特開 2023-155893 混合Ｖ族前駆物質プロセスのための方法及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023155893

(43)【公開日】2023-10-23

(54)【発明の名称】混合Ｖ族前駆物質プロセスのための方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20231016BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20231016BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

C23C16/455

【審査請求】未請求

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023049497

(22)【出願日】2023-03-27

(31)【優先権主張番号】2205301.1

(32)【優先日】2022-04-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(71)【出願人】

【識別番号】502209109

【氏名又は名称】アイキューイー ピーエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＩＱＥ ｐｌｃ

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ジーン，マシュー デイビッド

(72)【発明者】

【氏名】ペルゼル，ロドニー

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030AA08

4K030AA11

4K030AA13

4K030BA02

4K030BA08

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4K030LA14

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5F045AE25

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5F045CA13

5F045DP15

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5F045EF03

5F045EF05

5F045EK03

5F045EM09

5F045GB05

5F045GB09

(57)【要約】

【課題】混合Ｖ族前駆物質を利用し、均一性を向上させ、最終材料の熱的感度を低減させ、前駆物質の濃度プロファイルを正規化し、歩留まりを向上させ、製造効率を上昇させ、ＩＩＩ－Ｖ比の制御を向上させ（例えば圧力、成長率、流束）、製造コストを削減する、層及び層を形成する方法を提供する。
【解決手段】層２１０を形成する方法１３００は、反応器１００、１００’内にＩＩＩ族前駆物質１１２、２１２、５１２を投入することと、反応器内に水素化物Ｖ族前駆物質１１４、２１４、５１４を投入することと、反応器内に有機金属Ｖ族前駆物質１１６、２１６、５１６を投入して層２１０を形成することと、を含む。方法は更に、水素化物Ｖ族前駆物質と有機金属Ｖ族前駆物質を混合すること（５２２）を含み得る。
【選択図】 図１３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

層（２１０）を形成する方法（１３００）であって、
反応器（１００、１００’）内にＩＩＩ族前駆物質（１１２、２１２、５１２）を投入することと、
前記反応器内に水素化物Ｖ族前駆物質（１１４、２１４、５１４）を投入することと、
前記反応器内に有機金属Ｖ族前駆物質（１１６、２１６、５１６）を投入して前記層（２１０）を形成することと、
を含み、前記水素化物Ｖ族前駆物質と前記有機金属Ｖ族前駆物質は同じＶ族元素を含む、方法。

【請求項2】

前記水素化物Ｖ族前駆物質と前記有機金属Ｖ族前駆物質を混合することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記混合は前記反応器の前駆物質マニホルド（１１０ａ、１１０ｂ）において行われる、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記混合は前記反応器のノズル（２１７）又はシャワーヘッド（２９０）において行われる、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記混合は前記反応器の反応チャンバ（２００、２００’）において行われる、請求項２に記載の方法。

【請求項6】

前記混合は、前記水素化物Ｖ族前駆物質と前記有機金属Ｖ族前駆物質の濃度プロファイル（９１０）を正規化することを含む、請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記混合は、前記水素化物Ｖ族前駆物質と前記有機金属Ｖ族前駆物質との質量濃度比を制御することを含む、又は、前記混合は、前記水素化物Ｖ族前駆物質と前記有機金属Ｖ族前駆物質の反応速度を制御して前記層の均一性（１２１０）を制御することを含む、請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記水素化物Ｖ族前駆物質を投入することは、ホスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）、アンモニア（ＮＨ_３）、スチビン（ＳｂＨ_３）、又はビスムチン（ＢｉＨ_３）を流すことを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記有機金属Ｖ族前駆物質を投入することは、ターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）（Ｃ_１２Ｈ_２７Ｐ）、ビスホスフィノエタン（ＢＰＥ）（Ｃ_２Ｈ_８Ｐ_２、）トリメチルアルシン（ＴＭＡ）（Ｃ_３Ｈ_９Ａｓ）、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡ）（Ｃ_４Ｈ_１１Ａｓ）、モノエチルアルシン（ＭＥＡ）（Ｃ_２Ｈ_５Ａｓ）、ターシャリーブチルアミン（ＴＢＡｍ）（Ｃ_４Ｈ_１１Ｎ）、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）（Ｃ_２Ｈ_８Ｎ_２）、フェニルヒドラジン（Ｃ_６Ｈ_８Ｎ_２）、トリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）（Ｃ_３Ｈ_９Ｓｂ）、トリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）（Ｃ_６Ｈ_１５Ｓｂ）、トリイソプロピルアンチモン（ＴＩＰＳｂ）（Ｃ_９Ｈ_２１Ｓｂ）、又はビスマス有機金属フレームワーク（Ｂｉ－ＭＯＦ）を流すことを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記水素化物Ｖ族前駆物質はホスフィン（ＰＨ_３）を含み、
前記有機金属Ｖ族前駆物質はターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）（Ｃ_１２Ｈ_２７Ｐ）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記水素化物Ｖ族前駆物質はアルシン（ＡｓＨ_３）を含み、前記有機金属Ｖ族前駆物質はトリメチルアルシン（ＴＭＡ）（Ｃ_３Ｈ_９Ａｓ）を含む、又は、
前記水素化物Ｖ族前駆物質はアンモニア（ＮＨ_３）を含み、前記有機金属Ｖ族前駆物質はジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）（Ｃ_２Ｈ_８Ｎ_２）を含む、又は、
前記水素化物Ｖ族前駆物質はスチビン（ＳｂＨ_３）を含み、前記有機金属Ｖ族前駆物質はトリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）（Ｃ_３Ｈ_９Ｓｂ）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記Ｖ族元素は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、窒素（Ｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、又はビスマス（Ｂｉ）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記ＩＩＩ族前駆物質と前記水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）反応チャンバ内で反応させることによって、前記ＩＩＩ族前駆物質と前記水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を組み合わせることを更に含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記ＩＩＩ族前駆物質と前記水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を反応チャンバ内で組み合わせる前に、前駆物質マニホルド（１１０ａ、１１０ｂ）、ノズル（２１７）、又はシャワーヘッド（２９０）において前記水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を組み合わせることを更に含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を組み合わせることは、前記水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を別々に前記反応チャンバ内へ投入することを含む、請求項１３又は請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記組み合わせることは、前記水素化物Ｖ族前駆物質、前記有機金属Ｖ族前駆物質、及び前記ＩＩＩ族前駆物質を前記反応チャンバ内へ連続的に投入することを含み、前記連続的に投入することは、前記Ｖ族前駆物質のうち一方を他方のＶ族前駆物質とは別々にして前記ＩＩＩ族前駆物質と共に投入することを含む、又は、前記連続的に投入することは、前記ＩＩＩ族前駆物質とは別々に前記水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を投入することを含む、請求項１３又は請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

水素化物Ｖ族前駆物質（１１４、２１４、５１４）及び有機金属Ｖ族前駆物質（１１６、２１６、５１６）を用いて成長させたＩＩＩ－Ｖ材料を含む層（２１０）を含む層状構造（６００）であって、前記水素化物Ｖ族前駆物質と前記有機金属Ｖ族前駆物質は同じＶ族元素を含む、層状構造。

【請求項18】

前記層は、前記水素化物Ｖ族前駆物質のみを用いて又は前記有機金属Ｖ族前駆物質のみを用いて成長させたＩＩＩ－Ｖ材料を含む層の均一性（１０１０、１１１０）よりも高い均一性（１２１０）を有する、請求項１７に記載の層状構造。

【請求項19】

前記層は、０．１％以下のウェーハ全体波長標準偏差（１２２０）を有する均一性（１２１０）を含む、請求項１７から１８のいずれか一項に記載の層状構造。

【請求項20】

前記層は、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）、インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）、ガリウムインジウムヒ素リン（ＧａＩｎＡｓＰ）、インジウムヒ素リン（ＩｎＡｓＰ）、アルミニウムインジウムガリウムヒ素リン（ＡｌＩｎＧａＡｓＰ）、又はガリウムヒ素リン（ＧａＡｓＰ）を含む、請求項１７から１８のいずれか一項に記載の層状構造。

【請求項21】

請求項１７から１８のいずれか一項に記載の層状構造を含むヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、請求項１７から１８のいずれか一項に記載の層状構造を含むヘテロ構造電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、又は疑似格子整合型ＨＥＭＴ（ＰＨＥＭＴ）等の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、又は、請求項１７から１８のいずれか一項に記載の層状構造を含む光を放出又は検出するフォトニックデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001] 本開示はエピタキシ装置、システム、及び方法に関し、例えば、混合Ｖ族前駆物質からＩＩＩ－Ｖ半導体層を形成して均一性の向上とコストの削減を達成するための、エピタキシ装置、システム、及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

[0002] エピタキシは、新しい結晶層が１つ以上の明確な方位で形成される結晶成長又は材料堆積を表す。エピタキシを用いて、高品質の単結晶ＩＩＩ－Ｖ半導体を成長させることができる。ＩＩＩ－Ｖ半導体は、オプトエレクトロニクスデバイス並びに高周波数及び高出力のデバイスのために使用できる。ＩＩＩ－Ｖ半導体は、周期表のＩＩＩ族からの１つ以上の材料（例えば、第１３族元素であるホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ））と、周期表のＶ族からの１つ以上の材料（例えば、第１５族元素である窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ））を含む。実際には、ＩＩＩ族とＶ族の元素との任意の組み合わせを使用できるが、最終化合物における全ＩＩＩ族元素と全Ｖ族元素との比は１：１の関係を維持する。

【0003】

[0003] エピタキシは、分子線エピタキシ（ＭＢＥ：molecular beam epitaxy）、又は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：metal-organic chemical vapor deposition）としても知られる有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ：metal-organic vapor phase epitaxy）を含み得る。ＭＢＥでは、超高真空（例えば約１０^－９トル）内で、原材料を加熱して反応物（reagent）の蒸発ビームを生成し、これが加熱基板に衝突する。専用の炉内で元素原料を加熱することができ、これに関連する蒸発ビームを、キャリアガス（例えばＨ_２）なしで基板の方へ誘導されるようにシャッタを用いて制御し、元素成分は基板表面で反応してエピタキシャル層を形成することができる。ＭＯＣＶＤでは、反応チャンバ内でキャリアガス（例えばＨ_２）を用いて加熱基板上に水素化物及び／又は有機金属原料（例えば前駆物質）を流し、化合物前駆物質を分解することができる。化合物前駆物質は、気相内で構成元素に分解され（例えばクラッキング、熱分解）、次いで基板表面で反応してエピタキシャル層を形成する。

