[發(fā)明專(zhuān)利]一種生長(zhǎng)低熔點(diǎn)半導(dǎo)體材料用的滑動(dòng)石英舟

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710171726.1
• 申請(qǐng)日: 2007-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101250749A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高玉竹;龔秀英
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C30B19/06
• 分類(lèi)號(hào): C30B19/06;C30B29/40;H01L21/208
• 代理公司: 上海德昭知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳龍梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)用的生長(zhǎng)舟，具體是對(duì)生長(zhǎng)舟的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，用該生長(zhǎng)舟能生長(zhǎng)低熔點(diǎn)的半導(dǎo)體材料，并能在外延層與襯底之間晶格失配度＞5％的情況下，生長(zhǎng)出高質(zhì)量的異質(zhì)外延單晶材料。

背景技術(shù)

III-V族半導(dǎo)體是制作光電器件的重要材料，具有相對(duì)成熟的材料制備和器件工藝技術(shù)。InAsSb(銦砷銻)三元合金材料在常規(guī)的III-V族化合物中具有最小的禁帶寬度(0.1eV)，其室溫截止波長(zhǎng)能達(dá)到12μm。8-12μm波長(zhǎng)范圍是一個(gè)重要的紅外大氣窗口，工作在這一波段的紅外探測(cè)器在紅外制導(dǎo)、紅外遙感、氣象衛(wèi)星、及資源探測(cè)等方面都有著非常重要而廣闊的應(yīng)用前景。因此，生長(zhǎng)這一波段的紅外材料，研制紅外探測(cè)器無(wú)論在民用上還是在軍用上都有著十分重要的意義。但是，由于InAsSb外延層與二元化合物襯底材料之間的品格失配度較大(例如與InAs襯底之間的晶格失配度＞6％，與GaAs襯底之間的晶格失配度＞14％)，因此用常規(guī)的生長(zhǎng)技術(shù)很難生長(zhǎng)出波長(zhǎng)8-12μm的高質(zhì)量的InAsSb單晶材料。

中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利2004100990258公開(kāi)了一種半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)系統(tǒng)的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中的生長(zhǎng)舟是用高純石墨制成，舟的液槽上開(kāi)有多個(gè)井，用于放置生長(zhǎng)溶液。生長(zhǎng)外延層時(shí)，使生長(zhǎng)溶液與襯底接觸，然后使生長(zhǎng)系統(tǒng)的溫度下降，使溶質(zhì)從生長(zhǎng)溶液中析出，結(jié)晶在襯底上，形成外延層。外延層生長(zhǎng)結(jié)束后，把所有的生長(zhǎng)溶液從襯底上推走，生長(zhǎng)后襯底上不能殘留溶液。這種多井的石墨液槽適于生長(zhǎng)外延層與襯底之間晶格匹配的外延材料(晶格失配度＜0.3％)，為獲得結(jié)晶質(zhì)量好的多層外延半導(dǎo)體材料作出了貢獻(xiàn)。但是不適用于生長(zhǎng)外延層與襯底材料之間晶格失配度大的材料，在外延層與襯底之間晶格失配度＞5％的情況下，很難生長(zhǎng)出高質(zhì)量的異質(zhì)外延單晶材料。另外，由于石墨由碳元素構(gòu)成，導(dǎo)致在材料的生長(zhǎng)過(guò)程中引入了碳沾污，還有石墨的多孔性易吸附雜質(zhì)，這些都影響了材料的電學(xué)性能。

近年來(lái)，國(guó)外用分子束外延(MBE)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積(MOCVD)、及液相外延(LPE)技術(shù)生長(zhǎng)出了截止波長(zhǎng)8-12μm的InAsSb外延層，外延層的厚度約為2-10μm，由于受晶格失配的影響，在這些外延層中觀察到的位錯(cuò)密度高達(dá)10⁷-10⁹cm^-2，影響了器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、使用簡(jiǎn)便的用于生長(zhǎng)低熔點(diǎn)半導(dǎo)體材料的滑動(dòng)石英舟，用本發(fā)明的滑動(dòng)石英舟可實(shí)現(xiàn)在外延層與襯底之間晶格失配度較大(＞5％)的情況下生長(zhǎng)出高質(zhì)量的異質(zhì)外延單晶材料。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)對(duì)8-12μm波段的InAsSb外延層生長(zhǎng)的研究發(fā)現(xiàn)，InAsSb外延層與InAs襯底之間的晶格失配度＞6％，與GaAs襯底之間的晶格失配度＞14％，用現(xiàn)有的生長(zhǎng)舟在InAs及GaAs襯底上生長(zhǎng)出截止波長(zhǎng)為10-12μm的高質(zhì)量的InAsSb單晶材料是不可能的，為此對(duì)生長(zhǎng)舟的結(jié)構(gòu)與材料進(jìn)行了改進(jìn)，成功獲得了如下結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的滑動(dòng)石英舟，它包括下面的底板，底板上開(kāi)設(shè)有一個(gè)凹槽，凹槽內(nèi)放置襯底，特點(diǎn)是全部采用高純石英原料制作，底板上面裝有壓塊，兩者互相匹配，且壓塊按需要在底板上沿水平方向移動(dòng)或停留；壓塊一端固結(jié)一石英推桿，中部設(shè)有2個(gè)垂直方向貫通壓塊的井，井內(nèi)放置生長(zhǎng)溶液，底部(除2個(gè)井外)其余部分是平底，平底部分與外延層表面直接接觸，為了使生長(zhǎng)出的外延層表面光滑，平底部分的底面被拋光至鏡面級(jí)光滑。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

1.本發(fā)明的石英舟是用高純石英原料制成，避免了材料生長(zhǎng)過(guò)程中的碳沾污，并且石英材料致密，不吸附雜質(zhì)，因此進(jìn)一步提高了材料的電學(xué)性能。

2.用本發(fā)明的石英舟能在外延層與襯底之間晶格失配度較大(＞5％)的情況下，實(shí)現(xiàn)外延單晶的生長(zhǎng)。而且，外延層的厚度可達(dá)100μm，此厚度足以消除外延層與襯底之間晶格失配的影響，導(dǎo)致外延層的位錯(cuò)密度(接近1×10⁴cm^-2)明顯低于用其它方法生長(zhǎng)的材料(10⁷-10⁹cm^-2)。

3.用本發(fā)明的石英舟在液相外延系統(tǒng)中已經(jīng)成功地生長(zhǎng)出了截止波長(zhǎng)為10-12μm的高純度InAsSb單晶，材料的電學(xué)指標(biāo)及結(jié)晶質(zhì)量均好于用常規(guī)技術(shù)生長(zhǎng)的材料。

4.由于本發(fā)明是把襯底上殘留的一層溶液結(jié)晶成外延層，因此，在外延層的生長(zhǎng)過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)生溶質(zhì)分凝現(xiàn)象，這使得外延層的組份與溶液的組份基本相同，且外延層的組分分布均勻，外延層的截止波長(zhǎng)不隨外延層的厚度變化。