(57)【要約】  本開示の態様は一般に、約３０μｍ／時以上、例えば約４０、約５０、約５５、約６０、約７０、約８０μｍ／時、および約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度などの高速度でのＩＩＩ／Ｖ族材料のエピタキシャル成長のためのプロセスに関する。ＩＩＩ／Ｖ族材料または膜は、ソーラー、半導体、またはその他の電子デバイスの用途で利用されうる。ＩＩＩ／Ｖ族材料は、気相成長法プロセス中に支持基板の上または上方に配置された犠牲層上に形成または成長させられうる。その後、ＩＩＩ／Ｖ族材料は、エピタキシャルリフトオフプロセス中に支持基板から除去されうる。ＩＩＩ／Ｖ族材料は、ヒ化ガリウム、ヒ化ガリウムアルミニウム、ヒ化ガリウムインジウム、ヒ化窒化ガリウムインジウム、リン化ガリウムアルミニウムインジウム、これらのリン化物、これらの窒化物、これらの誘導体、これらの合金、またはこれらの組み合わせを含むエピタキシャル成長層の薄膜である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ上に半導体材料を形成する方法であって、
処理システム内でウェハを５５０℃〜９００℃の間の範囲内の堆積温度に加熱するステップと、
２０トル〜１０００トルの間の範囲内の全圧で、前記ウェハをガリウム前駆体ガスとアルシンとを含む堆積ガスにさらすステップと、
３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度で前記ウェハ上にヒ化ガリウムを有する一つ以上の層を堆積させるステップと
を含み、
前記一つ以上の層を含む複数の層がヒ化ガリウムセルを形成する、
方法。
【請求項２】
前記９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、前記堆積温度の前記範囲は６８０℃〜８５０℃の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記堆積ガスは、アルミニウム前駆体ガスをさらに含み、前記ヒ化ガリウム層はアルミニウムをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記アルミニウム前駆体ガスは、アルキルアルミニウム化合物を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記アルキルアルミニウム化合物は、トリメチルアルミニウムまたはトリエチルアルミニウムである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記堆積ガスは、水素とアルゴンとの混合物を含むキャリアガスをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ヒ化ガリウムセルのｎ型部分は、１ｎｍ〜２０ｎｍの間の厚さを有する犠牲層の上方に堆積され、前記犠牲層はバッファ層の上方に配置され、前記バッファ層は前記ウェハの上方に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の層はｎ型ヒ化ガリウムスタックおよびｐ型ヒ化ガリウムスタックを形成し、
前記ｎ型ヒ化ガリウムスタックは、第一パッシベーション層の上または上方に配置されたエミッタ層を有し、前記第一パッシベーション層は第一コンタクト層の上または上方に配置され、
前記ｐ型ヒ化ガリウムスタックは、第二パッシベーション層の上または上方に配置された第二コンタクト層を有し、前記第二パッシベーション層は吸収体層の上または上方に配置される、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記堆積温度の前記範囲は６００℃〜８００℃の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記全圧の前記範囲は、
２０トル〜７６０トルの間、
５０トル〜４５０トルの間、および
１００トル〜２５０トルの間
からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ウェハ上に半導体材料を形成する方法であって、
処理システム内でウェハを５５０℃〜９００℃の間の範囲内の堆積温度に加熱するステップと、
２０トル〜１０００トルの間の範囲内の全圧で、前記ウェハをガリウム前駆体ガスと、アルミニウム前駆体ガスと、アルシンとを含む堆積ガスにさらすステップと、
３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度で前記ウェハ上に一つ以上の層を堆積させるステップと
を含み、
前記一つ以上の層は、ヒ化アルミニウムガリウムを含み、前記一つ以上の層を含む複数の層がヒ化ガリウムセルを形成する、
方法。
【請求項１２】
前記９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、前記堆積温度の前記範囲は６８０℃〜８５０℃の間である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ヒ化ガリウムセルのｎ型部分は、１ｎｍ〜２０ｎｍの間の厚さを有する犠牲層の上方に堆積され、前記犠牲層はバッファ層の上方に配置され、前記バッファ層は前記ウェハの上方に配置される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の層はｎ型ヒ化ガリウムスタックおよびｐ型ヒ化ガリウムスタックを形成し、
前記ｎ型ヒ化ガリウムスタックは、第一パッシベーション層の上または上方に配置されたエミッタ層を有し、前記第一パッシベーション層は第一コンタクト層の上または上方に配置され、
前記ｐ型ヒ化ガリウムスタックは、第二パッシベーション層の上または上方に配置された第二コンタクト層を有し、前記第二パッシベーション層は吸収体層の上または上方に配置される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記堆積温度の前記範囲は６００℃〜８００℃の間である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記全圧の前記範囲は、
２０トル〜７６０トルの間、
５０トル〜４５０トルの間、および
１００トル〜２５０トルの間
からなる群より選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
ウェハ上に半導体材料を形成する方法であって、
処理システム内でウェハを５５０℃〜９００℃の間の範囲内の堆積温度に加熱するステップと、
２０トル〜１０００トルの間の範囲内の全圧で、前記ウェハをガリウム前駆体ガスと、インジウム前駆体ガスと、窒素前駆体ガスと、アルシンとを含む堆積ガスにさらすステップと、
３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度で前記ウェハ上に一つ以上の層を堆積させるステップと
を含み、
前記一つ以上の層は、ガリウムと、ヒ素と、窒素とインジウムとを含み、前記一つ以上の層を含む複数の層がヒ化ガリウムセルを形成する、
方法。
【請求項１８】
前記９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、前記堆積温度の前記範囲は６８０℃〜８５０℃の間である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記窒素前駆体ガスは、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される化合物を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記ヒ化ガリウムセルのｎ型部分は、１ｎｍ〜２０ｎｍの間の厚さを有する犠牲層の上方に堆積され、前記犠牲層はバッファ層の上方に配置され、前記バッファ層は前記ウェハの上方に配置される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の層はｎ型ヒ化ガリウムスタックおよびｐ型ヒ化ガリウムスタックを形成し、