【0004】

[0004] ＭＯＣＶＤでは、Ｖ族前駆物質の選択及び管理は複雑である。Ｖ族前駆物には２つの種類がある。すなわち、有機金属Ｖ族前駆物質と水素化物Ｖ族前駆物質である。異なるＶ族前駆物質ではクラッキング温度及び取り込み効率が大きく変動するので、成長プロセスの一部として管理しなければならない複雑さが生じる。この状況は、Ｖ族副格子（sublattice）が少なくとも２つのＶ族元素を含む混合Ｖ族材料では特に困難である。いくつかの例では、有機金属Ｖ族前駆物質の熱特性によって均一性の利点が得られる。しかしながら、この利点は、有機金属Ｖ族材料がＶ族水素化物原料に比べてコストが高いこと、また、不純物（例えば、半導体の光学特性の低下を引き起こす可能性のある酸素）の含有量が多いことによって相殺される。最適プロセスを規定するため、これを考慮しなければならない。

【発明の概要】

【0005】

[0005] 従って、熱感度を低減させるプロセスの最適化、ＩＩＩ－Ｖ比の制御の改善、（例えばウェーハ上の均一性の向上による）ウェーハ上（on-wafer）歩留まりの向上、実行中（in-run）歩留まりの向上（例えばウェーハ間平均波長整合の向上）、製造効率の増大、及び製造コストの低減（例えば必要な有機金属前駆物質量の低減）を同時に達成する混合前駆物質（例えば混合Ｖ族前駆物質）を利用する必要がある。更に、表面における境界層及び／又は反応ゾーンでＶ族プロファイル／濃度の制御を可能とするため、異なるＶ族前駆物質を異なるゾーンへ柔軟に投入することができるマルチゾーンのノズルを有するＭＯＣＶＤ反応器を利用する必要がある。これにより、層の組成及び均一性を制御するため、表面における反応速度を微調整することが可能となる。

【0006】

[0006] 層の形成は、制御された量のＩＩＩ族及びＶ族前駆物質を反応チャンバ内に投入することによって行われる。有利には、方法は混合Ｖ族前駆物質を使用し、その結果、コスト効率良く製造され得る高度に均一なウェーハが同時に達成される。いくつかの態様において、層を形成する方法は、反応器内にＩＩＩ族前駆物質を投入することを含み得る。いくつかの態様において、方法は、反応器内に水素化物Ｖ族前駆物質を投入することを更に含み得る。いくつかの態様において、方法は、反応器内に有機金属Ｖ族前駆物質を投入して層を形成することを更に含み得る。

【0007】

[0007] いくつかの態様において、方法は、水素化物Ｖ族前駆物質と有機金属Ｖ族前駆物質を混合することを更に含み得る。いくつかの態様において、混合は、反応器の前駆物質マニホルドにおいて行うことができる。いくつかの態様において、混合は、反応器のノズルにおいて行うことができる。いくつかの態様において、混合は、反応器のシャワーヘッドにおいて行うことができる。いくつかの態様において、混合は、反応器の反応チャンバにおいて行うことができる。

【0008】

[0008] いくつかの態様において、水素化物Ｖ族前駆物質（例えばホスフィン（ＰＨ_３））と有機金属前駆物質（例えばターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）（Ｃ_１２Ｈ_２７Ｐ））の混合は、Ｖ族濃度プロファイルを正規化し（例えば層及びウェーハ全体にわたって一定にする）、これによって均一性と歩留まりを改善する。

【0009】

[0009] いくつかの態様において、混合は、水素化物Ｖ族前駆物質と有機金属Ｖ族前駆物質との質量濃度比を制御することを含み得る。有利には、製造コストを最適化（最小化）すると共に、（水素化物Ｖ族前駆物質の低減によって）安全性を向上させるため、質量濃度比（例えば有機金属Ｖ族前駆物質：水素化物Ｖ族前駆物質）を制御することができる（例えば、５０：５０、４０：６０、３０：７０、２０：８０等）。

【0010】

[0010] いくつかの態様において、混合は、反応チャンバ内の水素化物Ｖ族前駆物質と有機金属Ｖ族前駆物質の反応速度を制御して層の均一性を制御することを含み得る。有利には、（例えばマルチゾーンノズル又はシャワーヘッドを用いて）混合Ｖ族前駆物質の反応速度を制御し、層の均一性と歩留まりの向上を達成することができる。

【0011】

[0011] いくつかの態様において、水素化物Ｖ族前駆物質を投入することは、ホスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）、アンモニア（ＮＨ_３）、スチビン（ＳｂＨ_３）、又はビスムチン（ＢｉＨ_３）を反応チャンバ内に流すことを含み得る。有利には、混合Ｖ族前駆物質は、ある濃度（例えば有機金属Ｖ族前駆物質：水素化物Ｖ族前駆物質）の水素化物Ｖ族前駆物質を含み（例えば、５０：５０、４０：６０、３０：７０、２０：８０等）、製造コストの低減と安全性の向上を達成することができる。

【0012】

[0012] いくつかの態様において、有機金属Ｖ族前駆物質を投入することは、ターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）（Ｃ_１２Ｈ_２７Ｐ）、ビスホスフィノエタン（ＢＰＥ）（Ｃ_２Ｈ_８Ｐ_２、）トリメチルアルシン（ＴＭＡ）（Ｃ_３Ｈ_９Ａｓ）、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡ）（Ｃ_４Ｈ_１１Ａｓ）、モノエチルアルシン（ＭＥＡ）（Ｃ_２Ｈ_５Ａｓ）、ターシャリーブチルアミン（ＴＢＡｍ）（Ｃ_４Ｈ_１１Ｎ）、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）（Ｃ_２Ｈ_８Ｎ_２）、フェニルヒドラジン（Ｃ_６Ｈ_８Ｎ_２）、トリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）（Ｃ_３Ｈ_９Ｓｂ）、トリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）（Ｃ_６Ｈ_１５Ｓｂ）、トリイソプロピルアンチモン（ＴＩＰＳｂ）（Ｃ_９Ｈ_２１Ｓｂ）、又はビスマス有機金属フレームワーク（Ｂｉ－ＭＯＦ）を反応チャンバ内に流すことを含み得る。有利には、混合Ｖ族前駆物質は、ある濃度（例えば有機金属Ｖ族前駆物質：水素化物Ｖ族前駆物質）の有機金属Ｖ族前駆物質を含み（例えば、５０：５０、４０：６０、３０：７０、２０：８０等）、均一性の向上、前駆物質の濃度プロファイルの正規化、歩留まりの向上、及び安全性の向上を達成することができる。

【0013】

[0013] いくつかの態様において、水素化物Ｖ族前駆物質はホスフィン（ＰＨ_３）を含み、有機金属Ｖ族前駆物質はターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）（Ｃ_１２Ｈ_２７Ｐ）を含み得る。有利には、混合ＰＨ_３及びＴＢＰプロセスを用いて、できる限り低いコストでウェーハ全体組成均一性（cross-wafer compositional uniformity）を改善することができる。

【0014】

[0014] いくつかの態様において、水素化物Ｖ族前駆物質はアルシン（ＡｓＨ_３）を含み、有機金属Ｖ族前駆物質はトリメチルアルシン（ＴＭＡ）（Ｃ_３Ｈ_９Ａｓ）を含み得る。有利には、混合ＡｓＨ_３及びＴＭＡプロセスを用いて、できる限り低いコストでウェーハ全体組成均一性を改善することができる。

【0015】

[0015] いくつかの態様において、水素化物Ｖ族前駆物質はアンモニア（ＮＨ_３）を含み、有機金属Ｖ族前駆物質はジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）（Ｃ_２Ｈ_８Ｎ_２）を含み得る。有利には、混合ＮＨ_３及びＤＭＨｙプロセスを用いて、できる限り低いコストでウェーハ全体組成均一性を改善することができる。

【0016】

[0016] いくつかの態様において、水素化物Ｖ族前駆物質はスチビン（ＳｂＨ_３）を含み、有機金属Ｖ族前駆物質はトリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）（Ｃ_３Ｈ_９Ｓｂ）を含み得る。有利には、混合ＳｂＨ_３及びＴＭＳｂプロセスを用いて、できる限り低いコストでウェーハ全体組成均一性を改善することができる。

【0017】

[0017] いくつかの態様において、方法は更に、層上に第２の層を形成することを含み得る。いくつかの態様において、第２の層はＩＩＩ－Ｖ半導体とすることができる。有利には、第２の層及び前述の層は、高品質及び高い歩留まりのデバイス（例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：heterojunction bipolar transistor）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：field effect transistor）、ヘテロ構造ＦＥＴ（ＨＦＥＴ：heterostructure FET）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：high-electron-mobility transistor）、疑似格子整合型ＨＥＭＴ（ＰＨＥＭＴ：pseudomorphic HEMT）、ＰＩＮダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：avalanche photodiode）、端面発光レーザ（ＥＥＬ：edge emitting laser）、分布帰還型レーザ（ＤＦＢ：distributed feedback laser）、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：vertical cavity surface emitting laser）、発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）、及びその他の電子又はフォトニック／オプトエレクトロニクスデバイス）のためのＩＩＩ－Ｖ半導体層状構造を形成することができる。

【0018】

[0018] いくつかの態様において、層状構造を形成する方法は、反応チャンバ内で水素化物Ｖ族前駆物質と有機金属Ｖ族前駆物質をＩＩＩ族前駆物質と組み合わせて基板上にＩＩＩ－Ｖ半導体層を形成することを含み得る。いくつかの態様において、方法は、水素化物Ｖ族前駆物質と有機金属Ｖ族前駆物質を組み合わせることを含み得る。いくつかの態様において、方法は更に、反応チャンバ内でＩＩＩ族前駆物質と水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を組み合わせて基板上にＩＩＩ－Ｖ半導体層を形成することを含み得る。有利には、方法は、ＩＩＩ－Ｖ半導体層の均一性を向上させると共に製造コストを削減する混合Ｖ族前駆物質を利用する。

【0019】

[0019] いくつかの態様において、水素化物Ｖ族前駆物質と有機金属Ｖ族前駆物質は同じＶ族元素を含み得る。有利には、混合水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質は、層の均一性を向上させ、製造コストを削減し、安全性を向上させることができる。

【0020】

[0020] いくつかの態様において、Ｖ族元素は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、窒素（Ｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、又はビスマス（Ｂｉ）を含み得る。有利には、Ｐ、Ａｓ、Ｎ、Ｓｂ、又はＢｉ元素は、ＩＩＩ族前駆物質と反応して、高品質かつ高歩留まりのデバイスを生成することができる（例えば、ＨＢＴ、ＦＥＴ、ＨＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＰＨＥＭＴ、ＰＩＮダイオード、ＡＰＤ、ＥＥＬ、ＤＦＢ、ＶＣＳＥＬ、ＬＥＤ、又は他の電子もしくはフォトニック／オプトエレクトロニクスデバイス）。

