滲雜膜的一部分/多部分是可能的，例如對于特定的組分使用離 子移植。因此在生長之后的過程可發(fā)生滲雜。
[0110] 膜
[0111] 本發(fā)明中生長的膜可W是250皿至幾個微米的厚度，例如0.5至10微米，更優(yōu)選地1 至5微米。膜的表面積僅受到用于沉積膜的設(shè)備和襯底的尺寸限制。如W下所進一步描述 的，表面積也可W由膜在其中生長的孔的尺寸控制。
[0112] 膜的厚度通常由生長過程進行的時間的長度控制。較長的過程通常導(dǎo)致較厚的 膜。
[0113] 當(dāng)存在時基層可W是一個或兩個原子厚度，例如2 A或多至數(shù)十納米，其依賴于 基層的性質(zhì)和在該基層上生長的薄膜的性質(zhì)。
[0114] 膜/基層沉積/生長
[0115] 我們首先處理本發(fā)明的膜在石墨襯底上的直接沉積。本發(fā)明的膜在襯底或基層上 外延生長。它們通過共價、離子或準(zhǔn)范德華結(jié)合，附連至下面的石墨襯底。因此，在襯底和膜 的連接點，晶體平面外延地形成。運些在相同的晶體方向一個接一個形成，因而允許膜的外 延生長。
[0116] 優(yōu)選地本發(fā)明的膜應(yīng)當(dāng)對于具有立方晶體結(jié)構(gòu)的膜在[111]方向生長并且對于具 有六方晶體結(jié)構(gòu)的膜在[0001]方向生長。平面（111)和(OOOl)二者表示膜的相同的（六邊 形)平面，僅僅是平面的命名法依賴于生長的膜的晶體結(jié)構(gòu)變化。
[0117] 膜優(yōu)選地通過分子束外延(MBE)生長。盡管使用氣相沉積，例如CVD特別地金屬有 機CVD(MOCVD)或金屬有機氣相外延(MOVPE)方法在本發(fā)明的范圍內(nèi)，MBE的使用是非常優(yōu)選 的。
[0118] 在此方法中，襯底被提供各反應(yīng)物的分子束，例如III族元素和V族元素優(yōu)選地同 時供應(yīng)。然而，可能有利的是每次使用一種反應(yīng)物開始沉積過程。因而第一層可能包括沉積 Sb,接著施加 Ga。第一層可能包括沉積In,接著是As或者反之亦然。沉積可能包括Al Sb的生 長，優(yōu)選地先訊然后A1。一旦存在反應(yīng)物二者并且每個已經(jīng)形成原子層，運些二者的化合物 將形成。此交替的沉積可W或可W不被重復(fù)一次或多次。此后，兩種離子可W被同時施加并 且膜將繼續(xù)生長。在用III-V族元素 W常規(guī)的M邸模式生長之前可能需要升高襯底溫度。
[0119] 用M邸技術(shù)，通過使用遷移增強外延(MEE)或原子層M肥(ALMBE)可W達到較高程度 地控制膜在石墨襯底上的成核和生長，在遷移增強外延(MEE)中（III)(V)族元素被W兩者 之間無時間地交替施加，在原子層MBE (ALMBE)中例如III和V族元素可W W兩者之間有延遲 地交替地施加。
[0120] 優(yōu)選的技術(shù)是固體源MBE，其中非常純的元素諸如嫁和錬被在分離的泄流單元中 加熱，直達它們開始緩慢地蒸發(fā)(例如嫁)或升華(例如錬）。氣態(tài)元素然后凝結(jié)在襯底上，其 中它們可W彼此反應(yīng)。在嫁和錬的實例中，單晶錬化嫁形成。術(shù)語"束"的使用意指蒸發(fā)的原 子(例如嫁)或分子(例如訊4或訊2)彼此不相互作用或者不與真空室氣體相互作用直到它們 到達襯底。
[0121] 使用M邸也可W容易地引入滲雜離子。圖2是M邸過程的可能的裝置。
[0122] 分子束外延(MBE)發(fā)生在超高真空中，背景壓力通常大約IO-W至l〇-9Torr。膜通常 生長緩慢，諸如W至多幾個諸如大約化m每小時的速度。運允許膜外延地生長并且最大化結(jié) 構(gòu)性能。
[0123] 對于常規(guī)的II-VI或III-V半導(dǎo)體膜，生長溫度可W在300至700°C的范圍內(nèi)。對于 基層生長，需要低得多的溫度，其通常是大約130°C。然而，所采用溫度特定于膜中材料的性 質(zhì)、表面取向、W及所使用的HI和V元素的通量。對于在GaAs (001)表面上GaAs的生長，優(yōu)選 的溫度是580至630°C，例如590°C。對于在GaAs (111)表面GaAs的生長，諸如GaAs (111 )B表 面，較高的溫度是優(yōu)選的，例如530°C或更高諸如610°C或更高。對于InAs和GaSb,范圍更低， 例如430至540°C，諸如對于在InAs(OOl)表面上InAs的生長為450°C并且對于在GaSb(Ill) 表面上GaSb的生長為465°C。在Ga訊(OOl)表面上Ga訊的生長可W發(fā)生在490°C。技術(shù)人員將 發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臏囟取?br>[0124] 通過同時地(連續(xù)的（模擬或數(shù)字)M邸生長)或交替地(MEE、ALMBE)打開Ga/In泄流 單元的閩和抗衡離子泄流單元(例如神或錬)的閩和/或閥可W開始膜生長。.