前記ｎ型ヒ化ガリウムスタックは、第一パッシベーション層の上または上方に配置されたエミッタ層を有し、前記第一パッシベーション層は第一コンタクト層の上または上方に配置され、
前記ｐ型ヒ化ガリウムスタックは、第二パッシベーション層の上または上方に配置された第二コンタクト層を有し、前記第二パッシベーション層は吸収体層の上または上方に配置される、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記堆積温度は４００℃〜５００℃の間である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記全圧の前記範囲は、
２０トル〜７６０トルの間、
５０トル〜４５０トルの間、および
１００トル〜２５０トルの間
からなる群より選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
セルを形成する方法であって、
処理システム内でガリウムとヒ素とを含む基板を５５０℃〜９００℃の間の範囲内の温度に加熱するステップと、
前記基板をガリウム前駆体ガスとアルシンとを含む堆積ガスにさらすステップと、
前記基板の上方にガリウムとヒ素とを含むｎ型コンタクト層を堆積させるステップであって、前記ｎ型コンタクト層は１００ｎｍ以下の厚さを有する、ステップと、
前記基板の上方にガリウムと、アルミニウムと、ヒ素とを含むｎ型パッシベーション層を堆積させるステップであって、前記ｎ型パッシベーション層は１００ｎｍ以下の厚さを有する、ステップと、
前記基板の上方にガリウムとヒ素とを含むｎ型吸収体層を堆積させるステップであって、ｎ型エミッタ層は３０００ｎｍ以下の厚さを有する、ステップと、
前記基板の上方にガリウムと、アルミニウムと、ヒ素とを含むｐ型パッシベーション層を堆積させるステップであって、前記ｐ型パッシベーション層は３００ｎｍ以下の厚さを有する、ステップと、
前記基板の上方にガリウムとヒ素とを含むｐ型コンタクト層を堆積させるステップであって、前記ｐ型コンタクト層は１００ｎｍ以下の厚さを有する、ステップと
を含み、
前記ｎ型コンタクト層、前記ｎ型パッシベーション層、前記ｎ型吸収体層、前記ｐ型パッシベーション層、および前記ｐ型コンタクト層の各々は、３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度で堆積される、
方法。
【請求項２５】
前記９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度の前記範囲は６８０℃〜８５０℃の間である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度で、前記基板の上方にアルミニウムとヒ素とを含む犠牲層を堆積させるステップであって、前記犠牲層は２０ｎｍ以下の厚さを有する、ステップと、
前記犠牲層の上方に前記ｎ型コンタクト層を堆積させるステップと、
前記ｎ型コンタクト層の上方に前記ｎ型パッシベーション層を堆積させるステップと、
前記ｎ型パッシベーション層の上方に前記ｎ型吸収体層を堆積させるステップと、
ｐ型吸収体層の上方に前記ｐ型パッシベーション層を堆積させるステップと、
前記ｐ型パッシベーション層の上方に前記ｐ型コンタクト層を堆積させるステップと
をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
３０μｍ／時の堆積速度、４０μｍ／時の堆積速度、５０μｍ／時の堆積速度、５５μｍ／時の堆積速度、および６０μｍ／時の堆積速度またはそれ以上からなる群より選択される堆積速度で、前記基板上にガリウムとヒ素とを含むバッファ層を堆積させるステップであって、前記バッファ層は３００ｎｍ未満の厚さを有する、ステップと、
前記バッファ層の上方に前記犠牲層を堆積させるステップと
をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度で、前記基板の上方にアルミニウムとヒ素とを含む犠牲層を堆積させるステップであって、前記犠牲層は２０ｎｍ以下の厚さを有する、ステップ
をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度で、前記基板上にガリウムとヒ素とを含むバッファ層を堆積させるステップであって、前記バッファ層は３００ｎｍ未満の厚さを有する、ステップと、
前記バッファ層の上方に前記犠牲層を堆積させるステップと
をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記基板を堆積ガスにさらすステップは、
前記基板を４５０トル以下の全圧にさらすステップ、または
前記基板を少なくとも７８０トルの全圧にさらすステップ
をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許出願は、全体が参照により本明細書に組み込まれる２０１７年９月２７日に出願された「ＩＩＩ／Ｖ族材料の高成長速度の堆積（ＨＩＧＨ  ＧＲＯＷＴＨ  ＲＡＴＥ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＧＲＯＵＰ  ＩＩＩ／Ｖ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）」と題する米国特許非仮出願第１５／７１７，６９４号の優先権を主張する。米国特許出願第１５／７１７，６９４号は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２００９年１０月１４日に出願された仮出願シリアル番号第６１／２５１，６７７号の利益を主張する２０１０年１０月１３日に出願された非仮出願シリアル番号第１２／９０４，０９０号の一部継続出願である。これらの各出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本開示の実施態様は、一般に、ソーラー、半導体、またはその他の電子デバイスの用途のための材料を堆積させるためのプロセスに関し、特に、ＩＩＩ／Ｖ族材料のエピタキシャル成長に関する。
【背景技術】
【０００３】
ヒ化ガリウムまたはガリウムアルミニウムアルシンなどのＩＩＩ／Ｖ族材料は、化学気相成長法（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセス中のエピタキシャル成長によって堆積または形成されうる。しかし、高品質のＩＩＩ／Ｖ族材料のエピタキシャル成長は非常に遅いことが多い。通常のＣＶＤプロセスは、約１μｍ／時〜約３μｍ／時の範囲内の堆積速度でＩＩＩ／Ｖ族材料をエピタキシャルに成長させうる。エピタキシャル材料の品質は通常、堆積速度をわずかに上げることによって大幅に低下する。通常、約５μｍ／時の堆積速度で成長させたＩＩＩ／Ｖ族材料は低品質であり、結晶格子内に構造的欠陥を有し、および／またはアモルファス材料を含むことが多い。
【０００４】
