[发明专利]一种低点缺陷密度宽禁带半导体单晶外延薄膜的制备方法

说明书

一种低点缺陷密度宽禁带半导体单晶外延薄膜的制备方法，属于半导体材料领域。低点缺陷密度宽禁带半导体单晶外延薄膜的制备方法，用于在不增加位错密度情况下对禁带宽度大于2.3eV的半导体单晶外延薄膜进行处理以降低其点缺陷密度，制备方法包括：提供洁净的半导体单晶外延薄膜；将半导体单晶外延薄膜在惰性气氛下预热至第一给定温度；通过脉冲光照射的方式加热半导体薄膜至高于第一给定温度的第二给定温度，以引起半导体外延薄膜再结晶，从而实施退火；在惰性气氛下，自然冷却至室温；其中，脉冲光的单脉冲持续时间为纳秒至毫秒之间，且脉冲光是能够覆盖薄膜的面光。上述方案可以在保持薄膜高质量的情况下还实现对其点缺陷密度的降低。

技术领域

本申请涉及半导体材料领域，具体而言，涉及一种低点缺陷密度宽禁带半导体单晶外延薄膜的制备方法。

背景技术

宽禁带半导体是指禁带宽度高于2.3eV(电子伏特)的半导体材料，又称第三代半导体。相对于传统的第一代Si与第二代GaAs等半导体材料，以其为基础所组装的功能器件具有更宽的光学窗口、更强的耐高压与抗辐照能力、热导率等，因此成为新一代电学光学器件的理想候选材料。

特别是电子电力器件方面，第三代半导体为基础的p-n功率器件已在全球范围内引发新一代的器件革命，并在产业行业占有一席之地，并将在未来新能源汽车领域发挥更大的作用。

在光学器件方面，第三代半导体成功地将目前传统半导体在红外与可见光范围的光学窗口拓宽到紫外区域，从而在净化杀菌、光谱光源、紫外探测等领域发挥重要的影响。

目前，第三代半导体的制备方法主要分为两大类，即物理沉积与化学沉积方法。而该两种沉积方法在其单晶外延薄膜的制备过程中所带来的共同问题，则是不可避免的引入各种类型的点缺陷，既包括单原子与双原子空位，也包含各种类型的反占位原子与间隙原子。

而缺陷的引入往往会在带隙中形成不同位置的杂质能级，在光学器件方面该杂质能级会引入额外的光电转化，极大的损害光电子器件的单色性。而在电子电力器件方面，杂质能级的引入则会形成载流子捕获中心，极大的损害器件耐压性，从而大幅度的影响器件性能。

由此可见，寻找合适的方法制备低点缺陷密度的高质量宽禁带半导体单晶外延薄膜，将对该领域产生深远影响，具有重大意义。

发明内容

基于上述的不足，本申请提供了一种低点缺陷密度宽禁带半导体单晶外延薄膜的制备方法，以部分或全部地改善、甚至解决宽禁带半导体单晶外延薄膜点缺陷高的问题。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请的示例提供了一种低点缺陷密度宽禁带半导体单晶外延薄膜的制备方法，用于在不增加位错密度情况下对禁带宽度大于2.3eV的半导体单晶外延薄膜进行处理以降低其点缺陷密度。

该制备方法包括：提供洁净的半导体单晶外延薄膜；将半导体单晶外延薄膜在惰性气氛下预热至第一给定温度；通过脉冲光照射的方式加热半导体薄膜至高于第一给定温度的第二给定温度，以引起半导体外延薄膜再结晶，从而实施退火；在惰性气氛下，自然冷却至室温；其中，脉冲光的单脉冲持续时间为1纳秒至1000毫秒之间，且脉冲光是能够覆盖薄膜的面光。

上述方案通过使用脉冲光的高能和持续时间短的优点，对薄膜进行快速的热退火，使其快速地结晶，从而消除或降低其已存在的点缺陷。

结合第一方面，在本申请的第一方面的第一种可能的实施方式中，半导体单晶外延薄膜的材料包括直接带隙半导体和/或间接带隙半导体。

结合第一方面的第一种实施方式，在本申请的第一方面的第二种可能的实施方中，半导体单晶外延薄膜的材料是本征半导体、n型掺杂半导体或p型掺杂半导体。

结合第一方面或第一方面的第一种或第二种实施方式，在本申请的第一方面的第三种可能的实施方中，半导体单晶外延薄膜为尺寸包括2寸、4寸、6寸或8寸的晶圆。