一种AlGaAsSb虚拟衬底及半导体制备方法与流程

本发明涉及半导体，尤其是指一种algaassb虚拟衬底及半导体制备方法。

背景技术：

1、在半导体光电技术领域，inas/gasb ii类超晶格材料通过调节层厚以及组分，可以实现能带的连续控制，所研制的探测器广泛应用于生化气体探测、红外制导、红外成像、夜视和航空航天等领域。当前，inas/gasb ii类超晶格是通过在gasb或inas衬底上交替生长某一固定厚度的inas和gasb材料，获得每个周期包含一定层数的inas和gasb材料，通过调节两者厚度来调控光学性能，超晶格周期厚度仅有几个纳米，通常情况下，为增加光电器件的量子效率，inas/gasb超晶格通常需要长几百上千周期，当选取gasb作为衬底时，由于inas晶格常数较gasb小，当周期数增多时，在超晶格材料面内容易积聚大量的张应变，超过临界厚度，则应变释放，会在材料内产生晶格缺陷，降低器件光电性能，这严重制约了通过增加吸收层厚度提高量子效率的能力。

2、为减小材料面内张应变带来的伤害，此时，需要通过在inas与gasb之间插入一种晶格常数比gasb衬底晶格常数更长的材料作为界面层，其目的是在该层材料面内产生压应力，能够平衡inas层中的面内张应力，达到应变补偿的效果，同时期望该界面并不引入异类元素增加工艺的复杂性和难度。因此，针对inas/gasb超晶格材料体系特点，可选的界面层为in(as)sb。但是如此以来，会面临另一个问题：通常在较高温度生长时，半导体晶格可以更完美，材料中产生点缺陷几率越低，光电器件光学性能越高，而本身inas和gasb的材料特性适合较高温度生长(如480度)，但引入in(as)sb界面层后，限于insb材料本身特点，生长温度不能过高(如insb适合的生长温度为400度)，那么，整个超晶格器件结构的生长温度就只能迁就insb，故而大大限制了最终的器件光电性能。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中超晶格器件结构的生长温度需要迁就insb，限制了最终的器件光电性能的问题，提供一种algaassb虚拟衬底及半导体制备方法，可以避免失配型缺陷的引入，同时又保证整个结构满足在较高的温度下生长的需求，以保障晶体质量，提升光电器件性能。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种algaassb虚拟衬底，所述虚拟衬底为al、ga、as和sb元素组成的合金材料；所述虚拟衬底位于gaas衬底与周期性材料层之间，所述周期性材料层为交替生长的inas材料和gasb材料；

3、所述虚拟衬底的晶格常数d＝(d1*x+d2*y)/(x+y)，其中，x为单个周期中inas材料层的厚度，y为单个周期中gasb材料层的厚度，d1为inas材料的晶格常数，d2为gasb材料的晶格常数。

4、作为优选的，所述虚拟衬底的厚度为0.5-5μm。

5、作为优选的，d1选择inas材料在300k时的晶格常数d2选择gasb材料在300k时的晶格常数

6、作为优选的，所述虚拟衬底的导电类型为n型电导或p型电导。

7、作为优选的，所述虚拟衬底通过金属有机化学气相沉积法或分子束外延法获得。

8、作为优选的，所述gaas衬底为半绝缘型衬底或导电型衬底。

9、本发明还公开了一种半导体制备方法，包括以下步骤：

10、s1、获取gaas衬底；

11、s2、在gaas衬底上生长上述的algaassb虚拟衬底；

12、s3、在algaassb虚拟衬底上交替生长inas材料和gasb材料，形成周期性材料层。

13、作为优选的，所述s1具体包括：

14、将gaas衬底送入分子束外延生长腔，并在585～605℃温度下去除gaas衬底表面氧化层。

15、作为优选的，所述s2包括：

16、在gaas衬底上生长gaas缓冲层；

17、令gaas衬底的温度为400～450℃，在gaas缓冲层上生长厚度0.2～2μm的algaassb材料；

18、令gaas衬底的温度至500～550℃，继续生长厚度0.3～3μm的algaassb材料，获得虚拟衬底。

19、作为优选的，所述s3中，所述周期性材料层包括由下至上依次设置的下接触层、吸收层和上接触层，所述下接触层、吸收层和上接触层分别包括多个周期的inas材料和gasb材料，其中，所述下接触层与虚拟衬底均为p型材料或者均为n型材料。

20、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

21、1、当采用gaas衬底上的algaassb虚拟衬底作为生长inas/gasb超晶格材料的衬底时，因该虚拟衬底的晶格常数可以在gaas-alsb间任意调节，并且调节区间覆盖了inas和gasb的晶格常数，这样只要通过目标结构单一周期中inas和gasb各自的厚度就可以精确得到所需algaassb虚拟衬底的晶格常数。

22、2、相应地，当设置虚拟衬底后，在后续生长过程中，即使生长再厚的吸收层，吸收层可包含几百上千周期的inas/gasb超晶格，应力自然都会被自身完全补偿掉，避免了失配型缺陷的引入。

23、3、本发明的虚拟衬底可以保证整个结构满足在较高的温度下生长的需求，保障了晶体质量，提升了光电器件性能。

技术特征：

1.一种algaassb虚拟衬底，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的algaassb虚拟衬底，其特征在于，所述虚拟衬底的厚度为0.5-5μm。

3.根据权利要求1所述的algaassb虚拟衬底，其特征在于，d1选择inas材料在300k时的晶格常数d2选择gasb材料在300k时的晶格常数

4.根据权利要求1所述的algaassb虚拟衬底，其特征在于，所述虚拟衬底的导电类型为n型电导或p型电导。

5.根据权利要求1所述的algaassb虚拟衬底，其特征在于，所述虚拟衬底通过金属有机化学气相沉积法或分子束外延法获得。

6.根据权利要求1所述的algaassb虚拟衬底，其特征在于，所述gaas衬底为半绝缘型衬底或导电型衬底。

7.一种半导体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的半导体制备方法，其特征在于，所述s1具体包括：

9.根据权利要求7所述的半导体制备方法，其特征在于，所述s2包括：

10.根据权利要求7所述的半导体制备方法，其特征在于，所述s3中，所述周期性材料层包括由下至上依次设置的下接触层、吸收层和上接触层，所述下接触层、吸收层和上接触层分别包括多个周期的inas材料和gasb材料，其中，所述下接触层与虚拟衬底均为p型材料或者均为n型材料。

技术总结
本发明涉及一种AlGaAsSb虚拟衬底及半导体制备方法，所述虚拟衬底位于GaAs衬底与周期性材料层之间，所述周期性材料层为交替生长的InAs材料和GaSb材料；所述虚拟衬底的晶格常数d＝(d<subgt;1</subgt;*x+d<subgt;2</subgt;*y)/(x+y)，其中，x为单个周期中InAs材料层的厚度，y为单个周期中GaSb材料层的厚度，d<subgt;1</subgt;为InAs材料的晶格常数，d<subgt;2</subgt;为GaSb晶格常数；所述虚拟衬底为Al、Ga、As或Sb元素组成的合金材料。其只要通过目标结构单一周期中InAs和GaSb各自的厚度就可以精确得到所需AlGaAsSb虚拟衬底的晶格常数，避免失配型缺陷的引入，同时又保证整个结构满足在较高的温度下生长的需求，保障了晶体质量，提升光电器件性能。

技术研发人员：陈星佑,陈意桥,于天
受保护的技术使用者：苏州焜原光电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14