したがって、高品質のエピタキシャルＩＩＩ／Ｖ族材料を（例えば少なくとも５μｍ／時を上回る）高成長速度で堆積させるための堆積プロセスが必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の実施態様は一般に、約３０μｍ／時以上、例えば約４０μｍ／時、約５０μｍ／時、約５５μｍ／時、約６０μｍ／時、約７０μｍ／時、約８０μｍ／時、または約９０〜１２０μｍ／時などの高成長速度または堆積速度でＩＩＩ／Ｖ族材料をエピタキシャル成長させるためのプロセスを説明する。本明細書で使用されるところの成長または堆積速度に関連する「上回る」という用語は、本開示の文脈の中で説明されるものを含むより高い堆積速度を指しうる。本明細書で使用されるところの「約」という用語は、公称値の±１％、±２％、±３％、±５％、±１０％、±１５％、または±２０％以内でありうるおおよその値を示しうる。さらに、本明細書で使用されるところの９０〜１２０μｍ／時の範囲は、約９０μｍ／時、約９５μｍ／時、約１００μｍ／時、約１０５μｍ／時、約１１０μｍ／時、約１１５μｍ／時、または約１２０μｍ／時を含む一つ以上の異なる成長または堆積速度を示しうる。堆積されたＩＩＩ／Ｖ族材料または膜は、ソーラー、半導体、またはその他の電子デバイスの用途で利用されうる。一部の実施態様では、ＩＩＩ／Ｖ族材料は、気相成長法プロセス中に支持基板の上または上方に配置された犠牲層上に形成または成長させられうる。その後、ＩＩＩ／Ｖ族材料は、エピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ：ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｌｉｆｔ  ｏｆｆ）プロセス中に支持基板から除去されうる。ＩＩＩ／Ｖ族材料は、ヒ化ガリウム、ヒ化ガリウムアルミニウム、ヒ化ガリウムインジウム、ヒ化窒化ガリウムインジウム、リン化ガリウムアルミニウムインジウム、これらのリン化物、これらの窒化物、これらの誘導体、これらの合金、またはこれらの組み合わせを含むエピタキシャル成長層の薄膜である。ＩＩＩ／Ｖ族材料は、ＩＩＩ／Ｖ族半導体またはＩＩＩ／Ｖ族半導体材料とも呼称されうる。
【０００６】
一実施態様では、処理システム内でウェハを約６００℃以上の堆積温度に加熱するステップと、ウェハをガリウム前駆体ガスとアルシンとを含む堆積ガスにさらすステップと、約３０μｍ／時以上の堆積速度でウェハ上にヒ化ガリウム層を堆積させるステップとを含む、ヒ化ガリウムを含むＩＩＩ／Ｖ族材料をウェハ上に形成する方法が提供される。本明細書で使用されるところの「３０μｍ／時以上」という用語は、例えば、約４０μｍ／時、約５０μｍ／時、約５５μｍ／時、約６０μｍ／時、約７０μｍ／時、約８０μｍ／時、または約９０〜１２０μｍ／時の成長または堆積速度を指しうる。さらに、本明細書で使用されるところの堆積温度に関連する「以上」という用語は、本開示の文脈の中で説明されるものを含むより高い温度を指しうる。別の実施態様では、ウェハは、処理システム内で約６５０℃以上の堆積温度に加熱され、ガリウム前駆体ガスと、アルミニウム前駆体ガスと、アルシンとを含む堆積ガスにさらされる。ヒ化ガリウムアルミニウム層を含むＩＩＩ／Ｖ族材料は、約３０μｍ／時以上の堆積速度で成長させられる。９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度の範囲は約６８０℃〜約８５０℃の間でありうる。
【０００７】
別の実施態様では、方法は、処理システム内でウェハを約６００℃以上の堆積温度に加熱するステップと、ウェハをガリウム前駆体ガスと、インジウム前駆体ガスと、アルシンとを含む堆積ガスにさらすステップと、約３０μｍ／時以上の堆積速度（例えば９０〜１２０μｍ／時の堆積速度）でウェハ上にＩＩＩ／Ｖ族層または材料を堆積させるステップとを含む。ＩＩＩ／Ｖ族層または材料は、ガリウム、ヒ素、およびインジウムを含む。一例では、堆積温度は約６５０℃〜約８００℃の範囲内である。一部の例では、ガリウム前駆体ガスはトリメチルガリウムを含み、インジウム前駆体ガスはトリメチルインジウムを含む。９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度の範囲は約６８０℃〜約８５０℃の間でありうる。
【０００８】
一部の実施態様では、堆積速度または成長速度は、約５０μｍ／時以上、好ましくは約５５μｍ／時以上、より好ましくは約６０μｍ／時以上（例えば９０〜１２０μｍ／時の堆積速度）など、約４０μｍ／時以上でありうる。他の実施態様では、堆積温度は約６００℃以上であり得、または約７００℃以上であり得、または約８００℃以上であり得、または約８５０℃でありうる。一部の例では、堆積温度は約５５０℃〜約９００℃の範囲内でありうる。他の例では、堆積温度は約６００℃〜約８００℃の範囲内でありうる。他の例では、堆積温度は約６５０℃〜約７５０℃の範囲内でありうる。他の例では、堆積温度は約６５０℃〜約７２０℃の範囲内でありうる。９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度の範囲は約６８０℃〜約８５０℃の間でありうる。
【０００９】
別の実施態様では、方法は、処理システム内でウェハを約６００℃以上の堆積温度に加熱するステップと、ウェハをガリウム前駆体ガスと、インジウム前駆体ガスと、窒素前駆体ガスと、アルシンとを含む堆積ガスにさらすステップと、約３０μｍ／時以上の堆積速度（例えば９０〜１２０μｍ／時の堆積速度）でウェハ上にＩＩＩ／Ｖ族層または材料を堆積させるステップとを含み、ＩＩＩ／Ｖ族層または材料は、ガリウム、ヒ素、インジウム、および窒素を含む。窒素前駆体ガスは、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、これらの誘導体、またはこれらの組み合わせを含みうる。一例では、窒素前駆体ガスはジメチルヒドラジンを含む。別の例では、窒素前駆体ガスはヒドラジンを含む。一部の例では、ガリウム前駆体ガスはトリメチルガリウムを含み、インジウム前駆体ガスはトリメチルインジウムを含む。９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度の範囲は約６８０℃〜約８５０℃の間でありうる。
【００１０】
別の実施態様では、方法は、処理システム内でウェハを約６００℃以上の堆積温度に加熱するステップと、ウェハをガリウム前駆体ガスと、インジウム前駆体ガスと、アルミニウム前駆体と、リン前駆体とを含む堆積ガスにさらすステップと、約３０μｍ／時以上の堆積速度（例えば９０〜１２０μｍ／時の堆積速度）でウェハ上にＩＩＩ／Ｖ族層または材料を堆積させるステップとを含み、ＩＩＩ／Ｖ族層または材料は、ガリウム、インジウム、アルミニウム、およびリンを含む。一例では、ガリウム前駆体はトリメチルガリウムを含み、アルミニウム前駆体はトリメチルアルミニウムを含み、インジウム前駆体はトリメチルインジウムを含み、リン前駆体はホスフィンを含む。９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度の範囲は約６８０℃〜約８５０℃の間でありうる。
【００１１】
本開示の上記の特徴が詳細に理解されうるように、以上に簡潔に要約された本開示のより具体的な説明が、実施態様を参照することにより得られ、そのいくつかが添付の図面に示される。ただし、本開示は他の同等に有効な実施態様を認めうるため、添付の図面は本開示の典型的な実施態様を示すにすぎず、したがって本開示の範囲を限定するものと見なされてはならないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書の一部の実施態様によって説明されるところの様々なＩＩＩ／Ｖ族層を含むヒ化ガリウムスタックの例を示した図である。
【図２】本明細書の一部の実施態様において説明されるところのウェハ上に半導体材料を形成する方法の例を示した図である。