【0021】

[0021] いくつかの態様において、組み合わせることは、ＩＩＩ族前駆物質と水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）反応チャンバ内で反応させることを含み得る。有利には、ＭＯＣＶＤ反応チャンバは、様々なデバイス（例えば、ＨＢＴ、ＦＥＴ、ＨＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＰＨＥＭＴ、ＰＩＮダイオード、ＡＰＤ、ＥＥＬ、ＤＦＢ、ＶＣＳＥＬ、ＬＥＤ、又は他の電子もしくはフォトニック／オプトエレクトロニクスデバイス）のための高品質で厚い（例えば３μｍ超）ＩＩＩ－Ｖ半導体層を成長させることができる。更に有利には、ＭＯＣＶＤ反応チャンバはマルチゾーンノズルを含むことができ、これは、異なるＶ族前駆物質のためマルチゾーンを提供し、特定のＶ族前駆物質（例えばホスフィン）がＩＩＩ－Ｖ半導体層の境界層及び／又は反応ゾーンにいつ入るか制御することができ、ＩＩＩ－Ｖ半導体層表面における反応速度を微調整する。

【0022】

[0022] いくつかの態様において、組み合わせることは、ＩＩＩ族前駆物質と水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を分子線エピタキシ（ＭＢＥ）反応チャンバ内で反応させることを含み得る。有利には、ＭＢＥ反応チャンバは、様々なデバイス（例えば、ＨＢＴ、ＦＥＴ、ＨＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＰＨＥＭＴ、ＰＩＮダイオード、ＡＰＤ、ＥＥＬ、ＤＦＢ、ＶＣＳＥＬ、ＬＥＤ、又は他の電子もしくはフォトニック／オプトエレクトロニクスデバイス）のための高品質の薄膜単結晶ＩＩＩ－Ｖ半導体層を成長させることができる。有利には、ＩＩＩ族前駆物質と組み合わせる前に水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を組み合わせることで、水酸化物及び有機金属Ｖ族前駆物質の濃度比（例えば有機金属Ｖ族前駆物質：水素化物Ｖ族前駆物質）の入口制御を改善して、個々の前駆物質の濃度プロファイルを正規化し、層の均一性を向上させ、製造コストを削減し、安全性を向上させることができる。

【0023】

[0023] いくつかの態様において、水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を組み合わせることは、水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を別々に反応チャンバ内へ投入することを含み得る。有利には、水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を別々に投入することで、水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質の入口制御、濃度比（例えば有機金属Ｖ族前駆物質：水素化物Ｖ族前駆物質）を改善して、個々の前駆物質の濃度プロファイルを正規化し、層の均一性を向上させ、製造コストを削減し、安全性を向上させることができる。

【0024】

[0024] いくつかの態様において、組み合わせることは、水素化物Ｖ族前駆物質、有機金属Ｖ族前駆物質、及びＩＩＩ族前駆物質を反応チャンバ内へ連続的に投入することを含み得る。いくつかの態様において、連続的に投入することは、Ｖ族前駆物質のうち一方（例えば水素化物Ｖ族前駆物質）を他方のＶ族前駆物質（例えば有機金属Ｖ族前駆物質は）とは別々にしてＩＩＩ族前駆物質と共に投入することを含み得る。いくつかの態様において、連続的に投入することは、ＩＩＩ族前駆物質とは別々に水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質を投入することを含み得る。有利には、水素化物Ｖ族前駆物質、有機金属Ｖ族前駆物質、及びＩＩＩ族前駆物質を連続的に投入することは、異なる反応レシピ（例えば前駆物質の組み合わせ）を提供し、入口制御を向上させ、濃度比制御（例えば有機金属Ｖ族前駆物質：水素化物Ｖ族前駆物質）を向上させて個々の前駆物質の濃度プロファイルを正規化し、層の均一性を向上させ、製造コストを削減し、安全性を向上させることができる。

【0025】

[0025] いくつかの態様において、層状構造は、水素化物Ｖ族前駆物質及び有機金属Ｖ族前駆物質を用いて成長させたＩＩＩ－Ｖ材料を有する層を含み得る。有利には、この層が混合Ｖ族前駆物質から成長させたＩＩＩ－Ｖ材料を有することで、水素化物Ｖ族前駆物質のみを用いて成長させた層に比べて、層の均一性の向上、製造コストの削減、安全性の上が達成される。

【0026】

[0026] いくつかの態様において、混合Ｖ族前駆物質を用いて成長させた層は、水素化物Ｖ族前駆物質のみを用いて成長させた層に比べ、均一性が向上する。有利には、層の均一性（例えばウェーハ全体組成均一性であり、これは結果としてレーザ発振波長（lasing wavelength）の均一性である）は、約２５０％向上し得る。例えば、水素化物Ｖ族前駆物質のみを用いて成長させた層では、名目上同じ波長（例えば約１３５０ｎｍ）でのウェーハ全体波長標準偏差は約３ｎｍすなわち０．２３％であるが、混合Ｖ族前駆物質を用いて成長させた層では、名目上同じ波長（例えば約１３５０ｎｍ）でのウェーハ全体波長標準偏差は約１ｎｍ未満すなわち＜０．１％に低減し得る。

【0027】

[0027] いくつかの態様において、層の均一性（例えばウェーハ全体組成均一性であり、これは結果としてレーザ発振波長の均一性である）は、名目上同じ波長（例えば約１３５０ｎｍ）で約１ｎｍ未満すなわち＜０．１％のウェーハ全体波長標準偏差を有する。

【0028】

[0028] いくつかの態様において、層は、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）、インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）、ガリウムインジウムヒ素リン（ＧａＩｎＡｓＰ）、インジウムヒ素リン（ＩｎＡｓＰ）、アルミニウムインジウムガリウムヒ素リン（ＡｌＩｎＧａＡｓＰ）、又はガリウムヒ素リン（ＧａＡｓＰ）を含み得る。有利には、層は、高品質かつ高歩留まりのＩＩＩ－Ｖ半導体デバイス（例えば、ＨＢＴ、ＦＥＴ、ＨＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＰＨＥＭＴ、ＰＩＮダイオード、ＡＰＤ、ＥＥＬ、ＤＦＢ、ＶＣＳＥＬ、ＬＥＤ、又は他の電子もしくはフォトニック／オプトエレクトロニクスデバイス）のためのＩＩＩ－Ｖ半導体層状構造の一部を形成することができる。

【0029】

[0029] いくつかの態様において、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）は層状構造を含み得る。有利には、層状構造は高品質かつ高歩留まりのＨＢＴデバイスを形成することができる。

【0030】

[0030] いくつかの態様において、ヘテロ構造電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、又は疑似格子整合型ＨＥＭＴ（ＰＨＥＭＴ）等の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、層状構造を含み得る。有利には、層状構造は、高品質かつ高歩留まりのＦＥＴデバイス（例えばＨＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＰＨＥＭＴ等）を形成することができる。

【0031】

[0031] いくつかの態様において、光を放出又は検出するフォトニックデバイス（photonic device）は、層状構造を含み得る。有利には、層状構造は、高品質かつ高歩留まりのフォトニックデバイス（例えばＰＩＮ、ＡＰＤ、ＤＦＢ、ＥＥＬ、ＶＣＳＥＬ、ＬＥＤ、又は他のオプトエレクトロニクスデバイス）を形成することができる。

【0032】

[0032] 上述した技法のうち任意のものの実施形態は、システム、方法、プロセス、デバイス、及び／又は装置を含み得る。１つ以上の実施形態の詳細は、添付図面及び以下の記載に示されている。記載及び図面から、また特許請求の範囲から、他の特徴も明らかとなろう。

【0033】

[0033] 上記の態様の別の特徴及び例示的な態様、並びに様々な態様の構造及び動作は、添付図面を参照して以下で詳述される。態様は、本明細書に記載される特定の態様に限定されないことに留意するべきである。本明細書において、このような態様は例示のみを目的として提示される。本明細書に含まれる教示に基づいて、当業者には追加の態様が明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0034】

[0034] 本明細書に組み込まれてその一部を形成する添付図面は、態様を例示しており、記載と共に、態様の原理を説明すること、また、当業者による態様の実施と使用を可能とすることに役立つ。

【0035】

【図1】[0035] 例示的な態様に従った、プラネタリ（planetary）反応チャンバを備える反応器の概略図である。

【図2A】[0036] 例示的な態様に従った、図１に示した反応器に前駆物質の組み合わせを送出するために必要な機器構成の様々な可能性のうち１つを示す概略図である。

【図2B】[0036] 例示的な態様に従った、図１に示した反応器に前駆物質の組み合わせを送出するために必要な機器構成の様々な可能性のうち１つを示す概略図である。

【図2C】[0036] 例示的な態様に従った、図１に示した反応器に前駆物質の組み合わせを送出するために必要な機器構成の様々な可能性のうち１つを示す概略図である。

【図3A】[0037] 例示的な態様に従った、図１に示した反応器に前駆物質の組み合わせを送出するために必要な機器構成の様々な可能性のうち１つを示す概略図である。

【図3B】[0037] 例示的な態様に従った、図１に示した反応器に前駆物質の組み合わせを送出するために必要な機器構成の様々な可能性のうち１つを示す概略図である。

【図3C】[0037] 例示的な態様に従った、図１に示した反応器に前駆物質の組み合わせを送出するために必要な機器構成の様々な可能性のうち１つを示す概略図である。

【図4】[0038] 例示的な態様に従った、クロース－カップルド（close-coupled）シャワーヘッド反応チャンバを備える反応器の概略図である。

【図5】[0039] 例示的な態様に従った、図１及び図４に示した反応器内でエピタキシャル層を形成するエピタキシプロセスの概略図である。

【図6】[0040] 例示的な態様に従った、図５に示したエピタキシプロセスから形成された層状構造の概略断面図である。

【図7】[0041] 例示的な態様に従った、水素化物Ｖ族前駆物質のウェーハ全体Ｖ族濃度プロファイルの概略プロットである。

【図8】[0042] 例示的な態様に従った、有機金属Ｖ族前駆物質のウェーハ全体Ｖ族濃度プロファイルの概略プロットである。

【図9】[0043] 例示的な態様に従った、混合Ｖ族前駆物質のウェーハ全体Ｖ族濃度プロファイルの概略プロットである。

【図10】[0044] 例示的な態様に従った、水素化物Ｖ族前駆物質を用いて成長させたウェーハのフォトルミネッセンス波長のマップである。

【図11】[0045] 例示的な態様に従った、有機金属Ｖ族前駆物質を用いて成長させたウェーハのフォトルミネッセンス波長のマップである。

【図12】[0046] 例示的な態様に従った、混合Ｖ族前駆物質を用いて成長させたウェーハのフォトルミネッセンス波長のマップである。

【図13】[0047] 例示的な態様に従った、図５に示したエピタキシャル層を形成するためのフロー図である。

【図14】[0048] 例示的な態様に従った、図６に示した層状構造を形成するためのフロー図である。

【0036】

[0049] 態様の特徴及び例示的な態様は、以下に述べる詳細な説明を図面と関連付けて読むことから、より明らかとなろう。図面全体を通して、同様の参照符号は対応する要素を識別する。図面において、同様の番号は概して、同一の要素、機能的に同様の要素、及び／又は構造的に同様の要素を示す。また、一般に、参照番号の最も左の１又は複数の数は、その参照番号が最初に出現する図を示す。別段の指示がない限り、本開示全体を通して提供される図面は、一定の縮尺に従った図面として解釈されるべきではない。