[0125] 泄流單元的溫度可W用于控制生長速率。便捷的生長速率是0.05至2WI1每小時，例 如1皿每小時。
[0126] 依賴于被生長的膜的性質(zhì)，也可W調(diào)節(jié)分子束的束當(dāng)量壓力(通量）。束當(dāng)量壓力 的合適水平是在Ix 1〇-8和Ix 1〇-5化rr之間。
[0127] 反應(yīng)物(例如III族原子和V族分子)之間的束通量比率可W變化，優(yōu)選的通量比率 依賴于其他的生長參數(shù)和被生長的膜的性質(zhì)。
[0128] M肥的顯著的好處是生長的膜可W被原位分析，例如通過使用反射高能電子衍射 (R肥邸）。R肥抓是通常用于表征晶體材料的表面的技術(shù)。在膜通過其他技術(shù)諸如MOV陽形成 的情況，此技術(shù)不那么容易地實施。
[0129] 如W上所指出的，本發(fā)明的膜被優(yōu)選地生長為立方（閃鋒礦）或六方（纖鋒礦）結(jié) 構(gòu)。形成膜的材料的性質(zhì)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該膜在生長過程期間將被改變。因而，通過 改變分子束的性質(zhì)，一部分不同的結(jié)構(gòu)將被引入到膜中?？蒞用InAs膜部分，延伸初始GaAs 膜，例如通過從Ga進料改變?yōu)镮n進料。然后通過改變回Ga進料可W用GaAs膜部分延伸GaAs/ InAs膜，等等。在生長過程期間膜中包括納米結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如GaAs基體中的 InAs或GaSb量子點。運些納米結(jié)構(gòu)的生長對技術(shù)人員將是已知的。再一次地，通過發(fā)展帶有 不同電子性能的不同結(jié)構(gòu)，本發(fā)明人提供帶有感興趣的和可W操縱的電子性能的膜，其可 W由制造者根據(jù)所有形式的終端應(yīng)用定制。
[0130] 當(dāng)基層存在時，優(yōu)選地使用W上所述的一種技術(shù)，沉積基層，例如ALMBE。其后，半 導(dǎo)體的形成按照W上的說明。
[0131 ]在一個實施方式中，在初始元素基層膜一一其通常是Sb層一一被沉積之后，第二 元素層，其通常是不同材料，可W被沉積，諸如Ga層?？赡苤档玫氖?，在開始生長期望的半導(dǎo) 體之前放置諸如Sb和Ga的交替的原子層但優(yōu)選地僅放置Ga的一個原子層并且運標(biāo)志GaSb 層的開始，在其上可W生長例如InAs或S元或四元化合物。
[0132] 也可能有用的是，分別初始地施加半導(dǎo)體組分的通量。因而，在聯(lián)合同步通量可W 被用于生長膜之前，元素（III)的通量被施加并且然后是元素(V)，或可選地W相反的順序。
[0133] 如果使用熱敏感的基層，諸如Sb基層，一旦建立III-V膜生長，溫度可W被升高至 常規(guī)的外延沉積溫度。所生長的半導(dǎo)體膜不需要與基層相同或者包含基層的元素（一種或 多種）。
[0134] 基層或主膜可W被滲雜。一旦半導(dǎo)體膜生長已經(jīng)開始，滲雜可W開始。如果存在， 滲雜應(yīng)當(dāng)開始于幾個原子層到膜形成。運將理想地引入歐姆接觸到膜。優(yōu)選的滲雜劑是Si 或Te。可選地，滲雜劑可W是Be或MgsMg被用作P-型氮化物的優(yōu)選的滲雜劑。Be被用作P-型 神化物和錬化物的優(yōu)選的滲雜劑。Si被用作n-型神化物和氮化物的優(yōu)選的滲雜劑，而Te被 用作n-型錬化物的優(yōu)選的滲雜劑。
