[发明专利]一种生长在Si衬底上的In0.3Ga0.7As薄膜及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及InGaAs薄膜的制备领域，尤其涉及一种生长在Si衬底上的In_0.3Ga_0.7As薄膜及其制备方法。

背景技术

III-V族化合物由于具有稳定性好、有效质量小、电子迁移率和峰值速度高、以及光吸收系数较高等优点，被广泛地应用于光电器件中。在这当中，In_xGa_1-xAs(0≤x≤1)材料的禁带宽度随着In组分变化可以在0.35eV(InAs)-1.43eV(GaAs)范围内变化。根据这些特性，In_xGa_1-xAs材料可以被应用于高电子迁移率晶体管、光电二极管、室温红外探测器等光电半导体器件领域。尤其是特定组分的In_xGa_1-xAs材料，由于其为直接带隙半导体，且具有特定的禁带宽度，因此在某些领域，如高效叠层太阳电池中具有广泛的应用。

外延生长In_0.3Ga_0.7As材料常采用InP、GaAs及Si等作为衬底材料。但InP与GaAs价格昂贵、晶片尺寸较小、并且脆性大，不利于工业化及大尺寸生产。Si衬底与InP、GaAs衬底相比，价格低廉，并且易于大尺寸化。同时，现在市场上绝大部分的集成芯片都是Si，因此易于将Si上生长的In_0.3Ga_0.7As薄膜整合到现有的芯片当中。但是由于Si与In_0.3Ga_0.7As材料间存在着较大的晶格失配(～6.3％)，如果直接在Si上生长In_0.3Ga_0.7As，由于晶格失配而在薄膜中存有大量的残余应力。大的残余应力对In_0.3Ga_0.7As薄膜性能有很大影响。一方面，大的残余应力可能使In_0.3Ga_0.7As薄膜在生长时产生裂纹甚至开裂。另一方面，大的残余应力将会造成在In_0.3Ga_0.7As薄膜中产生大量的缺陷，从而降低薄膜的晶体质量、增大薄膜表面粗糙度，最终降低器件寿命、恶化器件性能。为了在Si衬底上生长出高质量、表面平整的In_0.3Ga_0.7As材料，最佳途径是在Si衬底上先外延生长缓冲层材料来释放In_0.3Ga_0.7As/Si之间的晶格失配应力，然后再外延生长In_0.3Ga_0.7As材料。但目前在In_0.3Ga_0.7As生长中，大多数采用多层的组分渐变、组分跳变、组分逆变等缓冲层结构。由于In_0.3Ga_0.7As和Si之间的晶格失配度约为6.3％，需要设计和应用多层结构的缓冲层才能充分释放两者之间的失配应力，这些缓冲层一般包含≥4层子缓冲层，这往往造成在生长In_0.3Ga_0.7As材料前需要外延生长多层较厚的缓冲层。这些多层结构的缓冲层具有结构复杂、厚度较厚、生长步骤繁琐的特点，而且很难精确控制每一层材料的成分、厚度、以及晶体质量，从而影响最终获得的In_0.3Ga_0.7As薄膜质量。因此，为了得到高质量、表面平整的In_0.3Ga_0.7As薄膜，就需要对缓冲层的结构进行设计、生长工艺进行优化。

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种生长在Si衬底上的In_0.3Ga_0.7As薄膜，晶体质量较好、表面平整。