【発明を実施するための形態】

【0037】

[0050] 本明細書は、本発明の特徴を組み込んだ１つ以上の態様を開示する。１又は複数の開示される態様は、単に本発明を例示するに過ぎない。本発明の範囲は１又は複数の態様に限定されない。本発明は添付の特許請求の範囲によって規定される。

【0038】

[0051] 記載される１又は複数の態様、及び、本明細書における「一態様」、「ある態様」、「一例の態様」、「例示的な態様」等の言及は、記載される１又は複数の態様が、特定の特徴（feature）、構造、又は特性（characteristic）を含み得るが、全ての態様が必ずしもそのような特定の特徴、構造、又は特性を含むわけではないことを示す。また、そのような言葉は必ずしも同一の態様を指しているわけではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性が、ある態様と関連付けて記載される場合、明確に記載されるか否かに関わりなく、そのような特徴、構造、又は特性を他の態様と関連付けることは、当業者の知識内であることは理解されよう。

【0039】

[0052] 「下に」、「下方に」、「より低い」、「上方に」、「上に」、「より高い」等の空間的に相対的な用語は、本明細書において説明を容易にするため用いられて、図面に示すような１つの要素又は特徴と他の１又は複数の要素又は特徴との関係を説明することができる。空間的に相対的な用語は、図面に示された向きに加えて、使用中又は動作中のデバイスの様々な向きを包含することが意図される。装置は、他の向きにする（９０度又は他の向きに回転させる）ことも可能であり、それに応じて、本明細書で用いられる空間的に相対的な記述子も同様に解釈され得る。

【0040】

[0053] 本明細書で用いられる「約」又は「実質的に」又は「ほぼ」という用語は、特定の技術に基づいて変動し得る所与の量の値を意味する。特定の技術に基づいて、「約」又は「実質的に」又は「ほぼ」という用語は、例えば、所与の量の値の０．１～１０％内で変動する値（例えば、この値の±０．１％、±１％、±２％、±５％、又は±１０％）を示し得る。

【0041】

[0054] 本明細書で用いられる「エピタキシ」又は「エピタキシャル」という用語は、例えば、高温堆積による材料の結晶成長を意味する。エピタキシは、超高真空環境において加熱基板上に複数の層を成長させるＭＢＥツール内で実行され得る。炉内で元素原料を加熱し、キャリアガスなしで基板の方へ誘導する。元素成分は基板表面で反応して堆積層を生成する。

【0042】

[0055] また、エピタキシは、ＭＯＣＶＤツールとしても知られる有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）ツール内でも実行され得る。化合物有機金属及び水素化物の原料は、例えば水素のようなキャリアガスを用いて加熱表面上に流れる。ＭＯＣＶＤツール内でのエピタキシャル堆積は、ＭＢＥツールよりも高い圧力で発生する。化合物成分は気相内でクラッキングし、次いで表面で反応して所望の組成の相を成長させる。

【0043】

[0056] 本明細書で用いられる「基板」という用語は、後続の層の堆積、形成、又は成長をその上で行うことができる平面ウェーハを意味する。基板は、単一元素（例えばＳｉ）又は複合材料（例えばＧａＡｓ）で形成することができ、ドープ又は非ドープであり得る。いくつかの態様において、基板は例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩＶ族半導体、ＩＩＩ－Ｖ族半導体、ＩＩ－ＶＩ族半導体、グラフェン、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又はサファイアを含み得る。

【0044】

[0057] 基板は、軸上（on-axis）であってもよく、すなわち成長表面が結晶面と一致するところであってもよい。例えば、基板は＜１００＞結晶方位を有し得る。また、本明細書における所与の結晶方位の基板を参照することには、別の結晶方向の方へ最大で約２０°ミスカットされた（miscut）基板を包含する。例えば、（１００）基板は（１１１）面の方へミスカットされる。

【0045】

[0058] 本明細書で用いられる「モノリシック」という用語は、全体を通してバルク（例えば単一）材料から成る層又は基板を意味する。あるいは、層又は基板は、その厚さの一部又は全部が多孔質であり得る。

【0046】

[0059] 本明細書で用いられる「化合物半導体材料」又は「ＩＩＩ－Ｖ族半導体」又は「ＩＩＩ－Ｖ半導体」又は「ＩＩＩ－Ｖ材料」という用語は、周期表のＩＩＩ族からの１つ以上の材料（例えば、第１３族元素であるホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ））と、周期表のＶ族からの１つ以上の材料（例えば、第１５族元素である窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ））を含むことを意味する。化合物は、各族からの元素の数とは無関係に、ＩＩＩ族とＶ族の１：１の組み合わせを有する。化合物の化学記号における下付文字は、その族内のその元素の割合を示す。例えばＡｌ_０．２５ＧａＡｓは、ＩＩＩ族の部分が２５％のＡｌと、従って７５％のＧａとを含み、Ｖ族の部分が１００％のＡｓを含むことを意味する。

【0047】

[0060] 本明細書で用いられる「ＩＶ族半導体」という用語は、周期表のＩＶ族からの１つ以上の材料（例えば、第１４族の元素である炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ））を含むことを示す。

【0048】

[0061] 本明細書で用いられる「ＩＩ－ＶＩ族半導体」という用語は、周期表のＩＩ族からの１つ以上の材料（例えば、第１２族元素である亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ））と、周期表のＶＩ族からの１つ以上の材料（例えば、第１６族元素である酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ））を含むことを示す。

【0049】

[0062] 本明細書で用いられる「ドーピング」又は「ドープ」という用語は、層又は材料が、低い不純物濃度の別の元素（ドーパント）を含むことを意味する。別の元素（ドーパント）は、母材から電荷キャリアを提供する（ドナー）か又は抽出し（アクセプタ）、これによって伝導率を変化させる。電荷キャリアは電子又は正孔とすることができる。余分な電子がドープされた材料はｎ型と呼ばれ、余分な正孔がドープされた材料（電子が減少する）はｐ型と呼ばれる。

【0050】

[0063] 本明細書で用いられる「結晶（crystalline）」という用語は、単結晶方位を有する材料又は層を意味する。エピタキシャル成長又は堆積では、同一又は同様の格子定数を有する後続の層が、前の結晶層のレジストリ（registry）に従うことにより、同一の結晶方位又は結晶度で成長する。当業者に理解されるように、例えば＜１００＞のような結晶方位は、立方晶結晶構造の面を意味し、ミラー指数を用いる［１００］、［０１０］、及び［００１］方位を包含する。同様に、＜０００１＞は、材料極性が極めて重要である場合を除いて、［０００１］及び［０００－１］を包含する。また、指数のうち任意の１つ以上の整数倍は、指数のユニタリバージョン（unitary version）と同等である。例えば、（２２２）は（１１１）と同等である。

【0051】

[0064] 本明細書で用いられる「格子整合」という用語は、２つの結晶層が同一又は同様の格子間隔を有し、第２の層が第１の層上で同形に（例えば同一の結晶形態で）成長する傾向があることを意味する。

【0052】

[0065] 本明細書で用いられる「格子定数」という用語は、結晶単位セルの歪みのない格子間隔を意味する。

【0053】

[0066] 本明細書で用いられる「格子一致（lattice coincident）」という用語は、結晶層が、前の層の整数倍であるか又はそれに近い格子定数を有することを意味し、そのため、原子は前の層と揃えることができる。

【0054】

[0067] 本明細書で用いられる「堆積」という用語は、ある層を別の層又は基板上に堆積することを意味する。堆積は、エピタキシ、ＰＶＤ、ＣＶＤ、紛体層堆積、及び／又は層に材料を堆積する他の既知の技法を包含する。

【0055】

[0068] 本明細書で用いられる「横方向」又は「面内」という用語は、基板の表面に対して平行であり、かつ成長方向に対して垂直な方向を意味する。

【0056】

[0069] 本明細書で用いられる「縦方向」又は「面外」という用語は、基板の表面に対して垂直であり、かつ成長方向である方向を意味する。

【0057】

[0070] 本明細書で用いられる「ＩＩＩ－Ｖ比」又は「複数のＩＩＩ－Ｖ比」という用語は、ＩＩＩ族とＶ族の種の圧力比、ＩＩＩ族とＶ族の種の成長率比、及び／又はＩＩＩ族とＶ族の種の流束比（flux ratio）を意味する。

【0058】

[0071] 本明細書で用いられる「ウェーハ全体波長標準偏差」又は「ウェーハ全体組成均一性」という用語は、以下のように定義される標準偏差（σ）を意味する。

【0059】

[0072]

【数1】

【0060】

[0073] ここで、σ＝母標準偏差であり、
[0074] Ｎ＝母集団の大きさであり、
[0075] ｘ_ｉ＝母集団からの各値であり、
[0076] ｕ＝母平均である。

【0061】

[0077] 標準偏差は波長の変動を表す。波長は材料組成の関数であるので、標準偏差はウェーハ全体にわたる組成変動を特徴付ける。

【0062】

[0078] 範囲の終点を含む数値は、本明細書において、「約」、「実質的に」、「ほぼ」等の用語が前に置かれる近似値として表すことができる。このような場合、他の態様は特定の数値を含む。数値が近似値として表されるか否かには関係なく、本開示には２つの態様が含まれる。すなわち、１つは近似値として表され、もう１つは近似値として表されない。更に、各範囲の終点は、別の終点に関連して重要である（significant）と共に、別の終点とは無関係に重要であることは理解されよう。