[0135] 應(yīng)當(dāng)理解的是僅滲雜膜的部分/多部分是可能的，例如對于特定組分使用離子移 植。因此滲雜可W在生長之后過程發(fā)生。
[0136] 在一個實施方式中，膜可W生長在被提供有掩模的襯底上。掩模保護襯底但限定 了孔的圖案，預(yù)期膜在其中生長。例如，二氧化娃或氧化侶掩?？蒞被施加在石墨襯底，掩 模中有孔的圖案，膜生長通過其中發(fā)生。一旦膜沉積已經(jīng)發(fā)生，掩?？蒞被留在適當(dāng)位置， 部分移除或完全移除，例如通過蝕刻，W在襯底上留下對應(yīng)于掩模中的孔位置的一系列的 薄膜。
[0137] 應(yīng)用
[0138] 本發(fā)明的膜具有廣泛范圍的應(yīng)用。它們是半導(dǎo)體因此可W被預(yù)期在其中半導(dǎo)體技 術(shù)是有用的任何領(lǐng)域提供應(yīng)用。它們主要用在電子和光電子應(yīng)用中，例如在太陽能電池、光 檢測器、發(fā)光二極管(LED)、波導(dǎo)和激光器中。
[0139] 用于部署它們的理想設(shè)備可W是薄膜太陽能電池。運種太陽能電池同時具有高 效、廉價和質(zhì)量輕的潛力。運是快速發(fā)展的領(lǐng)域并且在接下來的幾年中將發(fā)現(xiàn)運些有價值 的材料的進一步應(yīng)用。
[0140] 現(xiàn)在將相對于W下非限制性的實施例和圖對本發(fā)明進行進一步的討論。
【附圖說明】
[0141] 圖la-d顯示了當(dāng)半導(dǎo)體原子被放置1)H-和B-位點（圖la、b和d)，W及2)在石墨締 上的H-或B-位點（圖Ic)時的原子排列。在圖Ie中，相對于它們的晶格常數(shù)繪制了III-V半導(dǎo) 體（W及Si和化0)的帶隙能量。垂直實屯、(虛線)彩色線條描繪了理想的晶體的晶格常數(shù)，該 理想的晶體對于立方(六方）晶體將給出與石墨締的完美的晶格匹配，相對于石墨締有四個 不同原子排列（圖la-d)。在一些二元半導(dǎo)體的情況下，對于一個建議的原子構(gòu)造，與石墨締 的晶格失配是非常小的（例如InAs、GaSb和ZnO)。對于其他的二兀半導(dǎo)體像GaAs，晶格失配 是非常大的并且在兩個不同原子構(gòu)造之間（如圖Ib或圖Ic中）。從圖中可W認(rèn)識到，許多S 元、四元和五元半導(dǎo)體可W完美地晶格匹配于石墨締。
[0142] 圖2顯示了M邸實驗裝置。
[0143] 圖3是載體、石墨締層、基層和頂部半導(dǎo)體層的理論側(cè)視圖。
[0144] 圖4顯示了直接生長在Kish石墨表面上的Ga訊的薄膜。
[0145] 圖5顯示對于訊Gpl3，S角狀形狀的Ga訊片狀物確認(rèn)與石墨襯底的外延關(guān)系。
[0146] 實驗過程：
[0147] 薄膜在化rian Gen II Modular分子束外延(MBE)系統(tǒng)中生長，該系統(tǒng)裝配有普通 侶纖絲單元、嫁雙纖絲單元、In SUMO雙纖絲單元、As閥控裂解單元(As valved cracker cell)和Sb閥控裂解單元(Sb valved cracker cell),允許使二聚體和四聚體的比例固定。 在本研究中，神的主要種類是As2，并且錬是訊2。
[0148] 薄膜的生長或者在Kish石墨薄片或在石墨締膜（I至7個單層厚，優(yōu)選地僅一個單 層厚）上進行，該石墨締