低腐蚀坑密度6英寸半绝缘砷化镓晶片制造技术

一种用于低腐蚀坑密度6英寸半绝缘砷化镓晶片的方法和体系可包括一种半绝缘砷化镓单晶晶片，所述晶片的直径为6英寸或更大，不含意图用于降低位错密度的掺杂剂，腐蚀坑密度小于1000cm

Low pit density 6 inch semi insulated GaAs wafer

【技术实现步骤摘要】
低腐蚀坑密度6英寸半绝缘砷化镓晶片相关申请的交叉引用/援引加入本申请要求于2018年12月13日提交的美国临时申请第62/779,039号的优先权和权益，该临时申请在此通过引用的方式全文并入本申请。专利
本专利技术的某些实施方案涉及半导体衬底。更具体而言，本专利技术的某些实施方案涉及低腐蚀坑密度6英寸半绝缘砷化镓晶片。
技术介绍
半导体衬底、特别是III-V族半导体衬底，被用于制造例如异质结双极晶体管(HBT)、赝晶型高电子迁移率晶体管(pHEMT)等电子器件和光电器件，以及例如激光器。衬底中的缺陷可降低产率和提高成本。对本领域技术人员而言，通过将这样的体系与如在本申请的其余部分中参照附图所阐述的本专利技术进行比较，常规方案和传统方案的其他局限和缺点将是明显的。
技术实现思路
用于低腐蚀坑密度6英寸半绝缘砷化镓晶片的体系和/或方法大体在至少一张附图中所示出和/或结合至少一张附图描述，如更完整地记载于权利要求中。从以下说明书和附图中，本专利技术的各种优点、方面和新的特征以及其图示实施方案的细节将得到更加充分地理解。附图说明图1是根据本专利技术的一个示例性实施方案说明垂直梯度凝固反应器的示意图。图2A和2B示出了根据本专利技术的一个实施方案制造的6英寸砷化镓晶片的腐蚀坑密度结果。图3示出了根据本专利技术的一个示例性的实施方案，使用垂直梯度凝固法制造砷化镓晶片的流程图。图4示出了根据本专利技术的一个示例性的实施方案在低腐蚀坑密度6英寸半绝缘砷化镓晶片上制造的器件。具体实施方式本专利技术的某些方面可基于低腐蚀坑密度6英寸半绝缘砷化镓晶片。图1是根据本专利技术的一个示例性实施方案的垂直梯度凝固反应器的示意图。参照图1，其中示出了垂直梯度凝固(VGF)体系100，该体系100包括安瓿100、支撑件107、加热线圈120和坩埚130。在安瓿110内，可使用籽晶101和垂直构型的液态熔体105进行生长，其中由于熔体105非常渐进的冷却而形成了固体103。坩埚130可包含例如热解氮化硼(PBN)，并且在所述过程中容纳熔体和种子材料。VGF体系100包括用于生长装料、加热器、绝缘体和支撑件的配置，其包括：在晶体生长装料中来自高于锥体水平的加热线圈120的直接辐射，种子101，并且还可包括用于支撑加热线圈120中安瓿110的支撑结构107。此外，可将绝缘体109放置在支撑件107内，以促进生长期间向内的辐射热流以及在生长之后期间和冷却期间的散热。用于生长安瓿110的支撑圆柱体107可包括中空椎体，该中空椎体位于容纳籽晶101的种子囊袋下方，以提供穿过中心向下的导热流路径，该导热流路径被向下通往加热器底部的更大直径的石英棒辅助并变得更稳定。在VGF过程中，可使用如通过加热线圈120所示的多区炉加热安瓿110内的坩埚130中的多晶装料——种子101。通过将装料熔化至种子101引发晶体生长，从而形成熔体105，并缓慢降低温度以冷却种子101处的熔体105。形成固体103的结晶过程可通过改变不同炉区中的温度梯度来精确控制，例如向加热线圈120的不同部位施加不同的电流。因此，加热线圈120可构成能够实现不同的温度、不同加热/冷却速率和不同空间温度分布的多区加热体系。VGF法相比其他方法例如液封提拉法(LEC)和水平布里其曼法(horizontalBridgman，HB)等其他方法有很多优点。第一，晶体和熔体的热环境是径向对称的，使得能够实现径向均匀的界面和对温度分布的精确控制。第二，低轴向和径向温度梯度的生长，结合通过坩埚施加的直径控制，并且无需为了使晶体快速凝固而使用大的温度梯度，能够显著降低应变，从而降低了晶体中的位错。第三，液-固界面穿过熔体向上发展，从坩埚底部的种子101处开始结晶。该体系底部更冷，并且能够热力学地稳定对抗对流。即使在冷却过程中，易于调节的冷却也依然能让晶体以最小化的缺陷率达到室温。以前从未制造出6英寸或更大直径晶片形式的平均位错密度为1000cm-2或更小的半绝缘GaAs晶体。当前技术通常表明通过VGF/VB或其他方法生长的6英寸半绝缘GaAs中的位错密度在约2000-5000/cm2的范围内。这些常规方法报道的晶片的直径小于此处公开的直径，并且可使用例如硼的共掺杂剂来降低位错密度。在本专利技术的一个示例性的实施方案中，在6英寸GaAs晶片中，位错密度通常小于1000/cm2，并且显示小于600cm-2，如通过腐蚀坑密度的69点计数显示的那样。晶片显示出半绝缘特性，电阻率>1x107ohm-cm、载流子浓度为1x106-1x107cm-3和载流子迁移率为～3x103cm2/V-sec或更高，而没有添加除碳以外用于获得半绝缘特性的任何共掺杂剂。此外，该材料在1050nm处的红外吸收<2cm-1，在940nm处的红外吸收<4cm-1。在直径为6英寸或更大的较大尺寸的晶体中，在生长和生长之后冷却期间的热应力可能对通过适当封装的液体封装VGF法制造的未掺杂GaAs中的位错密度影响更大。较大的直径可使用较大的坩埚、安瓿和炉子来生长。在晶体生长之前，通过多合成来预制GaAs多晶。多合成方法可在石英反应管中利用舟法(boatmethod)进行。一旦生成多晶GaAs，就可进行VGF晶体生长。对于VGF法，可使用多晶GaAs和恰好足以在生长期间覆盖GaAs熔体的量的B2O3密封剂制备晶体生长装料。此外，将纯砷包括在密封的安瓿110中用于化学计量控制。与1x1018和更高的意图掺杂量相反，B2O3密封剂可导致所得晶锭中浓度为5x1015至1x1017cm-3的非意图的硼掺杂。此外，碳可以以1x1016cm-3范围内的量存在，并被EL2(砷位上的镓)缺陷所补偿，有助于未掺杂GaAs的半绝缘性能。小心控制VGF生长条件能够实现直径为6英寸或更大的半绝缘衬底中的低位错密度。例如，在晶锭生长的最后阶段以及在生长完成之后立即控制生长梯度可能对低位错密度很重要。第一阶段涉及通过使用加热线圈120控制多区炉中不同区域的温度斜率(temperatureramprates)来降低梯度和梯度变化速率。第二阶段涉及在炉中不同区域采用适当的冷却速率，将晶锭从接近生长温度冷却至低于生长温度～300摄氏度。在本专利技术的一个示例性的实施方案中，可以在熔体/晶体界面140处以0.5至2.5摄氏度/cm的轴向梯度利用VGF法，并且可采用1-3mm/小时的生长速率，同时针对多区炉中不同区域应用受控时间和温度程序，以维持整个生长过程中固-液界面140以下的温度梯度与所述界面以上的温度梯度之比为1.3至3.0。这可实现单晶生长和刚凝固晶锭中低应力水平的界面形状，以获得低EPD。在一个示例性的实施方案中，可利用温度分布调整和冷却方法，其中凝固之后的晶锭中的轴向梯度为0.5至3.0摄氏度/cm，凝固结束后进行阶梯式热分布调整，随后进行生长之后退火。冷却过程可包括从完成凝固至步骤1结束的温度变化速率，斜率为0.1至0.8摄氏度/小时，使晶锭接近等温，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半绝缘砷化镓单晶晶片，其直径为6英寸或更大，不含意图用于降低位错密度的掺杂剂，腐蚀坑密度小于1000cm