【図３】本明細書の一部の実施態様において説明されるところのウェハ上に半導体材料を形成する別の方法の例を示した図である。
【図４】本明細書の一部の実施態様において説明されるところのウェハ上に半導体材料を形成するさらに別の方法の例を示した図である。
【図５】本明細書の一部の実施態様において説明されるところのセルを形成する方法の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明は、通常の技術を有する当業者が本開示を作製および使用できるようにするために提示され、特許出願およびその要件の文脈で提供される。本明細書に記載される好ましい実施態様ならびに一般的な原理および特徴に対する様々な修正が、当業者には容易に明らかになるであろう。したがって、本開示は、示された実施態様に限定されることを意図するものではなく、本明細書に記載された原理および特徴と調和する最も広い範囲が与えられねばならない。
【００１４】
本開示の実施態様は一般に、約３０μｍ／時以上、例えば約４０μｍ／時、約５０μｍ／時、約５５μｍ／時、約６０μｍ／時、約７０μｍ／時、約８０μｍ／時、または約９０〜１２０μｍ／時などの高成長速度でＩＩＩ／Ｖ族材料をエピタキシャル成長させるためのプロセスを説明する。堆積されたＩＩＩ／Ｖ族材料または膜は、ソーラー、半導体、またはその他の電子デバイスの用途で利用されうる。これらの電子デバイスの用途は、光電子デバイス、コンポーネント、またはモジュールに関連する用途を含みうる。一部の実施態様では、ＩＩＩ／Ｖ族材料は、気相成長法プロセス中に支持基板の上、上方に配置された犠牲層上に形成または成長させられうる。その後、ＩＩＩ／Ｖ族材料は、例えばエピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）プロセス中に支持基板から除去されうる。ＩＩＩ／Ｖ族材料は、ヒ化ガリウム、ヒ化ガリウムアルミニウム、ヒ化ガリウムインジウム、ヒ化窒化ガリウムインジウム、リン化ガリウムアルミニウムインジウム、これらのリン化物、これらの窒化物、これらの誘導体、これらの合金、またはこれらの組み合わせを含むエピタキシャル成長層の薄膜である。
【００１５】
一実施態様では、処理システム内でウェハを約５５０℃以上の堆積温度に加熱するステップと、ウェハをガリウム前駆体ガスとアルシンとを含む堆積ガスにさらすステップと、約３０μｍ／時以上の堆積速度でウェハ上にヒ化ガリウム層を堆積させるステップとを含む、ヒ化ガリウムを含むＩＩＩ／Ｖ族材料をウェハ上に形成する方法が提供される。
【００１６】
別の実施態様では、処理システム内でウェハを約６５０℃以上の堆積温度に加熱するステップと、ウェハをガリウム前駆体ガスと、アルミニウム前駆体ガスと、アルシンとを含む堆積ガスにさらすステップと、約３０μｍ／時以上の堆積速度でヒ化ガリウムアルミニウム層を堆積させるステップとを含む、ヒ化ガリウムアルミニウムを含むＩＩＩ／Ｖ族材料を形成する方法が提供される。一例では、ＩＩＩ／Ｖ族材料は、化学式Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを有するｎ型ヒ化ガリウムアルミニウム層を含む。
【００１７】
別の実施態様では、処理システム内でウェハを約６００℃以上の堆積温度に加熱するステップと、ウェハをガリウム前駆体ガスと、インジウム前駆体ガスと、アルシンとを含む堆積ガスにさらすステップと、約３０μｍ／時以上の堆積速度でウェハ上にＩＩＩ／Ｖ族層を堆積させるステップとを含む、ウェハまたは基板上にＩＩＩ／Ｖ族材料を形成する方法が提供される。ＩＩＩ／Ｖ族層は、ガリウム、ヒ素、およびインジウムを含む。一例では、堆積温度は約６５０℃〜約８００℃の範囲内である。一部の例では、ガリウム前駆体ガスはトリメチルガリウムを含み、インジウム前駆体ガスはトリメチルインジウムを含む。
【００１８】
別の実施態様では、処理システム内でウェハを約６００℃以上の堆積温度に加熱するステップと、ウェハをガリウム前駆体ガスと、インジウム前駆体ガスと、窒素前駆体ガスと、アルシンとを含む堆積ガスにさらすステップと、約３０μｍ／時以上の堆積速度でウェハ上にＩＩＩ／Ｖ族層を堆積させるステップとを含む、ウェハまたは基板上にＩＩＩ／Ｖ族材料を形成する方法であって、ＩＩＩ／Ｖ族層は、ガリウム、ヒ素、インジウム、および窒素を含む、方法が提供される。窒素前駆体ガスは、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、これらの誘導体、またはこれらの組み合わせを含みうる。一例では、窒素前駆体ガスはジメチルヒドラジンを含む。別の例では、窒素前駆体ガスはヒドラジンを含む。一部の例では、ガリウム前駆体ガスはトリメチルガリウムを含み、インジウム前駆体ガスはトリメチルインジウムを含む。
【００１９】
別の実施態様では、処理システム内でウェハを約６００℃以上の堆積温度に加熱するステップと、ウェハをガリウム前駆体ガスと、インジウム前駆体ガスと、アルミニウム前駆体と、リン前駆体とを含む堆積ガスにさらすステップと、約３０μｍ／時以上の堆積速度でウェハ上にＩＩＩ／Ｖ族層を堆積させるステップとを含む、ウェハまたは基板上にＩＩＩ／Ｖ族材料を形成する方法であって、ＩＩＩ／Ｖ族層は、ガリウム、インジウム、アルミニウム、およびリンを含む、方法が提供される。一例では、ガリウム前駆体はトリメチルガリウムを含み、アルミニウム前駆体はトリメチルアルミニウムを含み、インジウム前駆体はトリメチルインジウムを含み、リン前駆体はホスフィンを含む。
【００２０】
一部の実施態様では、堆積速度または成長速度は、約５０μｍ／時以上、好ましくは約５５μｍ／時以上、より好ましくは約６０μｍ／時以上（例えば約７０μｍ／時、約８０μｍ／時、または約９０〜１２０μｍ／時）など、約４０μｍ／時以上でありうる。他の実施態様では、堆積温度は約６００℃以上であり得、または約７００℃以上であり得、または約８００℃以上であり得、または約８５０℃でありうる。一部の例では、堆積温度は約５５０℃〜約９００℃の範囲内でありうる。他の例では、堆積温度は約６００℃〜約８００℃の範囲内でありうる。他の例では、堆積温度は約６５０℃〜約７５０℃の範囲内でありうる。他の例では、温度は約６５０℃〜約７２０℃の範囲内でありうる。約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度の場合など、他の例では、堆積温度は約６８０℃〜約８５０℃の範囲内でありうる。
【００２１】
ガリウム前駆体ガスは、アルキルガリウム化合物を含みうる。一例では、アルキルガリウム化合物は、トリメチルガリウムまたはトリエチルガリウムでありうる。一部の実施態様では、堆積ガスはアルミニウム前駆体ガスをさらに含み得、ヒ化ガリウム層はアルミニウムをさらに含む。アルミニウム前駆体ガスは、トリメチルアルミニウムまたはトリエチルアルミニウムなどのアルキルアルミニウム化合物を含みうる。他の実施態様では、堆積ガスは、アルシンおよびガリウム前駆体ガスを、約３以上、または約４以上でありうる、または約５以上でありうる、または約６以上でありうる、または約７以上でありうるアルシン／ガリウム前駆体比で含む。一部の例では、アルシン／ガリウム前駆体比は、約５〜約１０の範囲内でありうる。他の実施態様では、ＩＩＩ／Ｖ族材料は、約３０：１、または４０：１、または５０：１、または６０：１、またはそれ以上のＶ族前駆体対ＩＩＩ族前駆体の比を含む堆積ガスから形成または成長させられうる。一部の例では、堆積ガスは約５０：１のホスフィン／ＩＩＩ族前駆体を有する。
【００２２】
