[發明專利]一種在GaAs襯底上生長GaSb外延片的方法及GaAs基襯底

在審

• 申請號: 202010570826.7
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN113823551A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 徐云;蘇大鴻
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發明提供了一種在GaAs襯底上生長GaSb外延片的方法及GaAs基襯底。所述方法包括：在GaAs襯底上生長GaAs緩沖層，在所述GaAs緩沖層上沉積Ga原子層，在所述Ga原子層上外延生長界面失配位錯陣列IMF，在所述界面失配位錯陣列IMF上外延生長GaSb外延層。減少穿透位錯的產生，簡化外延生長過程，提高了生長效率。

技術領域

本發明涉及半導體材料領域，尤其涉及一種在GaAs襯底上生長GaSb外延片的方法及GaAs基襯底。

背景技術

GaSb是6.1家族(晶格常數在附近的幾種半導體材料包括：GaSb，InAs，AlSb以及AlGaSb材料)的重要一員。GaSb系材料在電學和光學性能方面都有突出的表現，例如以GaSb為基礎的InAs/GaSb二類超晶格被認為是最有前途的第三代紅外探測器材料之一，具有非常廣闊的應用前景。

雖然現在已經擁有商用GaSb襯底，但是目前的商用GaSb襯底具有價格昂貴、襯底尺寸較小、沒有半絕緣襯底等缺點，這些都限制其在應用中的表現。所以人們嘗試在GaAs襯底上外延高質量的GaSb材料去克服這些缺陷。但是GaAs同GaSb的晶格失配高達7.88％，同時兩者之間的熱膨脹系數也相差較大，這都使得在GaAs襯底上外延GaSb困難重重。

目前有國際上存在緩沖層法和表面失配位錯陣列(IMF)兩種方法來解決GaAs襯底和GaSb外延層之間的晶格失配和熱失配。緩沖層法主要是利用緩沖層來充分釋放襯底和外延層。緩沖層可以分為低溫GaSb緩沖層，漸變組分緩沖層，超晶格緩沖層等。低溫GaSb緩沖層和漸變組分緩沖層生都需要生長的比較厚，而且表面也比較粗糙，位錯密度比較大。超晶格緩沖層法生長工藝復雜，難度較高。

利用表面失配位錯陣列法(IMF)在GaAs襯底上生長GaSb外延層時，不需要很厚的緩沖層，僅僅利用表面失配位錯來釋放應力，將位錯限制在GaAs-GaSb界面處最初的幾個原子層內，減少穿透位錯的產生，可以提高GaSb外延片的質量。但是需要對GaAs表面進行高溫脫As處理，形成富Ga表面后才能使用Sb束流soak襯底從而產生界面失配位錯陣列。這需要較長的時間，而且影響脫As程度的因素有很多，實驗重復性不強。

因此急需一種能夠高效、可重復的方法在GaAs襯底上生長高質量GaSb外延層。

發明內容

(一)要解決的技術問題

目前急需一種能夠高效、可重復的方法在GaAs襯底上生長高質量GaSb外延層。

(二)技術方案

本發明一方面提供一種在GaAs襯底上生長GaSb外延片的方法，所述方法包括：步驟S1，在GaAs襯底上生長GaAs緩沖層，步驟S2，在所述GaAs緩沖層上沉積Ga原子層，步驟S3，在所述Ga原子層上外延生長界面失配位錯陣列IMF，步驟S4，在所述界面失配位錯陣列IMF上外延生長GaSb外延層。

可選地，所述步驟S1中生長所述GaAs緩沖層的厚度為300nm～500nm，生長溫度為580℃。

可選地，所述步驟S1中生長所述GaAs緩沖層采用As裂解得到的As₂束流，As/Ga束流壓強比為15～20。

可選地，所述步驟S2中，使用表面遷移增強法外延生長1～2層Ga原子層，生長溫度為530℃。

可選地，所述步驟S3中，生長界面失配位錯陣列IMF采用Sb裂解得到的Sb₂束流對通過步驟S2得到的產品浸潤1分鐘，Sb₂束流為1～3×10^-6Torr，生長溫度為530℃。

可選地，所述步驟S4中，生長GaSb外延層的厚度為500nm，生長溫度為450℃。