本發(fā)明涉及用于形成半導(dǎo)體層的方法和材料沉積系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在半導(dǎo)體制造工藝中，在反應(yīng)室中使用例如源材料來(lái)在平面沉積表面上沉積薄膜材料。分子束外延(mbe)是在反應(yīng)室中沉積單晶薄膜的幾種方法之一。分子束外延在高真空(hv)或超高真空(uhv)?(例如，10–6?至10-9?pa)中進(jìn)行。mbe最重要的方面是(1)源材料物質(zhì)選擇的靈活性；(2)所沉積的異種膜之間的界面的突變；(3)所沉積的膜的雜質(zhì)含量低；以及(4)所沉積的膜的精確而均勻的厚度。最后一個(gè)方面是通過(guò)使用比通常超過(guò)每小時(shí)10,000nm的其他常規(guī)沉積工藝(如化學(xué)氣相沉積(cvd))的沉積速率相對(duì)較慢的沉積速率(通常小于每小時(shí)1,000?nm)來(lái)實(shí)現(xiàn)。mbe的緩慢的沉積速率(或生長(zhǎng)速率)有利地用于外延生長(zhǎng)薄膜；然而，mbe需要按比例提高反應(yīng)器真空度，以匹配其他沉積技術(shù)(例如cvd)所實(shí)現(xiàn)的低雜質(zhì)含量。

2、在如mbe的沉積工藝中，高質(zhì)量膜在整個(gè)沉積平面上可具有約99%或更大的厚度均勻性。換句話說(shuō)，高質(zhì)量膜在整個(gè)沉積平面上可能具有約1%或更小的厚度不均勻性。在當(dāng)前的mbe工藝中，整個(gè)沉積平面的均勻性至關(guān)重要，因?yàn)樯L(zhǎng)速率與外延生長(zhǎng)的膜的質(zhì)量之間存在直接的相關(guān)性。也就是說(shuō)，較慢的沉積速率使得能夠在整個(gè)沉積平面上控制均勻的原子單層規(guī)模覆蓋，以實(shí)現(xiàn)二維(2d)“逐層”(lbl)生長(zhǎng)模式。使用lbl生長(zhǎng)模式的薄膜沉積使得完整的2d層能夠在后續(xù)層生長(zhǎng)之前形成，這是單晶薄膜和多層異質(zhì)膜的外延生長(zhǎng)的最理想方法。通常，至少依照以下標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)技術(shù)上相關(guān)的半導(dǎo)體(例如，algaas、algan、sige等)來(lái)實(shí)現(xiàn)lbl生長(zhǎng)模式：(i)高度非平衡的溫度-壓力條件；?(ii)物質(zhì)在整個(gè)沉積平面上的均勻的到達(dá)速率；以及(iii)可賦予生長(zhǎng)表面的高度均勻的空間溫度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在一些實(shí)施方案中，一種光電子裝置包括基板和外延沉積在所述基板上的多區(qū)堆疊。所述多區(qū)堆疊包括沿著生長(zhǎng)方向具有氧極性晶體結(jié)構(gòu)或金屬極性晶體結(jié)構(gòu)的晶體極性。所述多區(qū)堆疊包括：包括緩沖層的第一區(qū)；包括晶體結(jié)構(gòu)改善層的第二區(qū)；包括第一導(dǎo)電類型的第三區(qū)；包括本征導(dǎo)電類型層的第四區(qū)；以及包括第二導(dǎo)電類型的第五區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反。所述多區(qū)堆疊的至少一個(gè)區(qū)是包含mg(x)zn(1-x)o的塊體半導(dǎo)體材料。所述多區(qū)堆疊的至少一個(gè)區(qū)是包含以下各者中的至少兩者的超晶格：zno、mgo和mg(x)zn(1-x)o。

2、在一些實(shí)施方案中，一種光電子裝置包括基板和外延沉積在所述基板上的多區(qū)堆疊。所述多區(qū)堆疊包括沿著生長(zhǎng)方向的非極性晶體材料結(jié)構(gòu)。所述多區(qū)堆疊包括：包括緩沖層的第一區(qū)；包括晶體結(jié)構(gòu)改善層的第二區(qū)；包括第一導(dǎo)電類型的第三區(qū)；包括本征導(dǎo)電類型層的第四區(qū)；以及包括第二導(dǎo)電類型的第五區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反。所述多區(qū)堆疊的至少一個(gè)區(qū)是包含mg(x)zn(1-x)o的塊體半導(dǎo)體材料。所述多區(qū)堆疊的至少一個(gè)區(qū)是包含以下各者中的至少兩者的超晶格：zno、mgo和mg(x)zn(1-x)o。

3、在一些實(shí)施方案中，一種配置材料沉積系統(tǒng)的方法包括提供旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使基板繞著所述基板的基板沉積平面的中心軸旋轉(zhuǎn)。選擇向所述基板供應(yīng)材料的材料源，其中所述材料源具有i)具有出口孔平面的出口孔以及ii)始于所述出口孔平面的預(yù)定材料噴射空間分布。所述預(yù)定材料噴射空間分布具有對(duì)稱軸，所述對(duì)稱軸在偏離所述中心軸的點(diǎn)處與所述基板相交。所述出口孔相對(duì)于所述基板的所述中心軸以正交距離、橫向距離和傾斜角來(lái)定位。所述方法還包括為所述材料源的所述出口孔設(shè)定i)所述傾斜角或ii)所述正交距離和所述橫向距離。選擇所述材料在所述基板上的所要累積以針對(duì)所要的生長(zhǎng)速率實(shí)現(xiàn)所要的層沉積均勻性。所述方法i)使用所述設(shè)定的傾斜角來(lái)確定所述正交距離和所述橫向距離的最小值以實(shí)現(xiàn)所述所要的層沉積均勻性或ii)使用所述設(shè)定的正交距離和所述設(shè)定的橫向距離來(lái)確定所述傾斜角以實(shí)現(xiàn)所述所要的層沉積均勻性。所述基板和所述材料源容納在真空環(huán)境內(nèi)。