処理システムは、約２０トル〜約１，０００トルの範囲内の内部圧力を有しうる。一部の実施態様では、内部圧力は、約７６０トル〜約１，０００トルの範囲内など、周囲圧力以上でありうる。一部の例では、内部圧力は、約８００トル〜約１，０００トルの範囲内でありうる。他の例では、内部圧力は、約８００トル〜約８５０トルなど、約７８０トル〜約９００トルの範囲内である。他の実施態様では、内部圧力は、約２０トル〜約７６０トル、好ましくは約５０トル〜約４５０トル、より好ましくは約１００トル〜約２５０トルの範囲内など、周囲圧力以下でありうる。
【００２３】
一部の実施態様では、堆積ガスはキャリアガスをさらに含む。キャリアガスは、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、水素と窒素との混合物、アルゴン、ヘリウム、またはこれらの組み合わせを含みうる。多くの例では、キャリアガスは、水素、窒素、または水素と窒素との混合物を含む。
【００２４】
一般に、堆積プロセスで使用される様々なガスの流量は、プロセスに使用される化学気相成長法（例えば金属有機化学気相成長法またはＭＯＣＶＤ）ツールに依存しうる。
【００２５】
図１は、本明細書に記載の実施態様による高成長速度堆積プロセスによって形成されうる複数のＩＩＩ／Ｖ族材料または層を含むヒ化ガリウムスタック１００を示す。例えば、ＩＩＩ／Ｖ族材料または層の一つ以上は、約３０μｍ／時、約４０μｍ／時、約５０μｍ／時、約５５μｍ／時、約６０μｍ／時、約７０μｍ／時、約８０μｍ／時、約９０μｍ／時、約９５μｍ／時、約１００μｍ／時、約１０５μｍ／時、約１１０μｍ／時、約１１５μｍ／時、および約１２０μｍ／時の堆積速度のうちのいずれか一つで成長または堆積させられうる。ＩＩＩ／Ｖ族材料の複数の層のいくつかは、ヒ化ガリウムスタック１００内のヒ化ガリウムセル１１０を形成する。図１は、ヒ化ガリウムスタック１００が、ウェハ１１２の上または上方に配置されたバッファ層１１４の上または上方に配置された犠牲層１１６の上または上方に配置されたヒ化ガリウムセル１１０を含むことを示す。
【００２６】
ウェハ１１２は、ＩＩＩ／Ｖ族材料を含む支持基板であり得、様々な元素がドープされうる。一般に、ウェハ１１２は、ヒ化ガリウム、その合金、その誘導体を含み、ｎドープ基板またはｐドープ基板でありうる。多くの例では、ウェハ１１２は、ヒ化ガリウム基板またはヒ化ガリウム合金基板である。ヒ化ガリウム基板またはウェハは、約５．７３×１０−６℃−１の熱膨張係数を有しうる。
【００２７】
バッファ層１１４は、ヒ化ガリウム、その合金、そのドーパント、またはその誘導体を含むヒ化ガリウムバッファ層でありうる。バッファ層１１４は、約２００ｎｍまたは約３００ｎｍなど、約１００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の厚さを有しうる。
【００２８】
ＥＬＯ剥離層とも呼称される犠牲層１１６は、ヒ化アルミニウム、その合金、その誘導体、またはこれらの組み合わせを含みうる。犠牲層１１６は、約２０ｎｍ以下の厚さを有しうる。一部の例では、犠牲層１１６の厚さは、約５ｎｍ〜約２０ｎｍなど、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲内、または他の例では約４ｎｍ〜約６ｎｍなど、約１ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲内でありうる。
【００２９】
ヒ化ガリウムセル１１０は、ｐ型ヒ化ガリウムスタック１３０の上または上方に配置されたｎ型ヒ化ガリウムスタック１２０をさらに含む。ｎ型ヒ化ガリウムスタック１２０は、通常、様々なｎ型ドープ材料の複数の層を含む。一実施態様では、ｎ型ヒ化ガリウムスタック１２０は、コンタクト層１２２の上または上方に配置されたパッシベーション層１２４の上または上方に配置されたエミッタ層１２６を含む。一実施態様では、ｎ型ヒ化ガリウムスタック１２０は、約２００ｎｍ〜約１，３００ｎｍの範囲内の厚さを有しうる。
【００３０】
コンタクト層１２２は、ヒ化ガリウム、その合金、そのドーパント、またはその誘導体を含むヒ化ガリウムコンタクト層でありうる。一部の例では、コンタクト層１２２はｎ型ヒ化ガリウム材料を含む。コンタクト層１２２は、約１０ｎｍまたは約５０ｎｍなど、約５ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲内の厚さを有しうる。
【００３１】
フロントウィンドウとも呼称されるパッシベーション層１２４は、一般に、ヒ化アルミニウムガリウム、その合金、その誘導体、またはこれらの組み合わせを含む。多くの例では、パッシベーション層１２４はｎ型ヒ化アルミニウムガリウム材料を含む。一例では、パッシベーション層１２４は、化学式Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを有するｎ型ヒ化アルミニウムガリウム材料を含む。パッシベーション層１２４は、約１０ｎｍまたは約５０ｎｍなど、約５ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲内の厚さを有しうる。
【００３２】
エミッタ層１２６は、ヒ化ガリウム、その合金、その誘導体、またはこれらの組み合わせを含みうる。多くの例では、エミッタ層１２６はｎ型ヒ化ガリウム材料を含む。エミッタ層１２６は、約１００ｎｍ〜約３０００ｎｍの範囲内の厚さを有しうる。一部の例では、エミッタ層１２６の厚さは、約２００ｎｍ〜約４００ｎｍなど、約１００ｎｍ〜約６００の範囲内、または他の例では約８００ｎｍ〜約１，０００ｎｍなど、約６００ｎｍ〜約１，２００ｎｍの範囲内でありうる。
【００３３】
ｐ型ヒ化ガリウム層またはスタック１３０は、通常、様々なｐ型ドープ材料の複数の層を含む。一実施態様では、ｐ型ヒ化ガリウムスタック１３０は、吸収体層１３２の上または上方に配置されたパッシベーション層１３４の上または上方に配置されたコンタクト層１３６を含む。代替的実施態様では、吸収体層１３２はｐ型ヒ化ガリウムスタック１３０に存在しない。したがって、ｐ型ヒ化ガリウムスタック１３０は、パッシベーション層１３４の上または上方に配置されたコンタクト層１３６を含み、パッシベーション層１３４は、ｎ型ヒ化ガリウムスタック１２０、エミッタ層１２６、または他の層の上または上方に配置されうる。一実施態様では、ｐ型ヒ化ガリウムスタック１３０は、約１００ｎｍ〜約３，０００ｎｍの範囲内の厚さを有しうる。
【００３４】
吸収体層１３２は、ヒ化ガリウム、その合金、その誘導体、またはこれらの組み合わせを含みうる。多くの例では、吸収体層１３２はｐ型ヒ化ガリウム材料を含む。一実施態様では、吸収体層１３２は、約１ｎｍ〜約３，０００ｎｍの範囲内の厚さを有しうる。一部の例では、吸収体層１３２の厚さは、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍなど、約１ｎｍ〜約１，０００の範囲内、または他の例では約１，１００ｎｍ〜約２，０００ｎｍなど、約１，０００ｎｍ〜約３，０００ｎｍの範囲内でありうる。一部の例では、吸収体層１３２の厚さは、約２００ｎｍ〜約４００ｎｍなど、約１００ｎｍ〜約６００の範囲内、または他の例では約８００ｎｍ〜約１，０００ｎｍなど、約６００ｎｍ〜約１，２００ｎｍの範囲内でありうる。
【００３５】
リアウィンドウとも呼称されるパッシベーション層１３４は、一般に、ヒ化アルミニウムガリウム、その合金、その誘導体、またはこれらの組み合わせを含む。多くの例では、パッシベーション層１３４はｐ型ヒ化アルミニウムガリウム材料を含む。一例では、パッシベーション層１３４は、化学式Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを有するｐ型ヒ化アルミニウムガリウム材料を含む。パッシベーション層１３４は、約５０ｎｍまたは約３００ｎｍなど、約２５ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲内の厚さを有しうる。