【技术特征摘要】
20181213 US 62/779,0391.一种半绝缘砷化镓单晶晶片，其直径为6英寸或更大，不含意图用于降低位错密度的掺杂剂，腐蚀坑密度小于1000cm-2，电阻率为1x107Ω-cm或更大。


2.根据权利要求1的晶片，其中所述晶片在940nm波长下的光吸收为6cm-1或更小。


3.根据权利要求1的晶片，其中所述晶片在940nm波长下的光吸收为4cm-1或更小。


4.根据权利要求1的晶片，其中所述晶片在940nm波长下的光吸收为3cm-1或更小。


5.根据权利要求1的晶片，其中所述晶片的载流子迁移率为3000cm2/V-sec或更高。


6.根据权利要求1的晶片，其中所述晶片的厚度为300μm或更大。


7.根据权利要求1的晶片，其中在所述晶片的第一表面上形成电子和/或光电器件。


8.根据权利要求1的晶片，其中所述晶片的载流子浓度为1.1x107cm-3或更小。


9.一种用于形成单晶砷化镓衬底的方法，该方法包括：
在坩埚中密封包括多晶砷化镓、砷化镓籽晶、B2O3密封剂和碳的装料材料；
将坩埚密封在石英安瓿中；
通过使用多区加热体系加热安瓿以逐步熔融装料材料直...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉贾拉姆·谢蒂，刘卫国，杨盛世，
申请(专利权)人：AXT公司，
类型：发明
国别省市：美国;US