本發(fā)明涉及InGaAs薄膜，特別涉及生長在GaAs襯底上n-InGaAs薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

由于In_xGa_1-xAs材料具有禁帶寬度連續(xù)可調(diào)、載流子遷移率高等優(yōu)點，是十分理想的多結(jié)太陽能電池材料。目前，科研工作者已經(jīng)成功在GaAs襯底上制備出InGaP/GaAs/InGaAs結(jié)構(gòu)的三結(jié)太陽能電池，但是對于InGaAs底電池的摻雜仍有很多問題需要解決。常用的n型摻雜劑Sn由于會產(chǎn)生表面分凝現(xiàn)象，獲得突變的雜質(zhì)分布十分困難。還有一種可選的摻雜劑是Ge。但是Ge是非常強烈的雙性摻雜劑，因為在引入Ge的情況下僅僅通過改變襯底溫度和V/III比就可以生長出相反極性的GaAs薄膜。之后，科研人員發(fā)現(xiàn)另一種IV族元素Si能夠克服上述摻雜劑的大部分短板：Si有一致性的粘附系數(shù)而不會產(chǎn)生表面分凝，易于獲得突變的雜質(zhì)分布；Si摻雜劑對生長條件的變化不敏感，摻雜工藝要求較低。對于高電子遷移率晶體管等GaAs基半導(dǎo)體器件而言，需要一個載流子濃度極高(>10¹⁹cm^-3)的摻雜層來實現(xiàn)器件的功能。但是，當Si重摻雜載流子濃度到達10¹⁸cm^-3數(shù)量級時，會產(chǎn)生非常嚴重的自補償效應(yīng)，從而導(dǎo)致載流子濃度無法進一步提高，并且載流子遷移速下降。重摻雜還會造成晶體質(zhì)量的急劇下降，從而對器件性能造成惡劣的影響。

傳統(tǒng)的In_0.3Ga_0.7As薄膜摻雜工藝而言，一般是通過調(diào)整V/III比、摻雜源溫度、生長速度和外延溫度等條件來控制生長過程中的參數(shù)?；蛘呤窃谕庋由L前先對襯底進行處理，例如預(yù)摻雜一層雜質(zhì)層。而對于外延后的薄膜，還可以選擇進行退火、雜質(zhì)離子激活等手段進行進一步處理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種生長在GaAs襯底上n-InGaAs薄膜，Si摻雜劑在薄膜中呈現(xiàn)脈沖式分布，有效地抑制Si的自補償效應(yīng)，提高摻雜效率、電子遷移率及晶體質(zhì)量。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述生長在GaAs襯底上n-InGaAs薄膜的制備方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

生長在GaAs襯底上n-InGaAs薄膜，由下至上依次包括GaAs襯底和n個δ摻雜區(qū)；所述δ摻雜區(qū)由下至上包括InGaAs本征薄膜和δ摻雜InGaAs薄膜；δ摻雜InGaAs薄膜為Si摻雜的InGaAs薄膜；所述n≥1。

所述的Si摻雜的InGaAs薄膜，摻雜濃度為4.0×10¹¹～6×10¹²cm^-2。

所述InGaAs本征薄膜的厚度為1～10nm。

所述δ摻雜InGaAs薄膜的厚度為0.1～0.3nm。

生長在GaAs襯底上n-InGaAs薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)GaAs襯底清洗；

(2)GaAs襯底預(yù)除氣處理；

(3)GaAs襯底脫氧化膜；

(4)InGaAs本征薄膜的生長：GaAs襯底溫度為500～580℃，在反應(yīng)室真空度為4.0×10^-5～2.7×10^-8Pa條件下，保持III、V族源開啟，In源溫度在700～830℃、Ga源溫度在900～1050℃、As源溫度在250～310℃、生長速率為0.6～1ML/s條件下，生長厚度為1～10nm的InGaAs本征薄膜；

(5)δ摻雜InGaAs薄膜：GaAs襯底溫度為500～580℃，在反應(yīng)室真空度為4.0×10^-5～2.7×10^-8Pa條件下，關(guān)閉In與Ga的源爐，在As源溫度為250～310℃、Si源溫度為1000～1250℃的條件下，以0.01～0.05ML/s的生長速率生長厚度為0.1～0.3nm的δ摻雜InGaAs層。

所述的生長在GaAs襯底上n-InGaAs薄膜的制備方法，還包括以下步驟：

(6)重復(fù)步驟(4)～(5)多次。

步驟(1)所述GaAs襯底清洗，具體為：

經(jīng)過丙酮、去離子水洗滌，去除襯底表面有機物；將GaAs襯底置于H₂O₂:H₂O:H₂SO₄＝1:1:5溶液中超聲1～10分鐘，之后經(jīng)去離子水清洗去除表面氧化物；清洗后的GaAs襯底用高純氮氣吹干。

步驟(2)所述GaAs襯底預(yù)除氣處理，具體為：

GaAs襯底送入分子束外延進樣室預(yù)除氣15～30分鐘；再送入傳遞室300～400℃除氣0.5～2小時，完成除氣后送入生長室。

步驟(3)所述GaAs襯底脫氧化膜，具體為：

GaAs襯底進入生長室后，將襯底溫度升至550～650℃，高溫烘烤15～30分鐘，除去襯底表面的氧化膜層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：

(1)本發(fā)明的生長在GaAs襯底上n-InGaAs薄膜，Si摻雜劑在薄膜中呈現(xiàn)脈沖式分布，有效地抑制Si的自補償效應(yīng)，提高摻雜效率、電子遷移率及晶體質(zhì)量。

