[發明專利]在[111]取向硅襯底上外延附生硒化鎵(GaSe)的方法

在審

• 申請號: 202011101740.6
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112670158A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: M·馬丁;T·巴龍
• 申請（專利權）人: 原子能和輔助替代能源委員會;國立科學研究中心;格勒諾布爾阿爾卑斯大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 于輝;楊仁海

1.在[111]取向硅襯底上外延附生GaSe的方法，其特征在于，所述方法包括：

-選擇[111]取向硅襯底的步驟，所述襯底由在斜切方向上切割硅棒(1)而產生，所述斜切方向是三個[11-2]晶向之一，斜切角(α)小于或等于0.1°，所獲得的襯底的表面形成鄰位面(2)，鄰位面(2)具有多個臺面(21)和在兩個臺面(21)之間的至少一個臺階(22)；

-鈍化步驟，其由在所述硅襯底的所述鄰位面(2)上沉積鎵和硒的原子雙層以形成由硅-鎵-硒(Si-Ga-Se)制成的鈍化的鄰位面(3)組成，所述鈍化的鄰位面具有多個鈍化臺面(31)和在兩個鈍化臺面之間的至少一個鈍化臺階(32)；

-通過在鈍化的表面(3)上外延附生而形成二維GaSe層的步驟，所述形成步驟包括從每個鈍化臺階(32)成核的步驟，和從成核步驟中獲得的核(41)在所述鈍化臺面(31)上橫向生長的步驟。

2.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括處理所述鄰位面以使所述鄰位面的所述臺面(21)變平，直到在所述臺面上獲得基本上為零的粗糙度的步驟，所述處理步驟在襯底選擇步驟之后和所述鈍化步驟之前進行。

3.根據權利要求2所述的方法，所述處理步驟由在高溫、優選高于800℃下熱處理所述硅襯底組成。

4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，所述鈍化步驟由用金屬有機前體進行金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)組成。

5.根據權利要求4所述的方法，所述金屬有機前體是三甲基鎵(TMGa)和二異丙基硒化物(DIPSe)，TMGa的分壓優選在1毫托和200毫托之間。

6.根據權利要求4和5中任一項所述的方法，所述鈍化步驟在400℃和650℃之間的溫度下進行，并且進行2秒和30秒之間的持續時間。

7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，所述成核步驟由用金屬有機前體進行金屬有機化學氣相沉積組成，鎵前體的分壓低于或等于50毫托。

8.根據權利要求7所述的方法，所述成核步驟在400℃和650℃之間的溫度下進行。

9.根據權利要求7和8中任一項所述的方法，所述成核步驟進行2秒和30秒之間的持續時間。

10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，所述橫向生長步驟由用金屬有機前體進行金屬有機化學氣相沉積組成，鎵前體的分壓在0.5毫托和5毫托之間。

11.根據權利要求10所述的方法，所述橫向生長步驟在570℃和650℃之間的溫度下進行。

12.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其進一步包括從所述鄰位面(2)去除氧化物的步驟，所述脫氧步驟在所述襯底選擇步驟之后和所述鈍化步驟之前進行。

13.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其進一步包括外延附生除2D GaSe之外的至少一種2D材料或至少一種3D半導體材料的附加步驟，所述附加的外延附生步驟形成在2DGaSe層上。

14.根據權利要求13所述的方法，除2D GaSe之外的至少一種2D材料或至少一種3D材料選自III-VI材料諸如InSe、GaS、GaTe或III-VI材料的組合，III-V材料諸如GaN、InGaN、GaAs、GaSb或III-V材料的組合，II-VI材料諸如CdHgTe或II-VI材料的組合，或IV-IV材料諸如SiGe或Ge-Ge或IV-IV材料的組合。

15.利用根據權利要求1至14中的一項所述的在[111]取向硅襯底上外延附生GaSe的方法獲得的結構，其包括：

-[111]取向硅襯底，其表面是鈍化的鄰位面(3)，所述鈍化的鄰位面(3)具有鈍化臺面(31)和在兩個鈍化臺面之間的至少一個鈍化臺階(32)，所述鄰位面(3)的斜切角(α)小于或等于0.1°；

-2D GaSe層(4)，其形成在所述鈍化臺面上，并且具有單一取向而沒有反相邊界。