[發(fā)明專利]一種晶格漸變緩沖層的制備方法

有效

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• 申請日: 2010-09-28
• 公開（公告）號: CN102011182A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 劉如彬;王帥;孫強;孫彥錚
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: C30B25/16
• 分類號: C30B25/16
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

技術領域

本發(fā)明屬于半導體技術領域，涉及半導體器件的結構及制造方法，尤其是一種晶格漸變緩沖層的制備方法。

背景技術

自從20世紀70年代開始，隨著液相外延(LPE)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)和分子束外延(MBE)等外延設備的逐漸發(fā)展和成熟，當今的各種半導體器件都是在各種商業(yè)提供的外延襯底上采用外延生長的方式來制備的。這種生長方式決定了在絕大多數情況下，外延材料必須與外延襯底保持晶格匹配，否則會由于晶格失配產生內應力，造成晶體內部出現非常多的失配位錯和穿透位錯。由于位錯破壞了晶體的平移對稱性，在全部位錯線上有大量的深能級態(tài)在帶隙中存在，會對器件造成非常惡劣的影響，這種影響主要表現在如下三個方面：①穿透位錯周圍的材料是耗盡的，因為多數載流子都落入了深能級態(tài)；②通常，像深能級一樣，穿透位錯為少數載流子提供了一個有效的非輻射復合途徑，會減小少子的壽命；③沿著穿透位錯線，跳躍電導現象可能會發(fā)生，這會產生泄漏電流。然而，由于商業(yè)可以提供的襯底材料非常有限，導致了外延材料的選擇也非常有限，遠遠不能滿足器件的需求。

為了控制外延材料與襯底晶格失配對器件造成的影響，在外延生長中通常采用兩種技術：應變補償和晶格漸變。但是前者只限于在量子阱等薄膜型材料的應用中，在層厚較厚的材料中，則主要應用后者。晶格漸變一般由晶格單調增大的若干層材料組成，以實現晶格從襯底到外延材料的轉變。但是，由于漸變層中殘余壓應變的存在，漸變層表面的晶格常數通常要小于所要控制達到的晶格常數，這樣結構和器件表面的穿透位錯密度仍然很大，不能很好地消除失配的影響；同時，當漸變層頂端材料與其上面材料不同時，異質結材料界面的差異也會對材料和器件的性能造成很大影響。

因此，現有晶格匹配的生長技術已不能滿足未來以高效太陽電池為代表的各種新型半導體器件的需要，必須在晶格失配技術方面尋求技術創(chuàng)新。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決上述現有外延材料因與襯底晶格不匹配造成的器件性能惡化的影響，提出一種改進的、能有效控制器件表面的穿透位錯密度的晶格漸變緩沖層的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下方案來實現的：

一種晶格漸變緩沖層的制備方法，步驟是：

步驟(1)：以商用鍺單晶、砷化鎵單晶或磷化銦單晶為襯底；

步驟(2)：利用外延技術外延一層與襯底材料晶格匹配的材料作為成核層；

步驟(3)：在成核層外延生長晶格漸變層，該晶格漸變層由若干組份逐漸增大的砷化銦鎵材料組成，直至頂層材料晶格達到理想晶格或略低于理想晶格；

步驟(4)：在晶格漸變層上外延一層晶格常數大于理想晶格的砷化銦鎵材料作為晶格過沖層；

步驟(5)：外延一層晶格常數等于理想晶格的、與在其緊鄰上層生長材料相同的材料作為晶格緩沖層。

而且，所述襯底包括砷化鎵、磷化銦、磷化鎵、氮化鎵、銻化鎵等；襯底表面可具有(100)、(110)或者(111)結晶學方向，或者其它指數面方向，以及包括在上述方向上向其它方向有0-15度的偏角。

而且，所述外延技術包括金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)和液相外延(LPE)。

而且，所述成核層、晶格漸變層、晶格過沖層和晶格緩沖層的各層材料為砷化銦鎵，或者為磷化銦鎵、砷化銦鋁鎵等各種III-V和II-VI族材料或者它們的組合。

而且，所述晶格漸變層的理想晶格的設定標準為：設晶格常數為a_i，其對應InGaAs材料銦(In)摩爾組份為4％-90％之間任意一固定值；晶格漸變層為晶格連續(xù)線性漸變，或者為晶格連續(xù)非線性漸變，或者為晶格線性階躍漸變，或者為晶格非線性階躍漸變，及以上各種情況的組合。

而且，所述晶格過沖層，設定方式為：設過沖層晶格常數為a_o，則a_o＞a_i，并且其失配

而且，所述晶格緩沖層的設定標準為：緩沖層晶格常數為a_b，則a_b＝a_i。

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：

1、本發(fā)明所提出的漸變緩沖層技術，通過在外延襯底上構造晶格漸變層、晶格過沖層和晶格緩沖層來把襯底的晶格調整到任意想要的晶格，同時保證緩沖層表面的穿透位錯密度保持在可控的范圍內，以使在緩沖層上外延生長的器件的性能幾乎不受穿透位錯的影響，可以在商用襯底上形成一個具有任意晶格常數的虛擬襯底，同時其表面穿透位錯密度可控，從而大大降低了半導體器件對商用襯底的依賴性。