，V族束源的裂解溫度為1000°C<JnP在GSMBE生長(zhǎng)時(shí)的襯底溫度為400°C ,AsH3的裂解溫度為1000°C，通過(guò)調(diào)節(jié)氣路中AsH3的壓力來(lái)控制As束流的大小。在本文實(shí)驗(yàn)中，氣源爐六8出的壓力?￥ = 450?5501'0^，相應(yīng)的生長(zhǎng)室壓力為1.8?2.5 X I O—5Torr。生長(zhǎng)時(shí)襯底以每分鐘5轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，以保證外延材料的均勻性。對(duì)于只含有一種V族元素的三元系材料InGaAs來(lái)說(shuō)，其生長(zhǎng)速率主要取決于III族元素In和Ga的分子束強(qiáng)度之和，而組份則由In和Ga的分子束強(qiáng)度比決定。因此，為了調(diào)節(jié)InGaAs外延層的組份以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須精確校正In和Ga的束流比f(wàn)In/fGa(fIn/fA1)。本發(fā)明采用X射線衍射(XRD)來(lái)測(cè)定外延層與襯底之間的失配度，通過(guò)盧瑟福背散射(RBS)測(cè)試來(lái)確定Bi的組份并據(jù)此計(jì)算合金材料的組份。
[0024]具體工藝如下:
[0025](I)將InP(10)襯底送入氣態(tài)源分子束外延系統(tǒng)GSMBE的預(yù)處理室，于300_350°C除氣30分鐘；
[0026](2)將上述襯底傳遞至GSMBE的生長(zhǎng)室，將PH3于1000°C進(jìn)行裂解，得到P2用作Ps源，調(diào)節(jié)氣源爐PH3壓力Pv為450?700Torr ；
[0027](3)襯底在P氣氛的保護(hù)下進(jìn)行生長(zhǎng)前的表面解吸，襯底溫度于400°C下進(jìn)行外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)時(shí)襯底以每分鐘5轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，以保證外延材料的均勻性；
[0028]所述的襯底表面解吸的工藝為InP襯底在P氣氛的保護(hù)下加熱至解吸溫度400°C?450 0C以去除表面的氧化層，解吸過(guò)程用RHEED來(lái)監(jiān)控。
[0029]InGaAs緩沖層的生長(zhǎng)工藝條件為:Ga的生長(zhǎng)溫度為1025°C，In的生長(zhǎng)溫度為8900C，AsH3的裂解壓力為650Torr，在此條件下InGaAs的生長(zhǎng)速率為0.98ym/h，襯底溫度于400°C下進(jìn)行外延生長(zhǎng);采用間斷生長(zhǎng)的方法，在InGaAs緩沖層生長(zhǎng)時(shí)，采用間斷10秒的方法，保證膜生長(zhǎng)方式分為臺(tái)階流動(dòng)式生長(zhǎng)，避免形成二維形核式生長(zhǎng)。
[°03°] InGaAs緩沖層三元合金的組分是通過(guò)校正In和Ga的束流比f(wàn)in//fGa，fin/為16.4，&3為19.9，偏差在±5%，并采用XRD測(cè)定外延層與襯底之間的失配度而確定的。
[0031 ] InGaAsBi層的生長(zhǎng)工藝條件為:Ga的生長(zhǎng)溫度為1025°C，In的生長(zhǎng)溫度為890°C，Bi的生長(zhǎng)溫度為480cCAsH3的裂解壓力為650Torr，在此條件下InGaAsBi的生長(zhǎng)速率為1.0μm/h，襯底溫度于280°C下進(jìn)行外延生長(zhǎng);本發(fā)明設(shè)計(jì)采用間斷生長(zhǎng)的方法，在InGaAsBi生長(zhǎng)時(shí)，采用20秒的方法，保證膜生長(zhǎng)方式分為臺(tái)階流動(dòng)式生長(zhǎng)，避免形成二維形核式生長(zhǎng)。
[0032]1成&488丨緩沖層生長(zhǎng)是通過(guò)校正111，6&和祀的束流實(shí)現(xiàn)的汀111為16.4，&3為13.1，fBi為1.4，偏差在± 5 %，并采用XRD和RBS確定材料的組份。
[0033]實(shí)施例2
[0034]依實(shí)施例1所示的生長(zhǎng)工藝流程設(shè)計(jì)生長(zhǎng)的材料結(jié)構(gòu)如圖3所示，在所述的材料結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)中，設(shè)計(jì)采用間斷生長(zhǎng)的方法，在InGaAs緩沖層和InGaAsBi層生長(zhǎng)時(shí)，分別采用間斷10秒和20秒的方法，保證原子級(jí)材料的生長(zhǎng)方式分為臺(tái)階流動(dòng)式生長(zhǎng)，避免形成二維形核式生長(zhǎng)。
[0035]實(shí)施例3InGaAs緩沖層的作用:
[0036]①?gòu)膱D4 InGaAsBi/InP材料的XRD搖擺曲線，圖A為存在InGaAs緩沖層的不同Bi組份的InGaAsBi材料示意圖；B圖為不存在InGaAs緩沖層的不同Bi組份的InGaAsBi材料示意圖。從兩幅圖對(duì)比可以看出，在相同條件下，存在緩沖的材料晶體質(zhì)量明顯要好于不存在緩沖層的材料，相同條件下晶格失配度要小，緩沖層對(duì)于異質(zhì)外延的應(yīng)力釋放起到了很好的緩沖作用。
[0037]②從圖6可以看出隨著Bi組份的增加，存在InGaAs緩沖層的結(jié)構(gòu)有比較好的InGaAsBi表面質(zhì)量。Bi的組份從0-3%的變化過(guò)程中含有InGaAs緩沖層的InGaAsBi材料的表面粗糙度變化不大，而不含有InGaAs緩沖層的InGaAsBi材料粗糙度明顯變差。設(shè)計(jì)采用的含有InGaAs緩沖層的InGaAsBi/InP材料結(jié)構(gòu)能夠有效的提高InGaAsBi高迀移率材料的質(zhì)量。
