Oblea epitaxial de semiconductor compuesto y su método de fabricación,

en el que una primera capa intermedia de silicio (52) se deposita en un sustrato de metal (51), una segunda capa intermedia de semiconductor compuesto (53) se deposita en la primera capa intermedia de silicio, una tercera capa intermedia de semiconductor compuesto (54) se deposita en la segunda capa intermedia de semiconductor compuesto, la primera capa epitaxial de semiconductor compuesto (55) se cristaliza en la tercera capa intermedia de semiconductor compuesto y se aplica un primer tratamiento térmico, la segunda capa epitaxial de semiconductor compuesto (56) se cristaliza en la primera capa epitaxial de semiconductor compuesto y, finalmente, se aplica un segundo tratamiento térmico para obtener una oblea de semiconductor compuesto (50) de buena calidad

Oblea epitaxial de semiconductor compuesto y método de fabricación de la misma.

Objeto de la invención

La presente invención hace referencia a un semiconductor compuesto y su método de fabricación y más concretamente a una oblea epitaxial de semiconductor compuesto de crecimiento sobre un sustrato de metal y su método de fabricación.

Antecedentes de la invención

Como las industrias optoelectrónicas y de comunicación avanzan rápidamente, los semiconductores compuestos del Grupo III-V como el GaAs representan un sustrato principal para la fabricación de componentes optoelectrónicos y de comunicación por la ventaja de que tienen banda prohibida directa y alta movilidad de portadores y, además, proporcionan un material con diferentes bandas prohibidas obtenidas por la reacción química de diferentes compuestos del Grupo III-V.

Los componentes optoelectrónicos y de comunicación hechos de semiconductores compuestos del Grupo III-V utilizan principalmente compuestos como arseniuro de galio (GaAs), fosfato de galio (GaP) y fosfato de indio (InP) como sustratos para el crecimiento epitaxial cuando los parámetros de red son compatibles. En la actualidad, el sustrato semiconductor compuesto del grupo III-V es preferiblemente un sustrato de GaAs o germanio con un diámetro inferior a cuatro pulgadas o un sustrato de silicio monocristalino (Si).

Sin embargo, se encuentran problemas técnicos debido a parámetros de red diferentes y a distintos coeficientes de expansión térmica entre la capa intermedia y el semiconductor compuesto del Grupo III-V. Por ejemplo, una capa intermedia de silicio y un material de GaAs tienen un 4,1% de diferencia de parámetro de red a 25ºC. Además, la diferencia de coeficientes de expansión térmica entre la capa intermedia de silicio y el material de GaAs a 25ºC equivale aproximadamente al 62%. Por lo tanto, la oblea epitaxial de semiconductor compuesto del Grupo III-V en la capa intermedia forma a menudo una dislocación de propagación en la capa epitaxial de semiconductor compuesto debido a parámetros de red diferentes y a los distintos coeficientes de expansión térmica, y da lugar a la baja de calidad de los cristales.

Por ello, los factores más importantes para conseguir la calidad de la oblea epitaxial son el método de fabricación, la estructura de la oblea epitaxial y el ciclo térmico del proceso de recocido.

Descripción de la invención

Por todo lo anterior, la presente invención pretende proporcionar una oblea epitaxial de semiconductor compuesto de alta calidad y mostrar su método de fabricación, en el que se emplea un sustrato de metal mejorado y se adoptan procedimientos también mejorados para la estructura de la oblea epitaxial y el ciclo térmico del proceso de recocido, con el objetivo de mejorar la calidad de los cristales, simplificar el proceso y reducir el coste.

Para alcanzar el objetivo indicado, la presente invención presenta un método de fabricación de una oblea epitaxial de semiconductor compuesto, que comprende los siguientes pasos: depositar una fina película de silicio en un sustrato de metal para formar una primera capa intermedia de silicio, depositar una fina película de semiconductor compuesto en la primera capa intermedia de silicio para formar una segunda capa intermedia de semiconductor compuesto, depositar una fina película de semiconductor compuesto en la segunda capa intermedia de semiconductor compuesto para formar una tercera capa intermedia de semiconductor compuesto, cristalizar una fina película de semiconductor compuesto en la tercera capa intermedia de semiconductor compuesto para formar así una primera capa epitaxial de semiconductor compuesto, aplicar un primer tratamiento térmico, cristalizar una fina película de semiconductor compuesto en la primera capa epitaxial de semiconductor compuesto para formar una segunda capa epitaxial de semiconductor compuesto, y aplicar un segundo tratamiento térmico para completar la fabricación de la oblea epitaxial de semiconductor compuesto.