【0063】

[0079] 例示的な反応器
[0080] 上述のように、エピタキシを用いて、電子デバイス及びオプトエレクトロニクスデバイスに使用され得る高品質の単結晶ＩＩＩ－Ｖ半導体を成長させることができる。このようなデバイスは、ＲＦ／無線通信、電気通信及びデータ通信、３Ｄ検知及びパワーエレクトロニクスに応用される。エピタキシは、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、又は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）としても知られる有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）を含み得る。ＭＢＥでは、超高真空（例えば約１０^－９トル）内で、原材料を加熱して原子／分子の蒸発ビームを生成し、これは加熱基板上で凝結することができる。元素原料を（例えば炉内で）加熱し、キャリアガス（例えばＨ_２）なしで基板の方へ誘導することができ、元素成分は基板表面で反応してエピタキシャル層を形成できる。元素ビームは、シャッタを用いることでオン及びオフされる。

【0064】

[0081] ＭＯＣＶＤでは、反応チャンバ内でキャリアガス（例えばＨ_２）を用いて加熱基板上に水素化物及び／又は有機金属原料（例えば前駆物質）を流し、化合物前駆物質を分解することができる。化合物前駆物質は、気相内で構成元素に分解し（例えばクラッキング、熱分解）、次いで基板表面で反応してエピタキシャル層を形成する。前駆物質のクラッキング及びその後の反応は、前駆物質の濃度、基板の温度、流れるガスの温度、前駆物質の圧力、及び／又は反応チャンバの圧力に依存し得る。

【0065】

[0082] 形成されたエピタキシャル層の全体を通して均一性を維持するため、基板表面の各ポイントで反応環境を最適化し、高度に制御する必要がある。異なる前駆物質は異なる温度で分解（例えばクラッキング）及び反応し、基板表面において異なる濃度プロファイルを有し得る。一般に、ＩＩＩ族前駆物質は、ほとんど全てが臨界温度を超える温度で分解し（例えばクラッキング効率は約１００％である）、対応する濃度プロファイルが比較的均一であるので、適度に扱いやすい。

【0066】

[0083] しかしながら、Ｖ族前駆物質はより複雑であり、各Ｖ族前駆物質でクラッキング温度及び効率が大きく変動し得る。また、概してＩＩＩ－Ｖ半導体は過剰なＶ族の環境で形成され、これが反応チャンバ内のＶ族条件を更に複雑化させる可能性がある。更に、Ｖ族副格子が少なくとも２つのＶ族元素を含む混合Ｖ族材料（例えばＧａＡｓ_ｘＰ_１－ｘ、Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＡｓ_ｚＰ_１－ｚ）では、状況が更に複雑になる。

【0067】

[0084] エピタキシプロセス（例えばＭＯＣＶＤ）で用いられるＶ族材料の２つのクラスには、水素化物前駆物質と有機金属前駆物質が含まれる。水素化物前駆物質は、水素に結合したＶ族元素を含む（例えば、ホスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３））。有機金属前駆物質は、炭化水素配位子に結合したＶ族元素を含む（例えば、ターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）（Ｃ_１２Ｈ_２７Ｐ）、トリメチルアルシン（ＴＭＡ）（Ｃ_３Ｈ_９Ａｓ））。Ｖ族前駆物質の選択は、入手可能性、純度、コスト、及び／又は安全性を含む多くのファクタに依存する。

【0068】

[0085] 安全性の理由から、水素化物Ｖ族前駆物質よりも有機金属Ｖ族前駆物質の方が好ましい。有機金属Ｖ族前駆物質は、良好な均一性を提供するが、コスト上昇、不純物の増大、及び固有の炭素（Ｃ）ドーピングという代償がある。例えば、有機金属Ｖ族前駆物質中の望ましくない汚染物質（例えば酸素及び／又は硫黄）の濃度は、水素化物Ｖ族前駆物質よりも著しく高く、形成されたエピタキシャル層の品質及び純度を低下させ得る。更に、有機金属Ｖ族前駆物質に含まれる固有の炭素（Ｃ）亜種は、形成された層をドープする可能性があり、特定のデバイスでは許容できないことがある。

【0069】

[0086] 以下で検討される混合Ｖ族前駆物質の装置、システム、及び方法の態様は、エピタキシャル層の均一性を向上させ、前駆物質の濃度／取り込みプロファイルを正規化し、（例えばウェーハ全体均一性の向上によって）ウェーハ上歩留まりを向上させ、（例えばウェーハ間平均波長変動の低減によって）ウェーハ間歩留まりを向上させ、製造効率を増大し、ＩＩＩ－Ｖ比（例えば圧力、成長率、流束）の制御を向上させ、製造コストを削減する（例えば、必要な有機金属前駆物質の量を最小限に抑える）ことができる。更に、プラネタリ反応チャンバ（例えばＭＯＣＶＤ）内の混合Ｖ族前駆物質の態様は、異なるゾーンで異なるＶ族前駆物質に対応するためのマルチゾーンノズルを提供し、特定のＶ族前駆物質が表面における境界層及び／又は反応ゾーンにいつ入るか制御することができ、表面における反応速度を微調整することによって層の組成及び均一性を制御することができる。

【0070】

[0087] 図１は、例示的な態様に従った、プラネタリ反応チャンバ２００を備える反応器１００を示す。反応器１００は、１つ以上の原材料に基づいて、プラネタリ反応チャンバ２００内で１つ以上のエピタキシャル層（例えばエピタキシャル層２１０、層状構造６００）を成長又は堆積するように構成できる。いくつかの態様において、反応器１００は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）用とすることができる。図１では、反応器１００は独立型の装置及び／又はシステムとして示されているが、本開示の態様は、他の装置、システム、及び／又は方法と共に使用され得る。

【0071】

[0088] 図１で示されているように、反応器１００は、前駆物質原料１１０（例えば前駆物質マニホルド）、前駆物質ライン１１０ａ（例えば、ＩＩＩ族前駆物質入口２１２、水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４、有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６）、質量流量コントローラ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、圧力コントローラ１３０、圧力センサ１４０、真空ポンプ１５０、絞り弁１６０、及びプラネタリ反応チャンバ２００を含み得る。前駆物質原料１１０は、エピタキシャル層２１０を形成するため基板２０２で反応する（例えば分解する）ように、１つ以上の前駆物質をプラネタリ反応チャンバ２００内へ（質量流量コントローラ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを介して）提供するように構成できる。前駆物質原料１１０は、ＩＩＩ族前駆物質１１２、水素化物Ｖ族前駆物質１１４、及び有機金属Ｖ族前駆物質１１６を含み得る。

【0072】

[0089] いくつかの態様において、ＩＩＩ族前駆物質１１２は、有機金属ＩＩＩ族前駆物質（例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）（Ａｌ_２（ＣＨ_３）_６）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）（Ａｌ_２（Ｃ_２Ｈ_５）_６）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）（Ｇａ（ＣＨ_３）_３）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）（Ｇａ（Ｃ_２Ｈ_５）_３）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）（Ｉｎ（ＣＨ_３）_３）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）（ＩｎＣ_６Ｈ_１５）等）を含み得る。いくつかの態様において、水素化物Ｖ族前駆物質１１４は、ホスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）、アンモニア（ＮＨ_３）、スチビン（ＳｂＨ_３）、又はビスムチン（ＢｉＨ_３）を含み得る。

【0073】

[0090] いくつかの態様において、有機金属Ｖ族前駆物質１１６は、ターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）（Ｃ_１２Ｈ_２７Ｐ）、ビスホスフィノエタン（ＢＰＥ）（Ｃ_２Ｈ_８Ｐ_２、）トリメチルアルシン（ＴＭＡ）（Ｃ_３Ｈ_９Ａｓ）、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡ）（Ｃ_４Ｈ_１１Ａｓ）、モノエチルアルシン（ＭＥＡ）（Ｃ_２Ｈ_５Ａｓ）、ターシャリーブチルアミン（ＴＢＡｍ）（Ｃ_４Ｈ_１１Ｎ）、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）（Ｃ_２Ｈ_８Ｎ_２）、フェニルヒドラジン（Ｃ_６Ｈ_８Ｎ_２）、トリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）（Ｃ_３Ｈ_９Ｓｂ）、トリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）（Ｃ_６Ｈ_１５Ｓｂ）、トリイソプロピルアンチモン（ＴＩＰＳｂ）（Ｃ_９Ｈ_２１Ｓｂ）、又はビスマス有機金属フレームワーク（Ｂｉ－ＭＯＦ）を含み得る。

【0074】

[0091] あらゆる場合において、前駆物質１１２、１１４、及び１１６は、キャリアガス１１１（例えばＨ_２）を用いて成長環境へ輸送することができる。有機金属原料では、これは、原料反応物によって水素をバブリングして「ピックアップ」を実行することにより達成される。水素化物前駆物質では、水素化物ガスが高圧シリンダから出た後、前駆物質及びキャリアガスを組み合わせる。

【0075】

[0092] 質量流量コントローラ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、プラネタリ反応チャンバ２００への前駆物質原料１１０（ＩＩＩ族前駆物質１１２、水素化物Ｖ族前駆物質１１４、及び有機金属Ｖ族前駆物質１１６）の流れを測定及び制御するように構成できる。図１で示されているように、質量流量コントローラ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、プラネタリ反応チャンバ２００内への各前駆物質原料１１０の流量（例えば容積／時間）を調整できる。いくつかの態様では、例えば、質量流量コントローラ１２０ａは水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４の流量を調整し、質量流量コントローラ１２０ｂは有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６の流量を調整し、質量流量コントローラ１２０ｃはＩＩＩ族前駆物質入口２１２の流量を調整することができる。いくつかの態様において、前駆物質原料１１０の流量は約５０ｃｃ／分から約１５００ｃｃ／分とすることができる。例えば、有機金属Ｖ族前駆物質１１６は約３５０ｃｃ／分から約７５０ｃｃ／分の流量を有し得る。

【0076】

[0093] いくつかの態様において、例えば図２Ｂ及び図３Ｃで示されているように、質量流量コントローラ１２０ａ、１２０ｂは、水素化物Ｖ族前駆物質１１４及び有機金属Ｖ族前駆物質１１６を混合して、混合Ｖ族前駆物質（例えば図５に示されている混合Ｖ族前駆物質５２２）を形成した後、プラネタリ反応チャンバ２００内へ流すことができる。いくつかの態様において、質量流量コントローラ１２０ａ、１２０ｂは、水素化物Ｖ族前駆物質１１４と有機金属Ｖ族前駆物質１１６との質量濃度比を制御することができる。例えば、質量流量コントローラ１２０ａ、１２０ｂは、質量濃度比（すなわち有機金属：水素化物）を５０：５０、４０：６０、３０：７０、又は２０：８０に調整できる。

