控制半导体材料稳定生长的方法、装置、电子设备及介质与流程

本发明属于半导体光电子器件，涉及一种控制半导体材料稳定生长的方法，尤其涉及一种控制半导体材料稳定生长的方法、装置、电子设备及介质。

背景技术：

1、近红外波段的应用范围较为广泛，例如：石英光纤在1.31μm和1.55μm分别处于低损耗和低色散窗口，上述两个波长的激光器和探测器广泛地应用于长波光纤通信中。特别是ingaas探测器，因其良好的性能而在光纤通信系统中得到广泛应用，在当前的信息时代中发挥着重要作用。

2、inp基ingaas材料具有较高的吸收系数、高迁移率、较好的物理化学稳定性和抗辐照特性，利用其制备的探测器表现出较高的工作温度、高量子效率、高灵敏度、良好的抗辐照性能等优点，是短波红外探测器的重要选择。ingaas短波红外探测器在航天遥感，如资源调查、大气成分分析和深空探测等领域也具有巨大潜力和广阔的应用前景。

3、总体而言，ingaas探测器的发展主要分为两个方向：一是提高器件性能、增大焦平面的规模；二是向更宽的探测光谱发展，短波方向拓展到可见光范围，长波方向朝着3μm波长发展。

4、近年来，各国为提高近红外ingaas探测器焦平面阵列规模和性能水平做出了很多努力，大多数公司单位已具备制备大面阵的能力。然而，如何实现大规模半导体材料的稳定生长并维持材料的一致性，同时简化工艺流程，降低操作难度，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种控制半导体材料稳定生长的方法、装置、电子设备及介质，通过控制生长过程中各个关键参数并结合相关参数进行调整，实现大规模半导体材料的稳定生长并维持材料的一致性，简化了工艺流程，降低了操作难度，有利于大规模推广应用。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种控制半导体材料稳定生长的方法，所述方法包括以下步骤中的任意一步或至少两步的组合：

4、（1）结合前炉材料的x射线衍射（xrd）结果、光致发光测试（pl）结果和源炉束流变化值，对材料生长过程中使用的源炉温度进行调整；

5、（2）结合反射高能电子衍射（rheed）图像中特定结构出现和消失的温度点，分别对衬底的脱氧温度和外延层的生长温度进行调整；

6、（3）结合束流测试中的v族束流差和生长过程中的生长室真空差异，对v族束流的阀位差进行调整。

7、其中，步骤（1）-（3）不分先后顺序。

8、本发明提供的方法通过控制生长过程中各个关键参数并结合相关参数进行调整，实现大规模半导体材料的稳定生长并维持材料的一致性，普适性强，同时简化了工艺流程，降低了操作难度，有利于大规模推广应用。

9、优选地，所述半导体材料包括ingaas材料、algaas材料或ingasb材料中的任意一种，进一步优选为ingaas材料。

10、优选地，步骤（1）所述前炉材料包括上一炉材料。

11、优选地，步骤（1）所述x射线衍射结果包括inalas峰与ingaas峰的失配度。

12、优选地，步骤（1）所述光致发光测试结果包括光致发光测试波长。

13、优选地，步骤（1）所述源炉束流变化值包括in源炉束流降低值。

14、优选地，步骤（1）所述源炉温度的调整按照以下公式进行：

15、δtin=(a1-p1)/a1+δf1/a2；

16、δtal=x1/a3；

17、上式中，δtin为in源炉温度调整值；a1为材料目标波长，且1.68≤a1≤2.60；p1为光致发光测试波长；δf1为in源炉束流降低值；δtal为al源炉温度调整值；x1为inalas峰与ingaas峰的失配度；a1、a2和a3均为生长材料的波长相关值，且0.01≤a1≤0.05，0＜a2≤2×10-8，100≤a3≤600。

18、本发明中，1.68≤a1≤2.60，例如可以是a1=1.68、1.70、1.80、1.90、2.00、2.10、2.20、2.30、2.40、2.50或2.60；0.01≤a1≤0.05，例如可以是a1=0.01、0.02、0.03、0.04或0.05；0＜a2≤2×10-8，例如可以是a2=1×10-10、5×10-10、1×10-9、5×10-9、1×10-8或2×10-8；100≤a3≤600，例如可以是a3=100、200、300、400、500或600，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

19、优选地，步骤（2）所述反射高能电子衍射图像中特定结构包括2×4重构。

20、优选地，步骤（2）具体包括以下步骤：

21、（2.1）在衬底升温过程中，结合反射高能电子衍射图像中2×4重构出现的温度点，对衬底的脱氧温度进行调整；

22、（2.2）在衬底降温过程中，结合反射高能电子衍射图像中2×4重构消失的温度点，对外延层的生长温度进行调整。

23、优选地，步骤（2.1）所述脱氧温度的调整按照以下公式进行：

24、t1-1=a(t1-ta)+tb；

25、上式中，t1-1为衬底的脱氧温度；t1为反射高能电子衍射图像中2×4重构出现的温度点；a、ta和tb均为衬底材料的类型相关值，且0＜a≤1，450≤ta≤650，ta≤tb≤780。

26、本发明中，0＜a≤1，例如可以是a=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1；450≤ta≤650，例如可以是ta=450、500、550、600或650；ta≤tb≤780，例如可以是tb=660、680、700、720、740、760或780，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

27、优选地，步骤（2.2）所述生长温度的调整按照以下公式进行：

28、t2-1=b(t2-tc)+td；

29、上式中，t2-1为外延层的生长温度；t2为反射高能电子衍射图像中2×4重构消失的温度点；b、tc和td均为衬底材料的类型相关值，且0＜b≤1，450≤tc≤ta，tc-50≤td≤tc+50。

30、本发明中，0＜b≤1，例如可以是b=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1；450≤tc≤ta，例如可以是tc=450、460、470、480、490或500；tc-50≤td≤tc+50，例如可以是td=tc-50、tc-40、tc-30、tc-20、tc-10、tc、tc+10、tc+20、tc+30、tc+40或tc+50，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

31、优选地，步骤（3）所述阀位差的调整按照以下公式进行：

32、δv=(δg+δf)/c×100%；

33、上式中，δv为v族束流的阀位差；δg为生长过程中的生长室真空差异；δf为束流测试中的v族束流差；c为常规系数，且0＜c≤1，例如可以是c=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

34、第二方面，本发明提供一种控制半导体材料稳定生长的装置，所述装置包括以下模块中的任意一种或至少两种的组合：

35、源炉温度调整模块，用于结合前炉材料的x射线衍射结果、光致发光测试结果和源炉束流变化值，对材料生长过程中使用的源炉温度进行调整。

36、脱氧温度调整模块，用于在衬底升温过程中，结合反射高能电子衍射图像中2×4重构出现的温度点，对衬底的脱氧温度进行调整。

37、生长温度调整模块，用于在衬底降温过程中，结合反射高能电子衍射图像中2×4重构消失的温度点，对外延层的生长温度进行调整。

38、阀位差调整模块，用于结合束流测试中的v族束流差和生长过程中的生长室真空差异，对v族束流的阀位差进行调整。

39、第三方面，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括：

40、至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器。

41、其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行第一方面所述控制半导体材料稳定生长的方法。

42、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现第一方面所述控制半导体材料稳定生长的方法。

43、本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

44、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

45、本发明提供的方法通过控制生长过程中各个关键参数并结合相关参数进行调整，实现大规模半导体材料的稳定生长并维持材料的一致性，普适性强，同时简化了工艺流程，降低了操作难度，有利于大规模推广应用。