[其他]用于化合物半導體的薄膜層的生長方法

在審

• 申請號: 101986000006177
• 申請日: 1986-09-09
• 公開（公告）號: CN1004455B
• 公開（公告）日: 1989-06-07
• 發明（設計）人: 松居祐一
• 申請（專利權）人: 住友電氣工業株式會社
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 肖**昌;肖春京

一種生產化合物半導體的方法，它包括一個在化合物半導體的襯底或底層上除去雜質分子的步驟，它在生長外延層之前，將Ⅲ族分子束或Ⅴ族分子束投射到化合物半異體的襯底或底層上，以及一個在化合物半導體的襯底或底層上生長Ⅲ族和Ⅴ族原子的化合物半導體薄膜層的步驟。

本發明涉及一種使用于化合物半導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、光發射元件和/或光電接收元件提供化合物半導體薄膜。

問題（1）

在制造高電子遷移率晶體管（此后稱為HEMT）的領域內，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，則會降低在襯底上形成的薄膜層的電氣特性，且使襯底的表面狀態表現為薄膜層的特性。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族化合物半導體中所謂分子外延生長（稱為MBE法）工序使用的設備的頂視圖。

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MBE生長法生長Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體薄膜中Ⅴ族元素在高真空的生長室中轉變為原子態或分子態，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。然而，在上述的常規方法中，為了徹底除去襯底上的雜質，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由于熱傳導被加熱至高溫，結果增加從襯底支架1被除去的氣體。因此，也嚴重地降低本底真空，從而大大增長雜質和降低電子特性。此外，假如在襯底2生長薄膜及在大氣中形成電極和精細加工之后，又會生長一上層薄膜層，就必須除去底層薄膜上的雜質。在那種情況下，如果加熱半導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合金反應，然后損壞底層的薄膜。此外，如果底是由多層薄層形成的，則在兩相鄰薄層之間出現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族化合物半導體薄膜的MBE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的表面在光學性質上顯著損傷，并擾亂晶體的特性，從而出現很多的缺點。因此降低了襯底上生長的上層表面的結晶和電子特性。

進一步的解決方法是使用所謂的汽相外延生長作為MBE法，其中如圖3所示，在緊接晶體生長之前，采用反應氣體，例如HCl氣體對襯底的表面進行化學汽相腐蝕。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2＊是輻射室，24是Ⅴ族材料，26是引進反應氣體的入口。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，反應氣體還可能和細導線如加熱絲起反應。這些現象對真空裝置的穩定操作招致嚴重的問題。腐蝕該裝置的構件而不是腐蝕襯底引起雜質氣體的產生，故在腐蝕之后形成的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體的電子特性是低劣的。

問題（2）

曾經預期過，通過周期性交替累積各只有1個原子層的不同成分生長層的結構，有可能改進半導體器件的電氣特性。這種結構稱之為單原子超級晶格或MSL。這在日本應用物理雜志（JJAP 22，1983，L680）的T.Yao的文章里報導過。

制取MSL的常規方法是交替打開和關閉擋板3和3′，以便周期性地交替生長GaAs層和AlAs層而得到異質界面。