【0077】

[0094] 圧力コントローラ１３０は、プラネタリ反応チャンバ２００内の前駆物質原料１１０の圧力を制御するように構成できる。図１で示されているように、圧力コントローラ１３０は、圧力センサ１４０（例えばＢａｒａｔｒｏｎ（登録商標）圧力計）及び絞り弁１６０に結合することができる。圧力センサ１４０は、プラネタリ反応チャンバ２００内の圧力を測定するように構成できる。絞り弁１６０は、圧力センサ１４０の測定値に従って調節されることで、真空ポンプ１５０により加えられる真空（例えば負圧）を調整し、これによってプラネタリ反応チャンバ２００内の圧力を制御するように構成できる。真空ポンプ１５０は、プラネタリ反応チャンバ２００に真空（～５０ｍｂａｒ－５００ｍｂａｒ）をかけるように構成できる。いくつかの態様において、プラネタリ反応チャンバ２００は約５０ｍｂａｒ～約１５０ｍｂａｒの圧力を有し得る。例えば低圧ＭＯＣＶＤの間、プラネタリ反応チャンバ２００は約１００ｍｂａｒの圧力を有し得る。いくつかの態様において、プラネタリ反応チャンバ２００は約１ａｔｍ～約３５ａｔｍの圧力を有し得る。例えば高圧ＭＯＣＶＤの間、プラネタリ反応チャンバ２００は約１ａｔｍ～約５ａｔｍの圧力を有し得る。

【0078】

[0095] プラネタリ反応チャンバ２００は、高温で前駆物質原料１１０を反応させて（例えば分解させて）エピタキシャル層２１０を形成するように構成できる。図１で示されているように、プラネタリ反応チャンバ２００は、基板２０２、サセプタ２０５、エピタキシャル層２１０、ＩＩＩ族前駆物質入口２１２、水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４、有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６、ノズル２１７、光源２２０、光検出器２３０、無線周波数（ＲＦ）コイル２４０、及びプラネット（planet）２６０を含み得る。いくつかの態様において、基板２０２は、例えばＩＩＩ－Ｖ基板のようなウェーハを含み得る。いくつかの態様では、基板２０２を高温（例えば約４５０℃～約７５０℃）に加熱して前駆物質原料１１０の分解（例えばクラッキング）を促進することができ、次いでこれを反応させて、構成元素を用いたエピタキシャル成長を達成する。例えば、基板２０２は約６００℃～約６５０℃に加熱することができる。いくつかの態様では、基板２０２をサセプタ２０５（例えばグラファイト台）上に配置するか又はサセプタ２０５から分離させることができる。

【0079】

[0096] いくつかの態様において、反応器１００はシャワーヘッド反応チャンバを含み得る。例えば図４で示されているように、反応器１００’は、３つの原材料入口（例えば、ＩＩＩ族前駆物質入口２１２、水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４、有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６）のためのシャワーヘッド２９０（例えばマルチゾーンシャワーヘッド）を備えるクロース－カップルドシャワーヘッド反応チャンバ２００’を含み得る。例えば図１、図２Ａから図２Ｃ、及び図３Ａから図３Ｃに示されている反応器１００の態様と図４に示されている反応器１００’の態様は、同様であり得る。図１、図２Ａから図２Ｃ、及び図３Ａから図３Ｃに示されている反応器１００の態様の特徴、並びに図４に示されている反応器１００’の態様の同様の特徴を示すため、同様の参照番号が用いられる。

【0080】

[0097] 例示的な反応チャンバ
[0098] 図１及び図４は、種々の例示的な態様に従った反応チャンバ２００、２００’を示す。図１はプラネタリ反応チャンバ２００を示す。図４はクロース－カップルドシャワーヘッド反応チャンバ２００’を示す。反応チャンバ２００、２００’は、独立型の装置及び／又はシステムとして図１及び図４にそれぞれ示されているが、本開示の態様は、他の装置、システム、及び／又は方法と共に使用することができる。反応チャンバ２００、２００’は、エピタキシャル層２１０を形成するため、反応器１００、１００’内に前駆物質原料１１０を受容して高温で反応させる（例えば分解する）ように構成できる。

【0081】

[0099] 図１で示されているように、プラネタリ反応チャンバ２００は、基板２０２、サセプタ２０５、エピタキシャル層２１０、ＩＩＩ族前駆物質入口２１２、水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４、有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６、ノズル２１７、第１の出口２１８、第２の出口２１９、光源２２０、光検出器２３０、ＲＦコイル２４０、及びプラネット２６０を含み得る。ＩＩＩ族前駆物質入口２１２、水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４、有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６は、エピタキシャル層２１０を形成するため、前駆物質原料１１０をプラネタリ反応チャンバ２００内へ、ノズル２１７を介して基板２０２上に流すことができる。いくつかの態様において、ＩＩＩ族前駆物質入口２１２は、ＩＩＩ族前駆物質１１２をプラネタリ反応チャンバ２００内へ（例えばノズル２１７を介して）流すことができる。いくつかの態様において、水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４は、水素化物Ｖ族前駆物質１１４をプラネタリ反応チャンバ２００内へ（例えばノズル２１７を介して）流すことができる。いくつかの態様において、有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６は、有機金属Ｖ族前駆物質１１６をプラネタリ反応チャンバ２００内へ（例えばノズル２１７を介して）流すことができる。

【0082】

[0100] いくつかの態様において、水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４（例えば水素化物Ｖ族前駆物質１１４）及び有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６（例えば有機金属Ｖ族前駆物質１１６）の流れは、ノズル２１７よりも前に、ノズル２１７において、及び／又はプラネタリ反応チャンバ２００内で、混合することができる。例えば図１で示されているように、ノズル２１７で形成された混合物は、水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４及び有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６から形成され得る。いくつかの態様では、第１及び第２の出口２１８、２１９は組み合わされて、（例えば絞り弁１６０を介して）真空ポンプ１５０へ流れることができる。絞り弁１６０は、圧力センサ１４０が読み取った圧力を示す圧力コントローラ１３０によって（例えば制御信号を介して）調節され得る。このため、真空ポンプ１５０が加える真空のレベルを絞り弁１６０によって調節することで、圧力センサ１４０により読み取られるプラネタリ反応チャンバ２００内の所望の圧力を達成することができる。

【0083】

[0101] いくつかの態様において、プラネタリ反応チャンバ２００は、エピタキシャル層２１０の１つ以上の特性（例えば均一性、厚さ、温度等）を測定するように構成された光源２２０及び光検出器２３０を含み得る。例えば図１で示されているように、光源２２０はエピタキシャル層２１０を照明するように配置され、検出器２３０はそれによって得られる信号を測定するように配置され得る。いくつかの態様において、光源２２０は、照明器（例えばコヒーレントレーザビーム）、レンズ、及び／又は偏光子を含み得る。いくつかの態様において、光検出器２３０は、電荷結合素子（ＣＣＤ：charge-coupled device）、フォトディテクタ、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、及び／又は、エピタキシャル層２１０からの散乱光を検出できる他の任意の光検出器を含み得る。いくつかの態様において、プラネタリ反応チャンバ２００は、ＲＦ加熱のためのＲＦコイル２４０を含み得る。例えば図１で示されているように、ＲＦコイル２４０は、サセプタ２０５、基板２０２、及びエピタキシャル層２１０の加熱を行うため、プラネット２６０の下方に存在し得る。

【0084】

[0102] 図２Ａから図２Ｃは、例示的な態様に従った、エピタキシャル層２１０を形成するための図１に示した反応器１００内の様々な前駆物質の組み合わせを示す。いくつかの態様において、前駆物質ライン１１０ａ内の水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４（例えば水素化物Ｖ族前駆物質１１４）及び有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６（例えば有機金属Ｖ族前駆物質１１６）の流れは、ノズル２１７において、ＩＩＩ族前駆物質入口２１２（例えばＩＩＩ族前駆物質１１２）と混合することができる。例えば図２Ａで示されているように、ノズル２１７で形成された前駆物質混合物は、混合された水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質１１４、１１６、並びにＩＩＩ族前駆物質１１２から形成され得る。いくつかの態様において、前駆物質ライン１１０ａ内の水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４（例えば水素化物Ｖ族前駆物質１１４）及び有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６（例えば有機金属Ｖ族前駆物質１１６）の流れは、ノズル２１７の前に（例えば前駆物質混合ライン１１０ｂで）、ＩＩＩ族前駆物質入口２１２（例えばＩＩＩ族前駆物質１１２）とは別個に混合することができる。例えば図２Ｂで示されているように、水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４及び有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６は、質量流量コントローラ１２０ａ、１２０ｂの後、かつノズル２１７の前に、前駆物質混合ライン１１０ｂにおいて混合され得る。いくつかの態様において、前駆物質ライン１１０ａ内の水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４（例えば水素化物Ｖ族前駆物質１１４）、有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６（例えば有機金属Ｖ族前駆物質１１６）、及びＩＩＩ族前駆物質入口２１２（例えばＩＩＩ族前駆物質１１２）の流れは、ノズル２１７によって別々にプラネタリ反応チャンバ２００内へ投入することができる。例えば図２Ｃで示されているように、水素化物Ｖ族前駆物質１１４、有機金属Ｖ族前駆物質１１６、及びＩＩＩ族前駆物質１１２は、ノズル２１７によって別々に（例えば個別に）投入され得る。