【００３６】
コンタクト層１３６は、ヒ化ガリウム、その合金、そのドーパント、またはその誘導体を含むｐ型ヒ化ガリウムコンタクト層でありうる。一部の例では、コンタクト層１３６はｐ型ヒ化ガリウム材料を含む。コンタクト層１３６は、約１０ｎｍまたは約５０ｎｍなど、約５ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲内の厚さを有しうる。
【００３７】
本明細書に記載のＩＩＩ／Ｖ族材料を堆積または形成するための堆積プロセスの態様は、例えばシングルウェハ堆積チャンバ、マルチウェハ堆積チャンバ、静止堆積チャンバ、または連続フィード堆積チャンバなどの処理システム内で実施されうる。ＩＩＩ／Ｖ族材料を堆積または形成するために利用されうる一つの連続フィード堆積チャンバは、同一出願人による２００９年５月２９日に出願された米国特許出願シリアル番号第１２／４７５，１３１号（「化学気相成長法リアクタの方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｒｅａｃｔｏｒ）」と題する）、および２００９年５月２９日に出願され米国特許第８，６０２，７０７号として発行された米国特許出願シリアル番号第１２／４７５，１６９号（「化学気相成長法リアクタの方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｒｅａｃｔｏｒ）」と題する）に記載され、これらのそれぞれは参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【実施例】
【００３８】
一実施態様では、シャワーヘッドに進入または通過する前に、ガスマニホルド内で二つ、三つ、またはそれ以上の化学前駆体を合わせるかまたは混合することにより、堆積ガスを形成しうる。別の実施態様では、シャワーヘッドを通過した後に、反応ゾーン内で二つ、三つ、またはそれ以上の化学前駆体を合わせるかまたは混合することにより、堆積ガスを形成しうる。堆積ガスは、一つ、二つまたはそれ以上のキャリアガスを含んでもよく、これらもシャワーヘッドを通過する前または後に前駆体ガスと合わせられるかまたは混合されうる。キャリアガスは、水素、窒素、アルゴン、またはこれらの組み合わせでありうる。堆積チャンバの内部圧力は、約２５０トル〜約４５０トルの範囲内でありうる。
【００３９】
実施例１‐ＧａＡｓ
一例では、ガリウム前駆体（例えばＴＭＧ）とヒ素前駆体（例えばアルシン）とを合わせることにより堆積ガスを形成しうる。基板を堆積温度に加熱し、堆積ガスにさらしうる。堆積温度は広い範囲を有しうる。一例では、堆積温度は、約６５０℃〜約７５０℃または約６５０℃〜約７２０℃など、約６００℃〜約８００℃の範囲内でありうる。一例では、堆積ガスは、約２，０００ｃｃの水素ガス（Ｈ２）中の約１００ｃｃのアルシンと、約２００ｃｃのＴＭＧ／Ｈ２の混合物（Ｈ２中約１０％のＴＭＧ）とを含みうる。ＩＩＩ／Ｖ族材料は、ガリウムおよびヒ素を含み、約４０μｍ／時以上、好ましくは約５０μｍ／時以上、好ましくは約５５μｍ／時以上、より好ましくは約６０μｍ／時以上など、約３０μｍ／時以上の速度で堆積させうる。一例では、約６０μｍ／時を上回る堆積速度は、約７０μｍ／時、約８０μｍ／時、または約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度を含みうる。約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度は約６８０℃〜約８５０℃の範囲内でありうる。
【００４０】
実施例２‐ＧａＡｌＡｓ
別の例では、ガリウム前駆体（例えばＴＭＧ）と、アルミニウム前駆体（例えばＴＭＡ）と、ヒ素前駆体（例えばアルシン）とを合わせることにより堆積ガスを形成しうる。基板を堆積温度に加熱し、堆積ガスにさらしうる。堆積温度は広い範囲を有しうる。一例では、堆積温度は約６００℃〜約８００℃の範囲内でありうる。一例では、堆積ガスは、約２，０００ｃｃの水素ガス中約１００ｃｃのアルシンと、約２００ｃｃのＴＭＧ／Ｈ２の混合物（Ｈ２中約１０％のＴＭＧ）と、約２００ｃｃのＴＭＡ／Ｈ２（Ｈ２中約１％のＴＭＡ）とを含みうる。ＩＩＩ／Ｖ族材料は、ガリウム、アルミニウム、およびヒ素を含み、約４０μｍ／時以上、好ましくは約５０μｍ／時以上、好ましくは約５５μｍ／時以上、より好ましくは約６０μｍ／時以上など、約３０μｍ／時以上の速度で堆積させうる。一例では、約６０μｍ／時を上回る堆積速度は、約７０μｍ／時、約８０μｍ／時、または約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度を含みうる。約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度は約６８０℃〜約８５０℃の範囲内でありうる。
【００４１】
実施例３‐ＡｌＧａＩｎＰ
別の実施例では、ガリウム前駆体（例えばＴＭＧ）と、アルミニウム前駆体（例えばＴＭＡ）と、インジウム前駆体（例えばトリメチルインジウム‐ＴＭＩ）と、リン前駆体（例えばホスフィン‐ＰＨ３）とを合わせることによって堆積ガスを形成しうる。基板を堆積温度に加熱し、堆積ガスにさらしうる。堆積温度は広い範囲を有しうる。一例では、堆積温度は約６００℃〜約８００℃の範囲内でありうる。一例では、堆積ガスは、約２００ｃｃのＴＭＧ／Ｈ２の混合物（Ｈ２中約１０％のＴＭＧ）と、約２００ｃｃのＴＭＡ／Ｈ２（Ｈ２中約１％のＴＭＡ）と、約２００ｃｃのＴＭＩ／Ｈ２（Ｈ２中約１％のＴＭＩ）と、約２，０００ｃｃの水素ガス中の約１００ｃｃのホスフィンとを含みうる。ＩＩＩ／Ｖ族材料は、ガリウム、アルミニウム、インジウム、およびリンを含み、約４０μｍ／時以上、好ましくは約５０μｍ／時以上、好ましくは約５５μｍ／時以上、より好ましくは約６０μｍ／時以上など、約３０μｍ／時以上の速度で堆積させうる。一例では、約６０μｍ／時を上回る堆積速度は、約７０μｍ／時、約８０μｍ／時、または約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度を含みうる。約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度は約６８０℃〜約８５０℃の範囲内でありうる。
【００４２】
実施例４‐ＧａＩｎＡｓ
別の例では、ガリウム前駆体（例えばＴＭＧ）と、インジウム前駆体（例えばトリメチルインジウム）と、ヒ素前駆体（例えばアルシン）とを合わせることにより堆積ガスを形成しうる。基板を堆積温度に加熱し、堆積ガスにさらしうる。堆積温度は広い範囲を有しうる。一例では、堆積温度は約６００℃〜約８００℃の範囲内でありうる。一例では、堆積ガスは、約２，０００ｃｃの水素ガス中の約１００ｃｃのアルシンと、約２００ｃｃのＴＭＧ／Ｈ２の混合物（Ｈ２中約１０％のＴＭＧ）と、約２００ｃｃのＴＭＩ／Ｈ２（Ｈ２中約１％のＴＭＩ）とを含みうる。ＩＩＩ／Ｖ族材料は、ガリウム、インジウム、およびヒ素を含み、約４０μｍ／時以上、好ましくは約５０μｍ／時以上、好ましくは約５５μｍ／時以上、より好ましくは約６０μｍ／時以上など、約３０μｍ／時以上の速度で堆積させうる。一例では、約６０μｍ／時を上回る堆積速度は、約７０μｍ／時、約８０μｍ／時、または約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度を含みうる。約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度は約６８０℃〜約８５０℃の範囲内でありうる。