(2)本發(fā)明的生長在GaAs襯底上n-InGaAs薄膜，能夠有效降低n-InGaAs生長過程中受到的應(yīng)力，抑制失配位錯的形成，提高GaAs外延膜的晶體質(zhì)量。

(3)本發(fā)明的生長在GaAs襯底上n-InGaAs薄膜的制備方法，通過在摻雜時關(guān)閉III族源，保持V族源開啟同步打開摻雜源Si，實現(xiàn)Si摻雜劑在薄膜中呈現(xiàn)脈沖式分布，有效地抑制Si的自補償效應(yīng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施例1的n-InGaAs薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的實施例1的n-InGaAs薄膜的原子力顯微鏡表面形貌圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

本實施例的生長在GaAs襯底上n-InGaAs薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)GaAs襯底清洗：

經(jīng)過丙酮、去離子水洗滌，去除襯底表面有機物；將GaAs襯底置于H₂O₂:H₂O:H₂SO₄＝1:1:5溶液中超聲1分鐘，之后經(jīng)去離子水清洗去除表面氧化物；清洗后的GaAs襯底用高純氮氣吹干。

(2)GaAs襯底預(yù)除氣處理：

步驟(2)所述GaAs襯底預(yù)除氣處理，具體為：

GaAs襯底送入分子束外延進樣室預(yù)除氣15分鐘；再送入傳遞室300℃除氣0.5小時，完成除氣后送入生長室。

(3)GaAs襯底脫氧化膜：

GaAs襯底進入生長室后，將襯底溫度升至550℃，高溫烘烤15分鐘，除去襯底表面的氧化膜層。

(4)InGaAs本征薄膜的生長：GaAs襯底溫度為500℃，在反應(yīng)室真空度為4.0×10^-5Pa條件下，保持III、V族源開啟，In源溫度在700℃、Ga源溫度在900℃、As源溫度在250℃、生長速率為0.6ML/s條件下，生長厚度為1nm的InGaAs本征薄膜；

(5)δ摻雜InGaAs薄膜：GaAs襯底溫度為500℃，在反應(yīng)室真空度為4.0×10^-5Pa條件下，關(guān)閉In與Ga的源爐，在As源溫度為250℃、Si源溫度為1000℃的條件下，以0.01ML/s的生長速度生長厚度為0.1nm的δ摻雜InGaAs層；所述的Si摻雜的InGaAs薄膜摻雜濃度達到4.0×10¹¹cm^-2。

(6)重復(fù)步驟(4)～(5)多次。

本實施例的n-InGaAs薄膜材料可采用分子束外延或金屬有機氣相沉積方法來制得。

如圖1所示，本實施例制備得到的生長在GaAs襯底上n-InGaAs薄膜14由下至上依次包括GaAs襯底11和n個δ摻雜區(qū)；所述δ摻雜區(qū)由下至上包括InGaAs本征薄膜12和δ摻雜InGaAs薄膜13；δ摻雜InGaAs薄膜為Si摻雜的InGaAs薄膜；所述n≥1。

圖2為本實施例制備的n-InGaAs薄膜的原子力顯微鏡表面形貌圖，從圖2中可以看出，應(yīng)用本發(fā)明生長出的n-InGaAs外延薄膜，相較于用傳統(tǒng)方法得到的n-InGaAs，晶體質(zhì)量高，其(111)面X-射線搖擺曲線的半峰寬為1886弧秒。并且n-InGaAs表面十分平整，均方表面粗糙度為3.1nm。薄膜的電子遷移率達到650cm²/Vs。

實施例2

本實施例的生長在GaAs襯底上n-InGaAs薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)GaAs襯底清洗：

經(jīng)過丙酮、去離子水洗滌，去除襯底表面有機物；將GaAs襯底置于H₂O₂:H₂O:H₂SO₄＝1:1:5溶液中超聲10分鐘，之后經(jīng)去離子水清洗去除表面氧化物；清洗后的GaAs襯底用高純氮氣吹干。

(2)GaAs襯底預(yù)除氣處理：

步驟(2)所述GaAs襯底預(yù)除氣處理，具體為：

GaAs襯底送入分子束外延進樣室預(yù)除氣30分鐘；再送入傳遞室400℃除氣2小時，完成除氣后送入生長室。

(3)GaAs襯底脫氧化膜：

GaAs襯底進入生長室后，將襯底溫度升至650℃，高溫烘烤30分鐘，除去襯底表面的氧化膜層。

(4)InGaAs本征薄膜的生長：GaAs襯底溫度為580℃，在反應(yīng)室真空度為2.7×10^-8Pa條件下，保持III、V族源開啟，In源溫度在830℃、Ga源溫度在1050℃、As源溫度在310℃、生長速率為1ML/s條件下，生長厚度為10nm的InGaAs本征薄膜；

(5)δ摻雜InGaAs薄膜：GaAs襯底溫度為500～580℃，在反應(yīng)室真空度為2.7×10^-8Pa條件下，關(guān)閉In與Ga的源爐，在As源溫度為310℃、Si源溫度為1250℃的條件下，以0.05ML/s的生長速度生長厚度為0.3nm的δ摻雜InGaAs層；所述的Si摻雜的InGaAs薄膜摻雜濃度達到6×10¹²cm^-2。

(6)重復(fù)步驟(4)～(5)多次。

本實施例制備得到的n-InGaAs薄膜的測試結(jié)果與實施例1類似，在此不再贅述。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。