[发明专利]一种半导体材料过滤位错的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体电子与光电子材料领域，特别涉及一种半导体材料过滤位错的方法。

背景技术

晶格失配与热膨胀系数失配一直是制约半导体异质结构设计的重要因素。高质量、大尺寸、低价格的商用衬底种类只有有限几种，或者特定情况下衬底材料已被选定（例如III-V与硅基集成），在这些衬底之上构建电子或光电子器件的时候对材料的选择只能被局限在与衬底匹配或者极小的可容忍的失配的材料体系中，否则将引起应力弛豫并导致很高的穿透位错密度，大幅度降低器件性能。这极大的限制了对器件设计的自由度。为了打破该限制，生长一个缓冲层来改变晶格常数成为了一种广泛的做法。然而，虽然科研界经过数十年的努力尝试各种缓冲层的设计和优化，此类方法制作出的衬底模板仍然具有过高的穿透位错密度，在此之上制造出的器件，尤其是光电子器件，尚无法与普通商用衬底上的器件进行竞争，更不用说超越其性能。因此，对于穿透位错的过滤或者说阻挡一直是研究热点。目前已经实验过的方法包括使用应变补偿超晶格、量子点、稀氮材料来过滤位错等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体材料过滤位错的方法，该方法操作工艺简单，易控制，可有效地过滤穿透位错，具有良好的应用前景。

本发明的一种半导体材料过滤位错的方法，提供第一晶体层，在所述第一晶体层上依次外延生长内嵌有金属颗粒的过滤层和器件层，利用嵌入在半导体材料内部的金属颗粒过滤位错。所述第一晶体层中的穿透位错进入过滤层后在遇到半导体/金属颗粒界面时滑移停止，终止于所述过滤层中。其上继续外延生长的器件层具有相比于第一晶体层低的穿透位错密度。

所述半导体材料衬底为商用半导体衬底。

所述第一晶体层、过滤层和器件层为C、Si、Ge、Sn二元及多元半导体、氧化物中的一种或多种。

所述第一晶体层、过滤层和器件层为单层或多层结构。

所述金属颗粒为单一金属元素或者多种金属的合金。

所述金属颗粒在生长时为液态或固态。

采用分子束外延、金属有机化学气相外延技术、液相外延或热壁外延形成所述第一晶体层、过滤层和器件层。

有益效果

本发明操作工艺简单，易控制，可有效地过滤穿透位错，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明制备得到的半导体材料的结构剖面图；

图2为实施例1制备得到的半导体材料的结构剖面图；

图3为实施例1中In_0.25Ga_0.75As层上生长1.5nm Ga形成金属液滴的原子力显微镜照片。

图4为实施例2制备得到的半导体材料的结构剖面图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

以GaAs衬底上实现1.3μm通信激光器为例说明利用在半导体材料内部嵌入金属颗粒来过滤位错的方法和步骤。这些方法和制备步骤可以直接推广到其他类型的材料体系。以下提到的生长方法包含但不限于分子束外延（MBE）和金属有机化合物化学气相沉淀（MOCVD），具体结构和制备步骤如下，如图2所示：

（1）在GaAs(100)衬底上，500℃下，生长1000nm In_0.25Ga_0.75As，应变充分弛豫，弛豫过程会生成高密度的穿透位错（>1x10⁸cm^-2）；上述GaAs衬底和In_0.25Ga_0.75As层共同构成了第一晶体层；

（2）在关闭As的情况下在In_0.25Ga_0.75As层上生长1.5nm Ga，所述Ga会在表面形成金属液滴，如图3所示。