【００４３】
実施例５‐ＧａＩｎＡｓＮ
別の例では、ガリウム前駆体（例えばＴＭＧ）と、インジウム前駆体（例えばトリメチルインジウム）と、ヒ素前駆体（例えばアルシン）と、窒素前駆体（例えばジメチルヒドラジンまたはヒドラジン）とを合わせることにより堆積ガスを形成しうる。基板を堆積温度に加熱し、堆積ガスにさらしうる。堆積温度は広い範囲を有しうる。一例では、堆積温度は、約４５０℃など、約４００℃〜約５００℃の範囲内でありうる。一例では、堆積ガスは、約２，０００ｃｃの水素ガス中の約１０ｃｃのアルシンと、約２００ｃｃのＴＭＧ／Ｈ２の混合物（Ｈ２中約１０％のＴＭＧ）と、約２００ｃｃのＴＭＩ／Ｈ２（Ｈ２中約１％のＴＭＩ）と、約１，０００ｃｃの水素ガス中の約１００ｃｃのジメチルヒドラジンとを含みうる。ＩＩＩ／Ｖ族材料は、ガリウム、インジウム、アルミニウム、ヒ素、および窒素を含み、約４０μｍ／時以上、好ましくは約５０μｍ／時以上、好ましくは約５５μｍ／時以上、より好ましくは約６０μｍ／時以上など、約３０μｍ／時以上の速度で堆積させうる。一例では、約６０μｍ／時を上回る堆積速度は、約７０μｍ／時、約８０μｍ／時、または約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度を含みうる。約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度は約６８０℃〜約８５０℃の範囲内でありうる。
【００４４】
実施例６‐ＧａＩｎＡｓＰ
別の実施例では、ガリウム前駆体（例えばＴＭＧ）と、インジウム前駆体（例えばトリメチルインジウム）と、ヒ素前駆体（例えばアルシン）と、リン前駆体（例えばホスフィン‐ＰＨ３）とを合わせることによって堆積ガスを形成しうる。基板を堆積温度に加熱し、堆積ガスにさらしうる。堆積温度は広い範囲を有しうる。一例では、堆積温度は約６００℃〜約８００℃の範囲内でありうる。一例では、堆積ガスは、約２，０００ｃｃの窒素ガス中の約１００ｃｃのアルシンと、約２００ｃｃのＴＭＧ／Ｈ２の混合物（Ｈ２中約１０％のＴＭＧ）と、約２００ｃｃのＴＭＩ／Ｈ２（Ｈ２中約１％のＴＭＩ）と、約２，０００ｃｃの水素ガス中の約１００ｃｃのホスフィンとを含みうる。ＩＩＩ／Ｖ族材料は、ガリウム、インジウム、ヒ素、およびリンを含み、約４０μｍ／時以上、好ましくは約５０μｍ／時以上、好ましくは約５５μｍ／時以上、より好ましくは約６０μｍ／時以上など、約３０μｍ／時以上の速度で堆積させうる。一例では、約６０μｍ／時を上回る堆積速度は、約７０μｍ／時、約８０μｍ／時、または約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度を含みうる。約９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度は約６８０℃〜約８５０℃の範囲内でありうる。
【００４５】
上述の例では、「ｃｃ」という用語は立方センチメートルを指し得、標準時立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ：ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｕｂｉｃ  ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）などの流量（ｆｌоｗ）または流量単位に対応しうる。
【００４６】
図２は、本明細書の一部の実施態様において説明されるところのウェハ上に半導体材料を形成する方法２００の例を示した図である。
【００４７】
ブロック２１０で、方法２００は、処理システム内でウェハを５５０℃〜９００℃の間の範囲内の堆積温度に加熱するステップを含む。
【００４８】
ブロック２２０で、方法２００は、２０トル〜１０００トルの間の範囲内の全圧で、ウェハをガリウム前駆体ガスとアルシンとを含む堆積ガスにさらすステップを含む。
【００４９】
ブロック２３０で、方法２００は、３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度でウェハ上にヒ化ガリウムを有する一つ以上の層を堆積させるステップを含み、一つ以上の層を含む複数の層がヒ化ガリウムセルを形成する。
【００５０】
方法２００の一態様において、９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度の範囲は６８０℃〜８５０℃の間でありうる。
【００５１】
方法２００の別の態様では、堆積ガスはアルミニウム前駆体ガスをさらに含み得、ヒ化ガリウム層はアルミニウムをさらに含みうる。アルミニウム前駆体ガスは、アルキルアルミニウム化合物を含みうる。アルキルアルミニウム化合物は、トリメチルアルミニウムまたはトリエチルアルミニウムでありうる。
【００５２】
方法２００の別の態様では、堆積ガスは、水素とアルゴンとの混合物を含むキャリアガスをさらに含みうる。
【００５３】
方法２００の別の態様では、ヒ化ガリウムセルのｎ型部分が１ｎｍ〜２０ｎｍの間の厚さを有する犠牲層の上方に堆積され、犠牲層はバッファ層の上方に配置され、バッファ層はウェハの上方に配置される。
【００５４】
方法２００の別の態様では、複数の層はｎ型ヒ化ガリウムスタックおよびｐ型ヒ化ガリウムスタックを形成し、ｎ型ヒ化ガリウムスタックは、第一パッシベーション層の上または上方に配置されたエミッタ層を有し、第一パッシベーション層は第一コンタクト層の上または上方に配置され、ｐ型ヒ化ガリウムスタックは、第二パッシベーション層の上または上方に配置された第二コンタクト層を有し、第二パッシベーション層は吸収体層の上または上方に配置される。
【００５５】
方法２００の別の態様において、堆積温度の範囲は６００℃〜８００℃の間でありうる。
【００５６】
方法２００の別の態様では、全圧の範囲は、２０トル〜７６０トルの間、５０トル〜４５０トルの間、および１００トル〜２５０トルの間からなる群より選択されうる。
【００５７】
図３は、本明細書の一部の実施態様において説明されるところのウェハ上に半導体材料を形成する方法３００の例を示した図である。
【００５８】
ブロック３１０で、方法３００は、処理システム内でウェハを５５０℃〜９００℃の間の範囲内の堆積温度に加熱するステップを含む。
【００５９】
ブロック３２０で、方法３００は、２０トル〜１０００トルの間の範囲内の全圧で、ウェハをガリウム前駆体ガスと、アルミニウム前駆体ガスと、アルシンとを含む堆積ガスにさらすステップを含む。
【００６０】
ブロック３３０で、方法３００は、３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度でウェハ上に一つ以上の層を堆積させるステップを含み、一つ以上の層は、ヒ化アルミニウムガリウムを含み、一つ以上の層を含む複数の層がヒ化ガリウムセルを形成する。
【００６１】
方法３００の一態様において、９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度の範囲は６８０℃〜８５０℃の間である。
【００６２】
方法３００の別の態様では、ヒ化ガリウムセルのｎ型部分が１ｎｍ〜２０ｎｍの間の厚さを有する犠牲層の上方に堆積され、犠牲層はバッファ層の上方に配置され、バッファ層はウェハの上方に配置される。
【００６３】
方法３００の別の態様では、複数の層はｎ型ヒ化ガリウムスタックおよびｐ型ヒ化ガリウムスタックを形成し、ｎ型ヒ化ガリウムスタックは、第一パッシベーション層の上または上方に配置されたエミッタ層を有し、第一パッシベーション層は第一コンタクト層の上または上方に配置され、ｐ型ヒ化ガリウムスタックは、第二パッシベーション層の上または上方に配置された第二コンタクト層を有し、第二パッシベーション層は吸収体層の上または上方に配置される。
