專利名稱：一種降低InP基InGaAs異變材料表面粗糙度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種降低半導(dǎo)體異變材料表面粗糙度的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體能帶工程的發(fā)展和材料外延技術(shù)的進(jìn)步，與襯底晶格失配的異質(zhì)外延材料得到了越來越多的重視。當(dāng)外延厚度超過一定厚度時，晶格失配外延層的晶格常數(shù)將自發(fā)恢復(fù)到其固有 的晶格常數(shù)，這種晶格常數(shù)恢復(fù)到固有的晶格常數(shù)的外延材料稱為異變材料，這個過程可稱為材料發(fā)生了晶格弛豫，材料在弛豫過程中會產(chǎn)生缺陷和位錯，降低材料質(zhì)量。要生長異變材料，一般需要在異變外延材料和襯底之間插入緩沖層結(jié)構(gòu)，將位錯和缺陷限制在緩沖層中，并盡量減少穿透緩沖層的所謂穿透位錯，從而改善緩沖層上大晶格失配外延材料的材料質(zhì)量，這種緩沖層稱為異變緩沖層。例如，截止波長大于1. 7μπι的所謂波長擴(kuò)展InGaAs探測器在空間遙感與成像等方面有著重要的應(yīng)用，通過增加InxGai_xAs中In的組分X，可以將InxGahAs探測器的截止波長向長波方向擴(kuò)展，但這同時會引起InxGa1^xAs材料和InP襯底間的晶格失配。例如，要將InGaAs探測器的截止波長從1. 7 μ m擴(kuò)展至IJ 2. 5 μ m，就需要使In組分從O. 53增加至O. 8，這會使InGaAs與InP襯底間的晶格失配達(dá)到+1. 8%，如此大的晶格失配很容易使材料中產(chǎn)生缺陷及位錯，限制器件性能的進(jìn)一步提高。為了改進(jìn)材料質(zhì)量，可以在InP襯底和Ina8Gaa2As材料之間生長一層組分連續(xù)漸變的InxGahAs緩沖層，其組分值x由與InP晶格匹配的O. 53連續(xù)變化到O. 8，組分漸變的InxGa1^xAs緩沖層可以釋放晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力，減少Intl 8Gatl 2As材料中產(chǎn)生的缺陷及位錯。然而，異變材料一般會具有橘子皮形貌等粗糙的表面，粗糙度一般為幾至十幾nm。采用組分漸變緩沖層的異變材料則會因為在垂直生長方向上的不同方向具有不同的應(yīng)變而形成布紋格形貌。粗糙的表面有很多負(fù)面作用，首先會對后續(xù)工藝過程造成困難，其次還會影響異變器件結(jié)構(gòu)中的界面質(zhì)量，從而影響器件特性。例如，擴(kuò)展波長Ina8Gaa2As探測器的p/n結(jié)界面質(zhì)量對器件噪聲有很大影響。降低異變材料表面粗糙度的常用方法是降低材料的生長溫度，但是降低生長溫度會在生長材料時引入更多的背景雜質(zhì)，這些雜質(zhì)很容易形成點缺陷。針對半導(dǎo)體異變材料外延生長中的問題，有必要探索降低異變材料粗糙度的方法，不會產(chǎn)生引入多余雜質(zhì)等負(fù)面效應(yīng)，但也能達(dá)到降低粗糙度的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種降低InP基InGaAs異變材料表面粗糙度的方法，該方法不需要在過低的生長溫度下生長材料，避免引入多余背景雜質(zhì)，工藝簡單，成本低，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的一種降低InP基InGaAs異變材料表面粗糙度的方法，包括
在常規(guī)InGaAs半導(dǎo)體異變緩沖層上外延一層反向失配超薄外延層，用于降低異變材料表面粗糙度。具體為(I)采用常規(guī)分子束外延方法在InP襯底上生長InGaAs組分漸變異變緩沖層；(2)在組分漸變異變緩沖層上生長反向失配超薄外延層用于降低材料的表面粗糙度。所述步驟(2)中的反向失配超薄外延層相對異變緩沖層與異變緩沖層相對InP襯底的晶格失配相反，即，若異變緩沖層相對InP襯底為正晶格失配，則在其上生長的超薄外延層相對異變緩沖層為負(fù)晶格失配；若異變緩沖層相對襯底為負(fù)晶格失配，則在其上生長的超薄外延層相對異變緩沖層為正晶格失配。所述步驟(2)中的反向失配超薄外延層厚度范圍為O. 5_5nm。所述步驟(2)中的反向失配超薄外延層厚度不超過異變緩沖層上反向失配外延層的臨界厚度，也就是說，反向失配超薄外延層相對異變緩沖層的晶格失配越大，超薄外延層的厚度越薄。所述步驟(I)中的漸變緩沖層組分為InxGai_xAS，X從O. 53漸變至y (O. 53〈y〈l)。本發(fā)明通過在InP基InGaAs異變緩沖層上生長一層超薄反向失配外延層，起到降低粗糙度的目的，然后再在其上生長異變器件結(jié)構(gòu)材料。同時由于該反向失配外延層很薄，不超過臨界厚度，所以不會引入多余的缺陷。