[0038]③從圖7可以看出含有InGaAs緩沖層的InGaAsBi材料在迀移率等電學(xué)特性方面比不含有InGaAs緩沖層的InGaAsBi材料有明顯的優(yōu)勢(shì)，具有較高的電子迀移率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種InGaAsBi高電子迀移率材料制備方法，其特征在于采用GSMBE技術(shù)在InP襯底上生長(zhǎng)InGaAsBi高電子迀移率材料;具體工藝為: (I)將InP(10)襯底送入氣態(tài)源分子束外延系統(tǒng)GSMBE的預(yù)處理室，于300-350°C除氣30分鐘; ⑵將上述襯底傳遞至GSMBE的生長(zhǎng)室，將PH3于1000°C進(jìn)行裂解，得到P2用作Ps源，調(diào)節(jié)氣源爐PH3壓力Pv為450?700Torr ； (3)襯底在P氣氛的保護(hù)下進(jìn)行生長(zhǎng)前的表面解吸，襯底溫度于400°C及280°C下進(jìn)行外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)時(shí)襯底以每分鐘5轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，以保證外延材料的均勻性； InGaAs緩沖層的生長(zhǎng)工藝條件為:Ga的生長(zhǎng)溫度為1025°C，In的生長(zhǎng)溫度為890 °C，AsH3的裂解壓力為650Torr，在此條件下InGaAs的生長(zhǎng)速率為0.98ym/h，襯底溫度于400°C下進(jìn)行外延生長(zhǎng);采用間斷生長(zhǎng)的方法，在InGaAs緩沖層生長(zhǎng)時(shí)，采用間斷10秒的方法，保證膜生長(zhǎng)方式分為臺(tái)階流動(dòng)式生長(zhǎng)，避免形成二維形核式生長(zhǎng)； InGaAsBi層的生長(zhǎng)工藝條件為:Ga的生長(zhǎng)溫度為1025°C，In的生長(zhǎng)溫度為890°C，Bi的生長(zhǎng)溫度為480°CAsH3的裂解壓力為650Torr，在此條件下InGaAs的生長(zhǎng)速率為l.0ym/h，襯底溫度于280°C下進(jìn)行外延生長(zhǎng);設(shè)計(jì)采用間斷生長(zhǎng)的方法，在InGaAsBi生長(zhǎng)時(shí)，采用20秒的方法，保證膜生長(zhǎng)方式分為臺(tái)階流動(dòng)式生長(zhǎng)，避免形成二維形核式生長(zhǎng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中所述的襯底表面解吸的工藝為InP襯底在P氣氛的保護(hù)下加熱至解吸溫度400°C?450°C以去除表面的氧化層，解吸過(guò)程用RHEED來(lái)監(jiān)控。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)中InGaAs緩沖層三元合金的組分是通過(guò)校正In和Ga的束流比f(wàn) In//f Ga，f In/為16.4，f<^為19.9，偏差在± 5 %，并采用XRD測(cè)定外延層與襯底之間的失配度而確定的。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)所述InGaAsBi緩沖層生長(zhǎng)是通過(guò)校正In，Ga和Bi的束流實(shí)現(xiàn)的，f m為16.4，f (^為13.1，fBi為1.4，偏差在± 5 %，并采用XRD和RBS確定材料的組份。5.由權(quán)利要求1所述的方法制備磷化銦基雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于由三層組成，依次為半絕緣InP襯底、InGaAs緩沖層和InGaAsBi層。6.按權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于: ①存在InGaAs緩沖層的晶體質(zhì)量明顯優(yōu)于不存在緩沖層材料，相同條件下晶格失配度要小;緩沖層對(duì)于外延的應(yīng)力釋放起了緩沖作用； ②存在InGaAs緩沖層的結(jié)構(gòu)具有好的InGaAsBi表面質(zhì)量。Bi的組份從0-3%的變化過(guò)程中含有InGaAs緩沖層的InGaAsBi材料的表面粗糙度變化不大； ③含有InGaAs緩沖層的InGaAsBi材料在迀移率電學(xué)特性方面比不含有InGaAs緩沖層的InGaAsBi材料具有高的電子迀移率。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種InGaAsBi高遷移率材料制備方法及結(jié)構(gòu)。其特征在于采用氣態(tài)源分子束外延(GSMBE)制備材料。在半絕緣InP(100)襯底上外延生長(zhǎng)InGaAsBi材料結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用GSMBE在材料生長(zhǎng)方面的優(yōu)勢(shì)，減少InGaAsBi高電子遷移率材料生長(zhǎng)過(guò)程中界面粗糙容易引入合金無(wú)序。我們?cè)O(shè)計(jì)采用間斷生長(zhǎng)的方法，在InGaAs緩沖層和InGaAsBi生長(zhǎng)時(shí)，分別采用間斷10秒和20秒的方法，保證膜生長(zhǎng)方式分為臺(tái)階流動(dòng)式生長(zhǎng)，避免形成二維形核式生長(zhǎng)。InGaAsBi高電子遷移率材料外延方法比較多，可以用MBE，MOCVD等等，并且材料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成熟，適合批量生產(chǎn)。
【IPC分類】H01L21/02, C30B25/18, C30B29/10
【公開號(hào)】CN105575773
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511022279
【發(fā)明人】艾立鹍, 周書星, 徐安懷, 齊鳴
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日