[发明专利]一种硅基GaAs单晶薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种硅基GaAs单晶薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

S1，对一硅衬底进行脱氧处理及退火处理；

S2，降低所述硅衬底的温度至第一温度250℃～350℃，然后，采用分子束外延法在所述硅衬底表面生长一层GaAs，以形成第一GaAs层；

S3，升高所述硅衬底的温度至第二温度350℃～450℃，然后，采用分子束外延法在所述第一GaAs层上生长一层GaAs，以形成第二GaAs层；

S4，升高所述硅衬底的温度至第三温度450℃～550℃，然后，采用分子束外延法在所述第二GaAs层上生长一层GaAs，以形成第三GaAs层；

S5，升高所述硅衬底的温度至第四温度550℃～620℃，然后，采用分子束外延法在所述第三GaAs层上生长一层GaAs，以形成第四GaAs层；

S6，降低所述硅衬底的温度至常温，得到硅基GaAs单晶薄膜。

2.根据权利要求1所述的硅基GaAs单晶薄膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，脱氧处理的脱氧温度为800℃～850℃，退火处理的退火温度为850℃～1000℃，退火处理的退火时间为30分钟。

3.根据权利要求1所述的硅基GaAs单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：降低所述硅衬底的温度至第一温度250℃～350℃后，在所述硅衬底上生长厚度为30～50nm的GaAs，以形成第一GaAs层，其中，GaAs的生长速度为0.1～0.3μm/h。

4.根据权利要求2所述的硅基GaAs单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，生长厚度为30～50nm的GaAs包括：

先以连续生长方式生长厚度为5～10nm的GaAs，再以增强迁移外延方式生长厚度为25～40nm的GaAs。

5.根据权利要求1所述的硅基GaAs单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括：升高所述硅衬底的温度至第二温度350℃～450℃后，在所述第一GaAs层上生长厚度为100～300nm的GaAs，以形成第二GaAs层，其中，GaAs的生长速度为0.1～0.3μm/h。

6.根据权利要求1所述的硅基GaAs单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括：升高所述硅衬底的温度至第三温度450℃～550℃后，在所述第二GaAs层上生长厚度为50～200nm的GaAs，以形成第三GaAs层，其中，GaAs的生长速度为0.3～0.5μm/h。

7.根据权利要求1所述的硅基GaAs单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S5包括：升高所述硅衬底的温度至第四温度550℃～620℃后，在所述第三GaAs层上生长厚度为500～1000nm的GaAs，以形成第四GaAs层，其中，GaAs的生长速度为1μm/h。

8.根据权利要求7所述的硅基GaAs单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，生长厚度为500～1000nm的GaAs包括：

先以连续生长方式生长厚度为10～50nm的GaAs，再以增强迁移外延方式生长厚度为490～950nm的GaAs。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的硅基GaAs单晶薄膜的制备方法，其特征在于，在分子束外延设备中利用As束流与Ga束流生长GaAs，其中：

在所述步骤S2中，GaAs的生长过程中As束流与Ga束流的比值为10～16；

在所述步骤S3中，GaAs的生长过程中As束流与Ga束流的比值为10～16；

在所述步骤S4中，GaAs的生长过程中As束流与Ga束流的比值为14～20；

在所述步骤S5中，GaAs的生长过程中As束流与Ga束流的比值为14～20。

10.一种硅基GaAs单晶薄膜，其特征在于，该硅基GaAs单晶薄膜为采用权利要求1～9中任一项所述的制备方法制备得到。