[发明专利]用于二维电子气结构的退火炉

说明书

技术领域

本发明总体上涉及半导体制造领域，更特别地，涉及一种用于制作二维电子气结构的电极的退火炉。

背景技术

1978年，Dingle等人在AlGaAs/GaAs调制掺杂异质结中首次发现了高迁移率二维电子气(2DEG)。图1A示出AlGaAs/GaAs二维电子气结构的典型结构，图1B示出其能带图。如图1A和图1B所示，GaAs层4可形成在衬底2上，AlGaAs层6可形成在GaAs层4上并且与之直接接触，在AlGaAs层6上还可以形成有薄的GaAs盖层7，其中在AlGaAs层6的靠近GaAs层4的界面附近可以有一层非常薄的掺杂层，例如n型掺杂。当AlGaAs层6和GaAs层4直接接触时，由于界面处导带底E_c能量的突变，造成电荷(例如由薄的掺杂层提供的电子)向低势能处转移，而电荷的转移又使得界面处的电场发生变化，导致能带弯曲。宽禁带材料AlGaAs一侧的导带电子势能较高，会失去电子而形成耗尽层，同时能带弯曲形成势垒，阻止距离界面较远的电子的运动。而窄禁带材料GaAs一侧的导带中电子势能较低，会束缚电子，形成三角形势阱。当势阱的深度足够大时，电子在与半导体层垂直的方向上被限制在一个非常薄的区域中，只能沿着异质结界面的平面方向运动，形成所谓的二维电子气。而在AlGaAs层6与GaAs盖层7接触的界面处，由于离掺杂层较远，所以不会形成二维电子气。此外，已经开发了AlGaN/GaN二维电子气结构等。而且，二维电子气结构还可以包括AlGaAs/GaAs量子阱或AlGaN/GaN量子阱，其原理与前面的描述类似，这里不再赘述。

二维电子气结构不仅广泛地用于凝聚态物理科研领域，而且还已经应用到各种实用半导体器件中，例如高电子迁移率晶体管(HEMT)、发光二极管、激光器等。在将二维电子气结构用于实验研究或者应用到实用器件中时，需要制作电极以将二维电子气结构电连接到其他部件。电极的制作一般可采用两种方法。第一种方法是对半导体结构的一区域进行掺杂以使其成为导电区域，掺杂深度应至少达到二维电子气区域，然后在掺杂区域的表面上制作金属导电材料的电极。第二种方法可以直接在二维电子气结构的表面上制作金属导电材料的电极，然后通过退火工艺使得金属导电材料渗透到半导体材料内部，与二维电子气导电区域直接连通，从而实现导电连接。图1A示出用第二种方法形成的电极8，其渗透并且连接到二维电子气传导区域。与第一种方法相比，第二种方法规避了与离子注入相关的半导体制造工艺，而采用简单的退火工艺即可实现金属导电材料与二维电子气导电区域之间的物理和电连接，而且这样形成的电极接合紧密，不易脱落，所以是优选的。

遗憾的是，传统的退火炉设备并不能很好地满足制作用于二维电子气结构的电极的各方面要求。传统的退火炉不能控制退火环境，时常发生电极材料的氧化或退火不均，导致电极接触电阻过大，乃至不能接通，从而影响器件制作的效率和成品率。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种退火炉，其可以用于制作二维电子气结构的电极，并且能克服上述以及其他缺陷中的一个或多个。

本发明的另一方面在于提供一种具有电极的二维电子气结构，其能够克服上述以及其他缺陷中的一个或多个。

本发明的另一个方面在于提供一种制作二维电子气结构的电极的方法，其能够克服上述以及其他缺陷中的一个或多个。

根据本发明一示范性实施例，一种退火炉包括：炉体，包括：基座；罩，气密地覆盖所述基座以限定退火空间，所述基座上设置有用于向所述退火空间充入气体的气体入口和用于从所述退火空间排出气体的气体出口；样品台，设置在所述退火空间中且在所述基座上以用于支承退火样品；加热部件，设置在所述样品台内部以加热所述样品台；温度传感器，设置在所述样品台上以感测退火温度；以及气路限定部件，具有筒状并且设置为在所述基座上围绕所述样品台，所述气体入口和所述气体出口之一位于所述基座的被所述气路限定部件围绕的部分中，所述气体入口和所述气体出口中的另一个位于所述基座的被所述气路限定部件围绕的部分外；以及控制系统，包括：电源，用于给所述加热部件提供加热功率；以及温度控制部件，用于基于温度控制信息和所述温度传感器感测到的退火温度来生成温度控制信号，并且使用所述温度控制信号来控制所述电源提供给所述加热部件的加热功率。

在一些示例中，所述气路限定部件的上端与所述样品台的上表面平齐或者比之更高。