型ドープ層を形成するために前記材料を放出することが、i)酸素原子を窒素で置き換えること、またはii)MgもしくはZn原子をAlもしくはGaで置き換えることを含む、請求項28に記載の方法。
- 前記p型ドープ層がMgZnOを含む、請求項28に記載の方法。
- 前記複数の材料供給源が、前記p型ドープ層のp型ドーピングを実現するための亜酸化窒素(N2O)またはアンモニア(NH3)を更に含む、請求項28に記載の方法。
- 基板の基板堆積面の中心軸の周りで前記基板を回転させる回転機構を準備すること、
前記基板に材料を供給する材料供給源を選択することであって、前記材料供給源が、i)出口開口面を有する出口開口部、及びii)前記出口開口面からの既定の材料放出空間分布、を有し、前記既定の材料放出空間分布が、前記中心軸からずれた地点で前記基板と交差する対称軸を有し、前記出口開口部が、前記基板の前記中心軸に対して、ある直交方向距離、ある横方向距離、及びある傾斜角で配置される、前記選択すること、
i)前記傾斜角、またはii)前記材料供給源の前記出口開口部の前記直交方向距離及び前記横方向距離、のいずれかを設定すること、
前記基板上への前記材料の望ましい堆積を、望ましい成長速度での望ましい層の堆積均一性を実現するように選択すること、
i)前記設定された傾斜角を使用して前記望まれる層の堆積均一性を実現するための前記直交方向距離及び前記横方向距離の最小値、またはii)前記設定された直交方向距離及
び前記設定された横方向距離を使用して前記望まれる層の堆積均一性を実現するための前記傾斜角、のいずれかを決定すること、
を含む、材料堆積システムの構成方法であって、
前記基板と材料供給源が真空環境内に含まれる、前記方法。 - i)前記直交方向距離及び前記横方向距離の前記決定した最小値またはii)前記決定した傾斜角を物理的に試験すること、並びに
前記望まれる層の堆積均一性を前記試験が満たさない場合に、前記傾斜角、前記望まれる成長速度、前記横方向距離、及び前記直交方向距離のうちの少なくとも1つを変更すること、
を更に含む、請求項33に記載の方法。 - 前記傾斜角、前記直交方向距離、及び前記横方向距離が動的に調整可能である、請求項33に記載の方法。
- 前記傾斜角、前記直交方向距離、及び前記横方向距離が、前記基板の位置を調整することにより動的に調整可能である、請求項35に記載の方法。
- 前記出口開口部が出口開口部形状を有し、前記方法が前記出口開口部形状を選択することを更に含む、請求項33に記載の方法。
- 前記回転機構及び前記材料供給源が反応チャンバー内に収容されており、前記基板の半径RSUBに対する前記横方向距離及び前記直交方向距離の関係が前記反応チャンバーのサイズをスケーリングするために使用される、請求項33に記載の方法。
- 前記材料供給源が余弦N供給源であり、N≧2である、請求項33に記載の方法。
- 前記基板が6インチ(150mm)以上の直径を有する、請求項33に記載の方法。
- 追加の材料供給源を更に含み、
決定ステップが前記材料供給源と前記追加の材料供給源が一緒に使用される場合を考慮する、請求項33に記載の方法。 - 前記材料供給源が活性窒素を放出する窒素プラズマ源であり、
前記方法が酸素プラズマ材料供給源を準備することを更に含む、請求項33に記載の方法。 - 前記基板堆積面から前記材料供給源までの前記決定された直交方向距離と前記決定された横方向距離が、前記材料供給源から放出される前記材料の平均自由行程以下である、請求項33に記載の方法。
- 基板堆積面の中心軸の周りで基板の前記基板堆積面を回転させる回転機構、
前記基板を加熱するように構成されたヒーター、
前記基板に材料を供給する材料供給源であって、i)出口開口面を有する出口開口部、及びii)前記出口開口面からの既定の材料放出空間分布を有し、前記既定の材料放出空間分布が、前記中心軸からずれた地点で前記基板と交差する対称軸を有し、前記出口開口部が、前記基板の前記中心軸に対して、ある直交方向距離、ある横方向距離、及びある傾斜角で配置される、前記材料供給源、並びに
前記直交方向距離、前記横方向距離、または前記傾斜角を動的に調整することができる位置調整機構、
を含む材料堆積システム。 - 前記出口開口部が、望まれる層成長速度での望まれる層の堆積均一性を実現するために前記直交方向距離及び前記横方向距離を最小化するように配置される、請求項44に記載のシステム。
- 前記回転機構及び前記材料供給源が収容される反応チャンバーを更に含み、
前記反応チャンバーのサイズが、前記基板の半径RSUBに対する前記横方向距離及び前記直交方向距離の関係に基づいてスケーリングされる、請求項44に記載の方法。 - 前記位置調整機構が前記材料供給源に連結されている、請求項44に記載のシステム。
- 前記位置調整機構が前記回転機構に結合されている、請求項44に記載のシステム。
- 前記材料供給源が余弦N供給源であり、N≧2である、請求項44に記載のシステム。
- 前記基板が6インチ(150mm)以上の直径を有する、請求項44に記載のシステム。
- 前記材料供給源が活性窒素を放出する窒素プラズマ源であり、
前記システムが酸素プラズマ源を更に含む、請求項44に記載のシステム。 - Mg、P、AlまたはZnのうちの1つ以上の供給源を含む追加の材料供給源を更に含む、請求項44に記載のシステム。
- 前記基板及び前記材料供給源が真空環境に含まれる、請求項44に記載のシステム。
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