一种利用三氯化磷合成磷化铟外延薄膜晶片的生产工艺

技术领域

本发明涉及化合物半导体材料合成技术领域，尤其涉及一种利用三氯化磷合成磷化铟外延薄膜晶片的生产工艺。

背景技术

磷化铟是一种性能优良的具有闪锌矿结构的III-V族化合物半导体材料，其具有饱和电子漂移速度高、抗辐射能力强、导热性好、光电转换效率高、禁带宽度高等诸多优点，被广泛应用于光通信、高频毫米波器件、光电集成电路和外层空间用太阳电池等领域。

磷化铟的熔点为1070℃，在此温度下，磷化铟有很高的离解压，熔点下的离解压为2.75mpa，在此条件下，磷蒸汽压已超过10mpa，远大于磷化铟的离解压，所以将磷和铟直接在单晶炉内合成磷化铟单晶是非常困难的，一般是将高纯铟和高纯磷先合成磷化铟多晶料，然后再用磷化铟多晶料进行磷化铟单晶生长。但是，磷化铟晶片本身质地很脆，当需要使用微米级厚度的磷化铟薄片时，常见的磷化铟晶片切片无法满足需求。

由于磷和铟直接反应所需的温度、压力条件较为苛刻，导致反应过程非常敏感，易受外界干扰而失败，此外反应时间也较长。此外，传统工艺以高纯铟和高纯红磷为原料，但高纯红磷的生产工艺本身比较复杂，需要一套复杂的流程来实现，价格居高不下的高纯红磷也直接推高了磷化铟的产品成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种利用三氯化磷合成磷化铟外延晶片的生产工艺。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种利用三氯化磷合成磷化铟外延晶片的生产工艺，将石英反应管放在气相外延反应腔中，利用高纯氢气携带气态三氯化磷，与砷化镓衬底上的薄层高纯铟反应，合成磷化铟外延薄膜制品,过程分为如下步骤：

步骤一：以盛装砷化镓晶圆衬底的石英舟放置于反应腔中源区，通入高纯氢气，将系统中的空气完全置换，然后在其上快速放置适量高纯铟源；缓慢加热系统达到250℃左右，使得高纯铟完全熔化，并附着于砷化镓衬底表面；

步骤二：缓慢加热三氯化磷储罐至100~110℃，使得储罐中的三氯化磷气化；

步骤三：联通三氯化磷储罐、氢气储罐、石英反应管，通过氢气鼓泡将三氯化磷引入到石英反应管中；

步骤四：持续通入过量氢气并缓慢加热到700~800℃，保持系统压力在1Mpa；

步骤五：在上述温度和压力下，在铟源上方将持续发生如下歧化化学反应：2PCl

步骤六：向系统中持续通入常温高纯氢气，将两个温区冷却到室温，取出产物，制得磷化铟外延片薄膜成品。

本发明的有益效果为：

本发明：采用三氯化磷混合氢气，与高纯铟合成磷化铟外延晶片外延的工艺，从工艺角度来说，大大缩短了反应时间、降低了反应温度、提高了反应效率，从全流程工艺角度，液态三氯化磷的纯化难度远小于红磷的提纯，其价格也远低于高纯红磷，使用三氯化磷为原料，不仅减少了对上游原材料高纯红磷的依赖，而且降低了生产成本。

实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种利用三氯化磷合成磷化铟外延薄膜晶片的生产工艺，将石英反应管放在气相外延反应腔中，利用高纯氢气携带气态三氯化磷，与砷化镓衬底上的薄层高纯铟反应，合成磷化铟外延薄膜制品,过程分为如下步骤：

步骤一：以盛装砷化镓晶圆衬底的石英舟放置于反应腔中源区，通入高纯氢气，将系统中的空气完全置换，然后在其上快速放置适量高纯铟源；缓慢加热系统达到250℃左右，使得高纯铟完全熔化，并附着于砷化镓衬底表面；

步骤二：缓慢加热三氯化磷储罐至100~110℃，使得储罐中的三氯化磷气化；

步骤三：联通三氯化磷储罐、氢气储罐、石英反应管，通过氢气鼓泡将三氯化磷引入到石英反应管中；

步骤四：持续通入过量氢气并缓慢加热到700~800℃，保持系统压力在1Mpa；

步骤五：在上述温度和压力下，在铟源上方将持续发生如下歧化化学反应：2PCl

步骤六：向系统中持续通入常温高纯氢气，将两个温区冷却到室温，取出产物，制得磷化铟外延晶片薄膜成品。

工作原理：采用三氯化磷混合氢气，与高纯铟合成磷化铟外延晶片外延的工艺，从工艺角度来说，大大缩短了反应时间、降低了反应温度、提高了反应效率，从全流程工艺角度，液态三氯化磷的提纯难度远小于红磷的提纯，其价格也远低于高纯红磷，使用三氯化磷为原料，不仅减少了对上游原材料高纯红磷的依赖，而且降低了产品成本。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。