【００６４】
方法３００の別の態様において、堆積温度の範囲は６００℃〜８００℃の間でありうる。
【００６５】
方法３００の別の態様では、全圧の範囲は、２０トル〜７６０トルの間、５０トル〜４５０トルの間、および１００トル〜２５０トルの間からなる群より選択されうる。
【００６６】
図４は、本明細書の一部の実施態様において説明されるところのウェハ上に半導体材料を形成する方法４００の例を示した図である。
【００６７】
ブロック４１０で、方法４００は、処理システム内でウェハを５５０℃〜９００℃の間の範囲内の堆積温度に加熱するステップを含む。
【００６８】
ブロック４２０で、方法４００は、２０トル〜１０００トルの間の範囲内の全圧で、ウェハをガリウム前駆体ガスと、インジウム前駆体ガスと、窒素前駆体ガスと、アルシンとを含む堆積ガスにさらすステップを含む。
【００６９】
ブロック４３０で、方法４００は、３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度でウェハ上に一つ以上の層を堆積させるステップを含み、一つ以上の層は、ガリウム、ヒ素、窒素およびインジウムを含み、一つ以上の層を含む複数の層がヒ化ガリウムセルを形成する。
【００７０】
方法４００の一態様において、９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度の範囲は６８０℃〜８５０℃の間である。
【００７１】
方法４００の別の態様では、窒素前駆体ガスは、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される化合物を含む。
【００７２】
方法４００の別の態様では、ヒ化ガリウムセルのｎ型部分が１ｎｍ〜２０ｎｍの間の厚さを有する犠牲層の上方に堆積され、犠牲層はバッファ層の上方に配置され、バッファ層はウェハの上方に配置される。
【００７３】
方法４００の別の態様では、複数の層はｎ型ヒ化ガリウムスタックおよびｐ型ヒ化ガリウムスタックを形成し、ｎ型ヒ化ガリウムスタックは、第一パッシベーション層の上または上方に配置されたエミッタ層を有し、第一パッシベーション層は第一コンタクト層の上または上方に配置され、ｐ型ヒ化ガリウムスタックは、第二パッシベーション層の上または上方に配置された第二コンタクト層を有し、第二パッシベーション層は吸収体層の上または上方に配置される。
【００７４】
方法４００の別の態様において、堆積温度４００℃〜５００℃の間でありうる。
【００７５】
方法４００の別の態様では、全圧の範囲は、２０トル〜７６０トルの間、５０トル〜４５０トルの間、および１００トル〜２５０トルの間からなる群より選択されうる。
【００７６】
図５は、本明細書の一部の実施態様において説明されるところのセルを形成する方法５００の例を示した図である。
【００７７】
ブロック５１０で、方法５００は、処理システム内でガリウムとヒ素とを含む基板を５５０℃〜９００℃の間の範囲内の温度に加熱するステップを含む。
【００７８】
ブロック５２０で、方法５００は、基板をヒ化ガリウム前駆体ガスとアルシンとを含む堆積ガスにさらすステップを含む。
【００７９】
ブロック５３０で、方法５００は、基板の上方にガリウムとヒ素とを含むｎ型コンタクト層を堆積させるステップであって、ｎ型コンタクト層は１００ｎｍ以下の厚さを有する、ステップを含む。
【００８０】
ブロック５４０で、方法５００は、基板の上方にガリウムと、アルミニウムと、ヒ素とを含むｎ型パッシベーション層を堆積させるステップであって、ｎ型パッシベーション層は１００ｎｍ以下の厚さを有する、ステップを含む。
【００８１】
ブロック５５０で、方法５００は、基板の上方にガリウムとヒ素とを含むｎ型吸収体層を堆積させるステップであって、ｎ型エミッタ層は３０００ｎｍ以下の厚さを有する、ステップを含む。
【００８２】
ブロック５６０で、方法５００は、基板の上方にガリウムと、アルミニウムと、およびヒ素とを含むｐ型パッシベーション層を堆積させるステップであって、ｐ型パッシベーション層は３００ｎｍ以下の厚さを有する、ステップを含む。
【００８３】
ブロック５７０で、方法５００は、基板の上方にガリウムとヒ素とを含むｐ型コンタクト層を堆積させるステップであって、ｐ型コンタクト層は１００ｎｍ以下の厚さを有する、ステップを含み、ｎ型コンタクト層、ｎ型パッシベーション層、ｎ型吸収体層、ｐ型パッシベーション層、およびｐ型コンタクト層の各々は、３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度で堆積される。
【００８４】
方法５００の別の態様において、９０〜１２０μｍ／時の堆積速度では、堆積温度の範囲は６８０℃〜８５０℃の間である。
【００８５】
方法５００の別の態様では、本方法は、３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度で、基板の上方にアルミニウムとヒ素とを含む犠牲層を堆積させるステップであって、犠牲層は２０ｎｍ以下の厚さを有する、ステップをさらに含む。本方法は、犠牲層の上方にｎ型コンタクト層を堆積させるステップと、ｎ型コンタクト層の上方にｎ型パッシベーション層を堆積させるステップと、ｎ型パッシベーション層の上方にｎ型吸収体層を堆積させるステップと、ｐ型吸収体層の上方にｐ型パッシベーション層を堆積させるステップと、ｐ型パッシベーション層の上方にｐ型コンタクト層を堆積させるステップとをさらに含む。
【００８６】
方法５００の別の態様では、本方法は、３０μｍ／時の堆積速度、４０μｍ／時の堆積速度、５０μｍ／時の堆積速度、５５μｍ／時の堆積速度、および６０μｍ／時の堆積速度またはそれ以上からなる群より選択される堆積速度で、基板上にガリウムとヒ素とを含むバッファ層を堆積させるステップであって、バッファ層は３００ｎｍ未満の厚さを有する、ステップをさらに含む。本方法は（Ｔｈｅ  ｃａｎ）、バッファ層の上方に犠牲層を堆積させるステップをさらに含みうる。
【００８７】
方法５００の別の態様では、本方法は、３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度で、基板の上方にアルミニウムとヒ素とを含む犠牲層を堆積させるステップであって、犠牲層は２０ｎｍ以下の厚さを有する、ステップをさらに含む。
【００８８】
方法５００の別の態様では、本方法は、３０μｍ／時、４０μｍ／時、５０μｍ／時、５５μｍ／時、６０μｍ／時、７０μｍ／時、８０μｍ／時、および９０〜１２０μｍ／時の堆積速度からなる群より選択される堆積速度で、基板上にガリウムとヒ素とを含むバッファ層を堆積させるステップであって、バッファ層は３００ｎｍ未満の厚さを有する、ステップをさらに含む。本方法は、バッファ層の上方に犠牲層を堆積させるステップをさらに含みうる。
【００８９】
方法５００の別の態様では、基板を堆積ガスにさらすステップは、基板を４５０トル以下の全圧にさらすステップ、または基板を少なくとも７８０トルの全圧にさらすステップをさらに含む。
【００９０】
以上は本開示の実施態様を対象とするが、本開示の他の実施態様およびさらなる実施態様が本開示の基本的範囲から逸脱することなく考案されることができ、それらの範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２】
2020535626.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2020535626.tif 000008
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