Para alcanzar el objetivo indicado, la presente invención presenta una oblea epitaxial de semiconductor compuesto que consta de un sustrato de metal, una primera capa intermedia de silicio dispuesta en el sustrato de metal, una segunda capa intermedia de semiconductor compuesto dispuesta en la primera capa intermedia de silicio, una tercera capa intermedia de semiconductor compuesto dispuesta en la segunda capa intermedia de semiconductor compuesto y sometida a un primer tratamiento térmico, una primera capa epitaxial de semiconductor compuesto dispuesta en la tercera capa intermedia de semiconductor compuesto y una segunda capa epitaxial de semiconductor compuesto dispuesta en la primera capa epitaxial de semiconductor compuesto y sometida al segundo tratamiento térmico.

La segunda y la tercera capa intermedia de semiconductor compuesto, y la primera y la segunda capa epitaxial de semiconductor compuesto se hacen de un material semiconductor compuesto binario del Grupo III-V como el GaAs, AlAs, GaP, InAs y InP, o un material ternario o cuaternario consistente en el material binario.

El proceso de deposición es de tipo químico metal-orgánico por vapor y el proceso epitaxial es de haz molecular. El proceso de deposición de la primera capa intermedia de silicio se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 580-600ºC, y el grosor de la deposición equivale aproximadamente a 15 Å-25 Å. El proceso de deposición de la segunda capa intermedia de semiconductor compuesto se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 380-400ºC y el grosor de la deposición equivale aproximadamente a 10 μm-20 μm. El proceso de deposición de la tercera capa intermedia de semiconductor compuesto se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 400-450ºC, y el grosor de la deposición es aproximadamente de 50 Å-200 Å. El proceso epitaxial de la primera capa epitaxial de semiconductor compuesto se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 650ºC y el grosor epitaxial equivale aproximadamente a 1,5 μm-2 μm. Por último, el proceso epitaxial de la segunda capa epitaxial de semiconductor compuesto se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 710ºC y el grosor epitaxial aproximado es de 1,5 μm -2 μm.

Tanto el primer como el segundo tratamiento térmico son procesos de recocido consistentes en ciclos térmicos de temperatura alta/baja y tales ciclos se repiten de 4 a 8 veces.

En la presente invención, se usa un sustrato de metal de semiconductor compuesto del Grupo III-V para conseguir ventajas como el tamaño flexible del sustrato, el bajo coste, la alta disipación del calor, la alta flexibilidad y movilidad de portadores, por lo que la invención puede aplicarse extensivamente a las áreas de construcción de cortinas, coches eléctricos y productos de 3C, y se presenta con un coste mucho inferior al sustrato de semiconductor compuesto del Grupo III-V, usándose un sustrato de silicio para conseguir la alta disipación del calor y el bajo coste de producción para componentes tales como los diodos de emisión de luz, los fotodiodos, las células solares, los diodos láser o los transistores de alta potencia, etc.

En el proceso de tratamiento térmico de la invención, la primera capa intermedia de silicio y la segunda y tercera capa intermedia de semiconductor compuesto trabajan conjuntamente para reducir la probabilidad de que se produzcan dislocaciones de propagación, para obtener así una oblea epitaxial de semiconductor compuesto de mejor calidad.

Descripción de los dibujos

Para ilustrar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria 2 hojas de planos en las cuales con carácter no limitativo se ha representado lo siguiente:

La Figura 1 es una vista transversal de la oblea epitaxial de semiconductor compuesto de acuerdo con la realización preferente de la presente invención.

La Figura 2 es una vista esquemática de la temperatura de calentamiento alta/baja de un ciclo térmico de recocido de acuerdo con la realización preferente de la presente invención.

La Figura 3 muestra una curva de balanceo metamórfica a rayos x de una oblea epitaxial de semiconductor compuesto de acuerdo con la realización preferente de la presente invención.

La Figura 4 es una vista transversal de una oblea epitaxial de celda solar de acuerdo con otra realización preferente de la invención.

Descripción...

1. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, que consta de los siguientes pasos: depositar una fina película de silicio en un sustrato de metal para formar una primera capa intermedia de silicio; depositar una fina película de semiconductor compuesto en la primera capa intermedia de silicio para formar una segunda capa intermedia de semiconductor compuesto; depositar una fina película de semiconductor compuesto en la segunda capa intermedia de semiconductor compuesto para formar una tercera capa intermedia de semiconductor compuesto; cristalizar una fina película de semiconductor compuesto en la tercera capa intermedia de semiconductor compuesto para formar la primera capa epitaxial de semiconductor compuesto, aplicar el primer tratamiento térmico, cristalizar una fina película de semiconductor compuesto en la primera capa epitaxial de semiconductor compuesto para formar una segunda capa epitaxial de semiconductor compuesto, y aplicar un segundo tratamiento térmico para terminar la fabricación de la oblea epitaxial de semiconductor compuesto.

2. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que las finas películas de semiconductor compuesto están hechas de un material de semiconductor compuesto binario del Grupo III-V, seleccionado de la colección de arseniuro de galio (GaAs), arseniuro de aluminio (AlAs), fosfato de galio (GaP) arseniuro de indio (InAs) y fosfato de indio (InP) o de un material ternario o cuaternario consistente en el binario.

3. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que el proceso de deposición es de tipo químico metal-orgánico por vapor.

4. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que el proceso epitaxial es de haz molecular.

5. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que el proceso de deposición de la primera capa intermedia de silicio se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 580-600ºC.

6. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que la primera capa intermedia de silicio tiene un grosor aproximado de 15 Å-25 Å.

7. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que el proceso de deposición de la segunda capa intermedia de semiconductor compuesto se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 380-400ºC.

8. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que la segunda capa intermedia de semiconductor compuesto tiene un grosor aproximado de 10 μm-20 μm.

9. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que el proceso de deposición de la tercera capa intermedia de semiconductor compuesto se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 380-400ºC.

10. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que la tercera capa intermedia de semiconductor compuesto tiene un grosor aproximado de 50 Å-200 Å.

11. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que el proceso epitaxial de la primera capa epitaxial de semiconductor compuesto se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 650ºC.

12. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que el proceso epitaxial de la segunda capa epitaxial de semiconductor compuesto se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 710ºC.

13. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que la primera capa epitaxial de semiconductor compuesto tiene un grosor aproximado de 1,5 μm-2 μm.

14. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que la segunda capa epitaxial de semiconductor compuesto tiene un grosor aproximado de 1,5 μm-2 μm.

15. Método de fabricación de oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 1, en el que el primer y el segundo tratamiento térmico son ciclos térmicos de recocido de alta/baja temperatura, que se repiten de 4 a 8 veces.

16. Oblea epitaxial de semiconductor compuesto, que consta de un sustrato de metal, una primera capa intermedia de silicio dispuesta en el sustrato de metal, una segunda capa intermedia de semiconductor compuesto dispuesta en la primera capa intermedia de silicio, una tercera capa intermedia de semiconductor compuesto dispuesta en la segunda capa intermedia de semiconductor compuesto y sometida a un primer tratamiento térmico, una primera capa epitaxial de semiconductor compuesto dispuesta en la tercera capa intermedia de semiconductor compuesto, y una segunda capa epitaxial de semiconductor compuesto dispuesta en la primera capa epitaxial de semiconductor compuesto y sometida a un segundo tratamiento térmico.

17. Oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 16, en la que la segunda y tercera capa intermedia de semiconductor compuesto y la primera y segunda capa epitaxial de semiconductor compuesto están hechas de un material de semiconductor compuesto binario del Grupo III-V, seleccionado de la colección de arseniuro de galio (GaAs), arseniuro de aluminio (AlAs), fosfato de galio (GaP), arseniuro de indio (inAs) y fosfato de indio (InP) , o de un material ternario o cuaternario, consistente en el binario.

18. Oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 16, en la que la primera capa intermedia de silicio tiene un grosor aproximado de 15 Å-25 Å.

19. Oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 16, en la que la segunda capa intermedia de semiconductor compuesto tiene un grosor aproximado de 10 μm-20 μm.

20. Oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 16, en la que la tercera capa intermedia de semiconductor compuesto tiene un grosor aproximado de 50 Å-200 Å.

21. Oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 16, en la que la primera capa epitaxial de semiconductor compuesto tiene un grosor aproximado de 1,5 μm-2 μm.

22. Oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 16, en el que la segunda capa epitaxial de semiconductor compuesto tiene un grosor aproximado de 1,5 μm-2 μm.

23. Oblea epitaxial de semiconductor compuesto, de acuerdo a la reivindicación 16, en la que el primer y el segundo tratamiento térmico son ciclos térmicos de recocido a temperatura alta/baja y se repiten de 4 a 8 veces.