[发明专利]一种生长低熔点半导体材料用的滑动石英舟

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体材料生长用的生长舟，具体是对生长舟的结构的改进，用该生长舟能生长低熔点的半导体材料，并能在外延层与衬底之间晶格失配度＞5％的情况下，生长出高质量的异质外延单晶材料。

背景技术

III-V族半导体是制作光电器件的重要材料，具有相对成熟的材料制备和器件工艺技术。InAsSb(铟砷锑)三元合金材料在常规的III-V族化合物中具有最小的禁带宽度(0.1eV)，其室温截止波长能达到12μm。8-12μm波长范围是一个重要的红外大气窗口，工作在这一波段的红外探测器在红外制导、红外遥感、气象卫星、及资源探测等方面都有着非常重要而广阔的应用前景。因此，生长这一波段的红外材料，研制红外探测器无论在民用上还是在军用上都有着十分重要的意义。但是，由于InAsSb外延层与二元化合物衬底材料之间的品格失配度较大(例如与InAs衬底之间的晶格失配度＞6％，与GaAs衬底之间的晶格失配度＞14％)，因此用常规的生长技术很难生长出波长8-12μm的高质量的InAsSb单晶材料。

中国发明专利2004100990258公开了一种半导体材料生长系统的滑动机构，其中的生长舟是用高纯石墨制成，舟的液槽上开有多个井，用于放置生长溶液。生长外延层时，使生长溶液与衬底接触，然后使生长系统的温度下降，使溶质从生长溶液中析出，结晶在衬底上，形成外延层。外延层生长结束后，把所有的生长溶液从衬底上推走，生长后衬底上不能残留溶液。这种多井的石墨液槽适于生长外延层与衬底之间晶格匹配的外延材料(晶格失配度＜0.3％)，为获得结晶质量好的多层外延半导体材料作出了贡献。但是不适用于生长外延层与衬底材料之间晶格失配度大的材料，在外延层与衬底之间晶格失配度＞5％的情况下，很难生长出高质量的异质外延单晶材料。另外，由于石墨由碳元素构成，导致在材料的生长过程中引入了碳沾污，还有石墨的多孔性易吸附杂质，这些都影响了材料的电学性能。

近年来，国外用分子束外延(MBE)、金属有机化学气相淀积(MOCVD)、及液相外延(LPE)技术生长出了截止波长8-12μm的InAsSb外延层，外延层的厚度约为2-10μm，由于受晶格失配的影响，在这些外延层中观察到的位错密度高达10⁷-10⁹cm^-2，影响了器件的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、使用简便的用于生长低熔点半导体材料的滑动石英舟，用本发明的滑动石英舟可实现在外延层与衬底之间晶格失配度较大(＞5％)的情况下生长出高质量的异质外延单晶材料。

为了达到上述目的，本发明通过对8-12μm波段的InAsSb外延层生长的研究发现，InAsSb外延层与InAs衬底之间的晶格失配度＞6％，与GaAs衬底之间的晶格失配度＞14％，用现有的生长舟在InAs及GaAs衬底上生长出截止波长为10-12μm的高质量的InAsSb单晶材料是不可能的，为此对生长舟的结构与材料进行了改进，成功获得了如下结构的本发明的滑动石英舟，它包括下面的底板，底板上开设有一个凹槽，凹槽内放置衬底，特点是全部采用高纯石英原料制作，底板上面装有压块，两者互相匹配，且压块按需要在底板上沿水平方向移动或停留；压块一端固结一石英推杆，中部设有2个垂直方向贯通压块的井，井内放置生长溶液，底部(除2个井外)其余部分是平底，平底部分与外延层表面直接接触，为了使生长出的外延层表面光滑，平底部分的底面被抛光至镜面级光滑。

本发明的优点如下：

1.本发明的石英舟是用高纯石英原料制成，避免了材料生长过程中的碳沾污，并且石英材料致密，不吸附杂质，因此进一步提高了材料的电学性能。

2.用本发明的石英舟能在外延层与衬底之间晶格失配度较大(＞5％)的情况下，实现外延单晶的生长。而且，外延层的厚度可达100μm，此厚度足以消除外延层与衬底之间晶格失配的影响，导致外延层的位错密度(接近1×10⁴cm^-2)明显低于用其它方法生长的材料(10⁷-10⁹cm^-2)。

3.用本发明的石英舟在液相外延系统中已经成功地生长出了截止波长为10-12μm的高纯度InAsSb单晶，材料的电学指标及结晶质量均好于用常规技术生长的材料。

4.由于本发明是把衬底上残留的一层溶液结晶成外延层，因此，在外延层的生长过程中，没有发生溶质分凝现象，这使得外延层的组份与溶液的组份基本相同，且外延层的组分分布均匀，外延层的截止波长不随外延层的厚度变化。