4、在一些實(shí)施方案中，一種用于形成半導(dǎo)體層的方法包括：使基板繞著所述基板的基板沉積平面的中心軸旋轉(zhuǎn)；對(duì)所述基板加熱；以及提供向所述基板供應(yīng)材料的材料源。所述材料源具有i)具有出口孔平面的出口孔以及ii)始于所述出口孔平面的預(yù)定材料噴射空間分布，所述預(yù)定材料噴射空間分布具有對(duì)稱軸，所述對(duì)稱軸在偏離所述中心軸的點(diǎn)處與所述基板相交。所述出口孔相對(duì)于所述基板的所述中心軸以正交距離、橫向距離和傾斜角來(lái)定位。所述方法還包括將所述基板和所述材料源容納在真空環(huán)境內(nèi)以及從所述材料源發(fā)射所述材料以在所述基板上形成半導(dǎo)體層。所述出口孔被定位，使得i)針對(duì)設(shè)定的傾斜角，所述正交距離和所述橫向距離被最小化，以針對(duì)所述基板上的所述半導(dǎo)體層的所要的層生長(zhǎng)速率實(shí)現(xiàn)所要的層沉積均勻性，或ii)針對(duì)設(shè)定的正交距離和設(shè)定的橫向距離確定所述傾斜角，以針對(duì)所述基板上的所述半導(dǎo)體層的所述所要的層生長(zhǎng)速率實(shí)現(xiàn)所述所要的層沉積均勻性。

5、在一些實(shí)施方案中，一種材料沉積系統(tǒng)具有：旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使基板的基板沉積平面繞著所述基板沉積平面的中心軸旋轉(zhuǎn)；加熱器，所述加熱器被配置成對(duì)所述基板加熱；材料源，所述材料源向所述基板供應(yīng)材料；以及定位機(jī)構(gòu)。所述材料源具有i)具有出口孔平面的出口孔以及ii)始于所述出口孔平面的預(yù)定材料噴射空間分布。所述預(yù)定材料噴射空間分布具有對(duì)稱軸，所述對(duì)稱軸在偏離所述中心軸的點(diǎn)處與所述基板相交，其中所述出口孔相對(duì)于所述基板的所述中心軸以正交距離、橫向距離和傾斜角來(lái)定位。所述定位機(jī)構(gòu)允許動(dòng)態(tài)地調(diào)整所述正交距離、所述橫向距離或所述傾斜角。

6、在一些實(shí)施方案中，一種用于形成基于氧化物的半導(dǎo)體層的方法包括：使基板繞著所述基板的基板沉積平面的中心軸旋轉(zhuǎn)；對(duì)所述基板加熱；以及將多個(gè)材料源面朝所述基板放置。所述多個(gè)材料源包括鎂(mg)源和氮或氧的等離子體源。所述多個(gè)材料源中的每一者具有i)具有出口孔平面的出口孔以及ii)始于所述出口孔平面的預(yù)定材料噴射空間分布，所述材料噴射空間分布具有對(duì)稱軸，所述對(duì)稱軸在偏離所述中心軸的點(diǎn)處與所述基板相交。所述出口孔相對(duì)于所述基板的所述中心軸以正交距離、橫向距離和傾斜角來(lái)定位。所述方法還包括從所述多個(gè)材料源將材料發(fā)射到所述基板上以在所述基板上形成基于氧化物的層。所述出口孔被定位，使得i)針對(duì)設(shè)定的傾斜角，所述正交距離和所述橫向距離被最小化，以針對(duì)所述基板上的所述基于氧化物的層的所要的層生長(zhǎng)速率實(shí)現(xiàn)所要的層沉積均勻性，或ii)針對(duì)設(shè)定的正交距離和設(shè)定的橫向距離確定所述傾斜角，以針對(duì)所述基板上的所述基于氧化物的層的所述所要的層生長(zhǎng)速率實(shí)現(xiàn)所要的層沉積均勻性。

7、在一些實(shí)施方案中，一種用于形成半導(dǎo)體層的方法包括：使基板的基板沉積平面繞著所述基板沉積平面的中心軸旋轉(zhuǎn)；對(duì)所述基板加熱；以及將多個(gè)材料源面朝所述基板放置。所述多個(gè)材料源包括鎂(mg)源、鋅(zn)源和氮或氧的等離子體源，其中所述多個(gè)材料源中的每一者具有i)具有出口孔平面的出口孔以及ii)始于所述出口孔平面的預(yù)定材料噴射空間分布。所述材料噴射空間分布具有對(duì)稱軸，所述對(duì)稱軸在偏離所述中心軸的點(diǎn)處與所述基板相交。所述出口孔相對(duì)于所述基板的所述中心軸以正交距離、橫向距離和傾斜角來(lái)定位。從所述多個(gè)材料源將材料發(fā)射到所述基板上以在所述基板上形成p型摻雜層。所述出口孔被定位，使得i)針對(duì)設(shè)定的傾斜角，所述正交距離和所述橫向距離被最小化，以針對(duì)所述基板上的所述p型摻雜層的所要的層生長(zhǎng)速率實(shí)現(xiàn)所要的層沉積均勻性，或ii)針對(duì)設(shè)定的正交距離和設(shè)定的橫向距離確定所述傾斜角，以針對(duì)所述基板上的所述p型摻雜層的所述所要的層生長(zhǎng)速率實(shí)現(xiàn)所要的層沉積均勻性。