【0085】

[0103] 図３Ａから図３Ｃは、例示的な態様に従った、エピタキシャル層２１０を形成するための図１に示した反応器１００内の様々な前駆物質の組み合わせを示す。いくつかの態様において、前駆物質ライン１１０ａ内の水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４（例えば水素化物Ｖ族前駆物質１１４）、有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６（例えば有機金属Ｖ族前駆物質１１６）、及びＩＩＩ族前駆物質入口２１２（例えばＩＩＩ族前駆物質１１２）の流れは、ノズル２１７によって別々にプラネタリ反応チャンバ２００内へ投入され、水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質１１４、１１６をＩＩＩ族前駆物質１１２の２倍とすることができる。例えば図３Ａで示されているように、ＩＩＩ族前駆物質１１２の２倍（例えば質量濃度比２：１）の水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質１１４、１１６が、ノズル２１７によって別々に（例えば個別に）投入され得る。いくつかの態様において、前駆物質ライン１１０ａ内の水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４（例えば水素化物Ｖ族前駆物質１１４）及び有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６（例えば有機金属Ｖ族前駆物質１１６）の流れは、ノズル２１７において、ＩＩＩ族前駆物質入口２１２（例えばＩＩＩ族前駆物質１１２）と混合され、混合した水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質１１４、１１６をＩＩＩ族前駆物質１１２の２倍とすることができる。例えば図３Ｂで示されているように、ＩＩＩ族前駆物質１１２の２倍（例えば質量濃度比２：１）の混合水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質１１４、１１６が、ノズル２１７において形成され得る。いくつかの態様において、前駆物質ライン１１０ａ内の水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４（例えば水素化物Ｖ族前駆物質１１４）及び有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６（例えば有機金属Ｖ族前駆物質１１６）の流れは、ノズル２１７の前に（例えば前駆物質混合ライン１１０ｂで）、ＩＩＩ族前駆物質入口２１２（例えばＩＩＩ族前駆物質１１２）とは別個に混合され、混合した水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質１１４、１１６をＩＩＩ族前駆物質１１２の２倍とすることができる。例えば図３Ｃで示されているように、水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４及び有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６は、前駆物質ライン１１０ａにおいて、質量流量コントローラ１２０ａ、１２０ｂの後、かつノズル２１７の前に（例えば前駆物質混合ライン１１０ｂで）混合され、ＩＩＩ族前駆物質１１２の２倍（例えば質量濃度比２：１）の混合水素化物及び有機金属Ｖ族前駆物質１１４、１１６がノズル２１７によって投入され得る。

【0086】

[0104] 図４で示されているように、反応器１００’は、例示的な態様に従った、シャワーヘッド２９０を備えるクロース－カップルドシャワーヘッド反応チャンバ２００’を含み得る。例えば図１に示されているプラネタリ反応チャンバ２００の態様と図４に示されているクロース－カップルドシャワーヘッド反応チャンバ２００’の態様は、同様であり得る。図１に示されているプラネタリ反応チャンバ２００の態様の特徴、及び図４に示されているクロース－カップルドシャワーヘッド反応チャンバ２００’の態様の同様の特徴を示すため、同様の参照番号が用いられる。前駆物質１１２、１１４、１１６は、シャワーヘッド２９０を介してクロース－カップルドシャワーヘッド反応チャンバ２００’内へ投入される。このように、シャワーヘッド２９０は、図１に示されているプラネタリ反応チャンバ２００のノズル２１７に置き換わる。図１に示されている反応器１００について検討した他の態様は、概念的に同じままである。図４は、ＩＩＩ族前駆物質入口２１２、水素化物Ｖ族前駆物質入口２１４、及び有機金属Ｖ族前駆物質入口２１６を介したクロース－カップルドシャワーヘッド反応チャンバ２００’への単一の反応物供給を示すように簡略化されていることに留意するべきである。いくつかの態様では、ウェーハ全体組成均一性を改善するため、シャワーヘッド２９０における複数の入口を使用できる。

【0087】

[0105] 混合Ｖ族前駆物質を用いる例示的なエピタキシプロセス
[0106] 図５から図１２は、種々の例示的な態様に従ったエピタキシプロセス５００を示す。図５は、図１及び図４に示されている反応器１００又は１００’内でエピタキシャル層２１０を形成するためのエピタキシプロセス５００を示す。図５において、エピタキシプロセス５００は、独立型の装置、システム、及び／又は方法として示されているが、本開示の態様は他の装置、システム、及び／又は方法と共に使用され得る。エピタキシプロセス５００は、混合Ｖ族前駆物質５２２とＩＩＩ族前駆物質５１２を反応させてエピタキシャル層２１０を形成し、均一性の改善、製造コストの削減、及び安全性の向上を達成することができる。エピタキシプロセス５００は、反応チャンバ２００、２００’内でウェーハ全体の熱的変動に対する感度を低減するよう調節することで、均一な濃度プロファイルを達成できる（例えば、図７に示されている濃度プロファイルプロット７１０及び図８に示されている濃度プロファイルプロット８１０と比較した、図９に示されている濃度プロファイルプロット９１０）。

【0088】

[0107] 図５で示されているように、エピタキシプロセス５００は、ＩＩＩ族前駆物質反応５１０、混合Ｖ族前駆物質反応５２０、及び反応副産物５３０を含み得る。ＩＩＩ族前駆物質反応５１０は、エピタキシャル層２１０の新しいエピタキシャル副層（sublayer）内にＩＩＩ族元素（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ）を提供することができる。ＩＩＩ族前駆物質反応５１０は、ＩＩＩ族前駆物質５１２、ＩＩＩ族前駆物質亜種５１２ａ、及びＩＩＩ族格子ステップエッジ取り込み（step edge incorporation）５１２ｂを含み得る。

【0089】

[0108] ＩＩＩ族前駆物質反応５１０の間に、ＩＩＩ族前駆物質５１２はエピタキシャル層２１０に近付いて分解する（例えばクラッキング、熱分解）。ＩＩＩ族前駆物質５１２は分解してＩＩＩ族前駆物質亜種５１２ａになり、これはＩＩＩ族格子ステップエッジでエピタキシャル層２１０の表面に吸収される（例えば５１２ｂ）。ＩＩＩ族格子ステップエッジ取り込み５１２ｂによって、ＩＩＩ族元素（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ）がＶ族元素（例えばＡｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂ、Ｂｉ）と反応して、エピタキシャル層２１０の新しいエピタキシャル層を形成することができる。ＩＩＩ族前駆物質５１２の分解から残った反応副産物５３０は、反応チャンバ２００、２００’から除去される。

【0090】

[0109] 混合Ｖ族前駆物質反応５２０は、エピタキシャル層２１０の新しいエピタキシャル副層内にＶ族元素（例えばＰ、Ａｓ、Ｎ、Ｓｂ、Ｂｉ）を提供するように構成できる。混合Ｖ族前駆物質反応５２０は更に、図９に示されているプロファイル９１０を達成するため、ウェーハ２０２全体にわたる濃度変動を低減させてＶ族の濃度プロファイルを正規化するように構成できる。混合Ｖ族前駆物質反応５２０は、水素化物Ｖ族前駆物質５１４、有機金属Ｖ族前駆物質５１６、混合Ｖ族前駆物質５２２、混合Ｖ族前駆物質亜種５２２ａ、及び混合Ｖ族格子ステップエッジ取り込み５２２ｂを含み得る。

【0091】

[0110] 混合Ｖ族前駆物質反応５２０の間に、水素化物Ｖ族前駆物質５１４及び有機金属Ｖ族前駆物質５１６が混合され、混合Ｖ族前駆物質５２２を形成する。混合Ｖ族前駆物質５２２はエピタキシャル層２１０に近付いて分解する（例えばクラッキング、熱分解）。混合Ｖ族前駆物質５２２は分解して混合Ｖ族前駆物質５２２亜種５２２ａになり、これは混合Ｖ族格子ステップエッジでエピタキシャル層２１０の表面に吸収される（例えば５２２ｂ）。混合Ｖ族格子ステップエッジ取り込み５２２ｂによって、Ｖ族元素（例えばＰ、Ａｓ、Ｎ、Ｓｂ、Ｂｉ）がＩＩＩ族元素（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ）と反応して、エピタキシャル層２１０の新しいエピタキシャル層を形成することができる。Ｖ族前駆物質５２０の分解から残った反応副産物５３０は、反応チャンバ２００、２００’から除去される。

【0092】

[0111] いくつかの態様において、混合Ｖ族前駆物質５２２は、ホスフィン（ＰＨ_３）及びターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）（Ｃ_１２Ｈ_２７Ｐ）を含み得る。いくつかの態様において、混合Ｖ族前駆物質５２２は、アルシン（ＡｓＨ_３）及びトリメチルアルシン（ＴＭＡ）（Ｃ_３Ｈ_９Ａｓ）を含み得る。いくつかの態様において、混合Ｖ族前駆物質５２２は、アンモニア（ＮＨ_３）及びジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）（Ｃ_２Ｈ_８Ｎ_２）を含み得る。いくつかの態様において、混合Ｖ族前駆物質５２２は、スチビン（ＳｂＨ_３）及びトリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）（Ｃ_３Ｈ_９Ｓｂ）を含み得る。いくつかの態様において、混合Ｖ族前駆物質５２２は、ビスムチン（ＢｉＨ_３）及びビスマス有機金属フレームワーク（Ｂｉ－ＭＯＦ）を含み得る。

【0093】

[0112] ＩＩＩ族前駆物質反応５１０と混合Ｖ族前駆物質反応５２０の組み合わせによって、エピタキシャル層２１０を形成する。いくつかの態様において、エピタキシプロセス５００は、エピタキシャル層２１０を形成するため基板上で実行され得る。例えば図６で示されているように、エピタキシャル層２１０を基板２０２上に形成することができる。いくつかの態様では、エピタキシプロセス５００を用いて１つ以上のエピタキシャル層２１０を形成できる。例えば図６で示されているように、エピタキシプロセス５００を用いて基板２０２上にエピタキシャル層２１０を形成することができる。

【0094】

[0113] いくつかの態様において、エピタキシャル層２１０は、混合Ｖ族前駆物質５２２でなく水素化物Ｖ族前駆物質５１４のみを用いて成長させたＩＩＩ－Ｖ材料を有する層の均一性よりも高い均一性を有し得る。例えば、エピタキシャル層２１０の均一性（例えばウェーハ全体組成均一性であり、これは結果としてレーザ発振波長の均一性である）は、約２５０％向上し得る。例えば、水素化物Ｖ族前駆物質５１４のみを用いて成長させたエピタキシャル層では、名目上同じ波長（例えば約１３５０ｎｍ）でのウェーハ全体標準偏差は約３ｎｍすなわち０．２３％であるが、混合Ｖ族前駆物質５２２を用いて成長させたエピタキシャル層２１０では、名目上同じ波長（例えば約１３５０ｎｍ）でのウェーハ全体標準偏差は約１ｎｍ未満すなわち＜０．１％に低減し得る。いくつかの態様において、エピタキシャル層２１０は任意のＩＩＩ－Ｖ半導体を含み得る。例えばエピタキシャル層２１０は、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）、インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）、ガリウムインジウムヒ素リン（ＧａＩｎＡｓＰ）、インジウムヒ素リン（ＩｎＡｓＰ）、アルミニウムインジウムガリウムヒ素リン（ＡｌＩｎＧａＡｓＰ）、又はガリウムヒ素リン（ＧａＡｓＰ）を含み得る。