有益.效果本發(fā)明的方法通過在InP襯底上生長完常規(guī)InGaAs半導(dǎo)體異變緩沖層后生長一層反向失配超薄外延層，實現(xiàn)降低異變材料表面粗糙度，由于可在較高溫度生長材料，避免了引入多余背景雜質(zhì)的負(fù)面效應(yīng)；制備方法工藝簡單，成本低，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1是在InP基InGaAs異變緩沖層上外延反向失配超薄外延層用于降低異變材料表面粗糙度的原理性結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是用于降低InP襯底上Ina8Gaa2As異變探測器材料表面粗糙度的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例1一種用于降低InP襯底上Ina8Gaa2As異變探測器材料表面粗糙度的方法(I)為在InP襯底上外延Ina8Gaa2As異變探測器材料，需要先在InP襯底上生長異變緩沖層；(2)采用常規(guī)分子束外延方法在半絕緣InP襯底上生長高摻雜η型InxGapxAs組分漸變緩沖層，其中X從與InP晶格匹配的O. 53連續(xù)變化到O. 8，電子濃度為2X 1018cm_3，該外延層可同時作為下接觸層；(3)在InxGa1-xAs組分漸變緩沖層上生長厚度為1nm的GaAs反向失配超薄外延層用于降低材料的表面粗糙度；(4)再生長In0.8Ga0.2As異變探測器結(jié)構(gòu)，包括2 μ m厚電子濃度為3× 1016cm-3的低摻n型In0.8Ga0.2As吸收層和0. 6 μ m厚空穴濃度為2 × 1018cm-3的高摻p型In0.8Ga0.2As上接觸層。
權(quán)利要求
1.一種降低InP基InGaAs異變材料表面粗糙度的方法，包括 (1)采用常規(guī)分子束外延方法在InP襯底上生長InGaAs組分漸變異變緩沖層； (2)在組分漸變異變緩沖層上生長反向失配超薄外延層用于降低材料的表面粗糙度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低InP基InGaAs異變材料表面粗糙度的方法，其特征在于所述步驟(2)中的向失配超薄外延層相對異變緩沖層與InGaAs異變緩沖層相對InP襯底的晶格失配相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低InP基InGaAs異變材料表面粗糙度的方法，其特征在于所述步驟(2)中的反向失配超薄外延層厚度范圍為O. 5-5nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低InP基InGaAs異變材料表面粗糙度的方法，其特征在于所述步驟(2)中的反向失配超薄外延層厚度不超過異變緩沖層上反向失配外延層的臨界厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低InP基InGaAs異變材料表面粗糙度的方法，其特征在于所述步驟(I)中的組分漸變異變緩沖層組分為InxGai_xAs，x從O. 53漸變至y(O.53〈y〈l)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低InP基InGaAs異變材料表面粗糙度的方法，通過在InP基普通InGaAs半導(dǎo)體異變緩沖層上外延一層反向失配超薄外延層來實現(xiàn)降低異變材料表面粗糙度，其厚度不超過異變緩沖層上反向失配外延層的臨界厚度，一般為0.5-5nm。本發(fā)明不需要在過低的生長溫度下生長材料，避免引入多余背景雜質(zhì)，工藝簡單，成本低，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號H01L31/18GK103066157SQ20131000542
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者顧溢, 張永剛 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所