【0095】

[0114] 図６は、図５に示されているエピタキシプロセス５００によって形成された層状構造６００を示す。図６において、層状構造６００は独立型の装置及び／又はシステムとして示されているが、本開示の態様は他の装置、システム、及び／又は方法と共に使用され得る。層状構造６００は、高品質及び高歩留まりのデバイス（例えば、ＨＢＴ、ＦＥＴ、ＨＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＰＨＥＭＴ、ＰＩＮダイオード、ＡＰＤ、ＥＥＬ、ＤＦＢ、ＶＣＳＥＬ、ＬＥＤ、又は他の電子もしくはフォトニック／オプトエレクトロニクスデバイス）のためのＩＩＩ－Ｖ半導体層状構造を形成するように構成できる。

【0096】

[0115] いくつかの態様では、エピタキシプロセス５００によって形成された層状構造６００は、デバイス（例えば、ＨＢＴ、ＦＥＴ、ＨＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＰＨＥＭＴ、ＰＩＮダイオード、ＡＰＤ、ＥＥＬ、ＤＦＢ、ＶＣＳＥＬ、ＬＥＤ、又は他の電子もしくはフォトニック／オプトエレクトロニクスデバイス）の一部とすることができる。例えば、ＨＢＴは層状構造６００を含み得る。例えば、ＨＦＥＴ、ＨＥＭＴ、又はＰＨＥＭＴのようなＦＥＴは、層状構造６００を含み得る。例えば、光を放出又は検出するフォトニックデバイスは層状構造６００を含み得る。

【0097】

[0116] 図７から図９は、異なるＶ族前駆物質／混合物について、エピタキシプロセス５００のウェーハ全体Ｖ族元素濃度分布７００、８００、９００のプロットを示す。図７から図９において、Ｖ族元素のウェーハ全体濃度分布７００、８００、９００は独立型のプロットとして示されているが、本開示の態様は他の装置、システム、及び／又は方法と共に使用され得る。１つだけのタイプのＶ族前駆物質（水素化物のみ又は有機金属のみ）を用いると、ウェーハ全体の熱的変動に起因して、ウェーハ全体の濃度変動が生じる（例えば、図７に示されているウェーハ全体Ｖ族元素濃度分布７００及び図８に示されているウェーハ全体Ｖ族元素濃度分布８００）。その理由は、クラッキング効率（クラッキングしたＶ族元素の％）が温度の関数であるためである。混合Ｖ族前駆物質を用いると、図７及び図８のプロファイルが合計され、結果として、実質的に均一なウェーハ全体Ｖ族濃度変動が生じ得る（例えば、図９に示されているウェーハ全体Ｖ族元素濃度分布９００）。

【0098】

[0117] いくつかの態様において、混合Ｖ族前駆物質５２２は、水素化物及び有機金属Ｖ族濃度分布７００、８００を正規化（例えば平坦化）して、ウェーハ全体濃度プロファイルプロット９１０をウェーハ直径にわたって実質的に一定にする及び／又は線形にすることができる。例えば図９で示されているように、混合ホスフィン（ＰＨ_３）及びターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）（Ｃ_１２Ｈ_２７Ｐ）では、ウェーハ全体Ｖ族濃度プロファイル９１０は一定であり（図７に示されているウェーハ全体Ｖ族濃度プロファイル７１０及び図８に示されているウェーハ全体Ｖ族濃度プロファイル８１０と比較して）、エピタキシプロセス５００におけるエピタキシャル層２１０の均一性と歩留まりが向上する。

【0099】

[0118] 図１０から図１２は、Ａｓ及びＰの双方を含有する合金のために異なるＶ族前駆物質／混合物を用いるエピタキシプロセス５００によって得られるフォトルミネセンス（ＰＬ）波長のウェーハマップを示す。ＰＬ波長はＶ族濃度に依存するので、ＰＬ波長マップ１０００、１１００、１２００は、組成均一性の代替的指標である。図１０から図１２において、ＰＬマップ１０００、１１００、１２００は独立型のプロットとして示されているが、本開示の態様は他の装置、システム、及び／又は方法と共に使用され得る。いくつかの態様において、エピタキシプロセス５００によって成長させた材料は混合Ｖ族合金とすることができ、例えば、混合Ｖ族合金はＡｓ及びＰの双方を含有し得る。いくつかの態様において、エピタキシプロセス５００は、エピタキシャル層２１０（例えばＡｓ及びＰ合金）の均一性の向上を達成するため、構成Ｖ族元素のうち１つ（例えばＰ）に混合Ｖ族前駆物質を使用する。例えば、混合ＰＨ_３及びＴＢＰ前駆物質を用いるＡｓＨ_３前駆物質（図１２に示されている１２００）は、ＰＨ_３前駆物質を用いるＡｓＨ_３（例えば図１０に示されている１０００）よりも良好な均一性を達成し、また、ＴＢＰ前駆物質を用いるＡｓＨ_３前駆物質（例えば図１１に示されている１１００）と同等な又はそれよりも良好な均一性を達成する。構成Ｖ族元素のうち１つ（例えば１２００に示されているようにＰ）に混合Ｖ族前駆物質を用いるエピタキシプロセス５００のＰＬマップは、特定のＶ族元素（例えば１０００に示されているようにＰ）に水素化物Ｖ族前駆物質のみを用いるエピタキシプロセス５００のＰＬマップ（例えば１０００）よりも、実質的に均一性が高い。これは、特定のＶ族元素に混合Ｖ族前駆物質を用いるエピタキシプロセス５００によってウェーハ全体組成均一性が向上し、その結果としてデバイス歩留まりが向上したことを実証している。

【0100】

[0119] 図１０から図１２はＡｓ及びＰを含有する合金の例であるが、この概念は、２つ以上のＶ族元素を含有する任意の合金に応用される（例えば、ＧａＡｓＳｂ及びＩｎＧａＡｓＮＳｂ）。いくつかの態様において、これは、任意の組み合わせのＶ族前駆物質を用いて作製された材料のＰＬマップに当てはまる（例えば、ＡｓＨ_３、ＰＨ_３、ＮＨ_３、ＳｂＨ_３、ＴＢＰ、ＢＰＥ、ＴＭＡ、ＴＢＡ、ＭＥＡ、ＴＢＡｍ、ＤＭＨｙ、フェニルヒドラジン、ＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ、ＴＩＰＳｂ、及び／又はＢＩ－ＭＯＦ）。

【0101】

[0120] 例示的なフロー図
[0121] 図１３及び図１４は、種々の例示的な態様に従った、エピタキシャル層２１０（例えば層状構造６００）を形成するプロセスを記載するフロー図１３００、１４００を示す。本明細書で提供される開示を実行するために図１３及び図１４における全ての動作を必要とするわけではないことは認められよう。更に、動作の一部は、同時に実行すること、連続的に実行すること、及び／又は図１３及び図１４に示されたものとは異なる順序で実行することも可能である。フロー図１３００、１４００は、図１、図４、図５、図６、図９、及び図１２を参照して記載されるものとする。しかしながら、フロー図１３００、１４００はこれらの例示的な態様に限定されない。

【0102】

[0122] 図１３で示されているように、フロー図１３００は、図１、図４、図５、及び図６に示されているエピタキシャル層２１０を形成するためのプロセスを記載する。動作１３０２では、図１、図４、図５、及び図６の例で示されているように、反応器１００、１００’内にＩＩＩ族前駆物質１１２、５１２を投入する（例えば流す）。動作１３０４では、図１、図４、図５、及び図６の例で示されているように、反応器１００、１００’内に水素化物Ｖ族前駆物質１１４、５１４を投入する（例えば流す）。動作１３０６では、図１、図４、図５、及び図６の例で示されているように、反応器１００、１００’内に有機金属Ｖ族前駆物質１１６、５１６を投入して（例えば流して）、エピタキシプロセス５００でエピタキシャル層２１０を形成する。いくつかの態様では、図１、図４、図５、及び図６の例で示されているように、反応器１００、１００’内で水素化物Ｖ族前駆物質１１４、５１４及び有機金属Ｖ族前駆物質１１６、５１６を混合することができる（例えば混合Ｖ族前駆物質５２２）。

【0103】

[0123] いくつかの態様において、エピタキシャル層２１０は基板２０２上に形成され、層状構造６００（図６に示されている）を形成することができる。

【0104】

[0124] 図１４で示されているように、フロー図１４００は、図１、図４、図５、及び図６に示されているエピタキシャル層２１０を形成するためのプロセスを記載する。動作１４０２では、図１、図４、図５、及び図６の例で示されているように、水素化物Ｖ族前駆物質１１４、５１４及び有機金属Ｖ族前駆物質１１６、５１６を組み合わせて、混合Ｖ族前駆物質５２２を形成する。動作１４０４では、図１、図４、図５、及び図６の例で示されているように、反応チャンバ２００、２００’内でＩＩＩ族前駆物質１１２、５１２及び混合Ｖ族前駆物質５２２を組み合わせて、エピタキシプロセス５００でエピタキシャル層２１０を形成する。

【0105】

[0125] いくつかの態様において、エピタキシャル層２１０はＩＩＩ－Ｖ半導体層を形成することができる。いくつかの態様において、エピタキシャル層２１０は基板２０２上に形成され、層状構造６００（図６に示されている）を形成することができる。

【0106】

[0126] 本明細書における表現又は用語は限定でなく記載を目的としているので、本明細書の用語又は表現は本明細書の教示に照らして当業者によって解釈されることは理解されよう。

【0107】

[0127] 以下の例は、本開示の態様の例示であるが限定ではない。当分野に通常収まり、当業者に明らかである種々の条件及びパラメータの他の適切な変更及び適合は、本開示の精神及び範囲内にある。

【0108】

[0128] 特定の態様について上述したが、これらの態様は記載されたものとは別の手法で実施できることは認められよう。本記載は特許請求の範囲を限定することを意図していない。

【0109】

[0129] 指定された機能及びそれらの関係の実施例を示す機能的構成要素を用いて態様を記載した。これらの機能的構成要素の境界は、記載の便宜上、本明細書では任意に規定した。指定された機能及びそれらの関係が適切に実行されるならば、代替的な境界を規定することができる。

【0110】

[0130] 特定の態様についての前述の記載は、それらの態様の一般的性質を充分に明らかにするので、他の者は、当技術分野のスキル内の知識を応用することによって、過度な実験を行うことなく、それらの態様の一般概念から逸脱することなく、そのような特定の態様を様々な用途向けに容易に変更及び／又は適合することができる。従って、本明細書に提示される教示及び指導に基づき、そのような適合及び変更は、開示される態様の均等物の意味及び範囲内にあることが意図される。

【0111】

[0131] 態様の広さ及び範囲は、上述した例示的な態様のいずれによっても限定されず、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物に従ってのみ規定されなければならない。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【外国語明細書】