本发明专利技术涉及一种通过优化砷（As）分子类别控制N型砷化镓（GaAs）薄膜掺杂浓度的方法，该方法利用分子束外延（MBE）技术通过控制砷源的温度获得不同As2：As4比例的As束流，调节V族元素的粘附系数，促进掺杂元素Si占据Ga的位置。GaAs衬底经过除气、去除表面氧化层处理，外延适当厚度的非掺杂GaAs缓冲层，随后将As源升高至所需温度，打开Si源进行N型Si掺杂GaAs薄膜的外延生长。利用分子束外延技术在原子水平原位控制晶体生长，精确控制表面的成分和形态学。得到的N型Si掺杂GaAs薄膜具有较低的自补偿程度，高的载流子密度，以及低的晶格缺陷。通过反应速率可以精确控制薄膜的厚度，通过调节As束流中As2：As4的比例，掺杂源的温度及Ⅴ/Ⅲ束流比对薄膜进行掺杂控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种通过优化砷(As)分子类别控制N型砷化镓(GaAs)薄膜掺杂浓度的方法，利用分子束外延(MBE)技术通过控制砷源的温度获得不同As2:As4比例的As束流，调节V族元素的粘附系数，促进掺杂源硅(Si)的掺入，生长高电学性能，良好均匀性的N型GaAs薄膜，属于半导体材料制备
技术介绍
GaAs是一种重要的II1- V族直接带隙化合物半导体材料，具有电子迁移率高、禁带宽度大(1.43eV)、以及优良的光电性能等，广泛应用于制造微波器件，红外光电器件以及太阳能电池。GaAs微波器件和光电子器件中，元素Si由于高的粘附系数和低的迁移率可以获得高的掺杂浓度，在II1- V族半导体化合物的MBE生长中广泛地被用做为N型掺杂元素，大多数掺杂工艺通过调节掺杂源温度，生长温度等控制Si在GaAs中的浓度达到各类半导体器件的要求。分子束外延(MBE)技术是指在超高真空条件下，把热蒸发产生的原子或分子束喷射到具有一定取向、一定温度的清洁衬底上沉积生成高质量的薄膜材料或各种所需结构的外延工艺。到达衬底表面的原子或分子与衬底交换能量，并在衬底表面吸附、迁移、成核、最后生长成薄膜材料。可以制备:II1-V族化合物半导体、I1-VI族化合物半导体等。分子束外延单晶薄膜的生长速率慢(0.l~lML/s)，生长温度低(GaAs~550°C)，可改变外延层的组分和进行不同浓度的掺杂，可在原子尺度范围内控制外延层的厚度、异质结界面的平整度和掺杂分布，目前已发展到能精确地控制一个原子层接一个原子层生长的水平。在利用分子束外延掺杂的单晶薄膜时，主要是通过生长温度和掺杂源的温度来控制掺杂浓度。这种方法如果条件控制不当易使掺杂原子迁移不到指定位置从而形成间隙杂质、形成一些空位产生较高的自补偿程度降低有效的载流子浓度、产生较多的晶体缺陷。利用Si作为掺杂源获得掺杂浓度较高的N型GaAs薄膜需要较高的掺杂源温度，得到的GaAs薄膜中存在Sk和\a，Si&和V&的自补偿程度将会影响薄膜的掺杂浓度及薄膜的性质。对于光电器件来说，生长出高质量的材料是前提，因此，如何生长出较高的掺杂浓度，较低的自补偿程度是需要解决的重要问题之一。As2只与表面单个Ga原子作用，而As4则涉及与表面相邻Ga原子对的相互作用，As源不同的分子类别将会产生不同浓度的表面空位。用As2获得较高的砷表面浓度将有利于Si的掺入(占据Ga的位置)获得比较低自补偿浓度的GaAs掺杂薄膜。因此，通过调节不同As2:As4比例的As束流作为砷源可以获得在相同生长温度和掺杂源温度条件下更高载流子浓度更高质量的Si掺杂N型GaAs薄膜。
技术实现思路
针对
技术介绍
中提出的问题，本专利技术利用分子束外延(MBE)技术通过控制砷源的温度获得不同As2:As4比例的As束流，调节V族元素的粘附系数，促进掺杂元素Si作为施主的掺入(亦即占据Ga的位置),在合适的生长温度下(~550°C )外延N型Si掺杂的GaAs薄膜。本专利技术的效果在于，在合适的生长温度条件下Γ550°Ο，通过调控砷源的源炉温度获得不同As2:As4比例的As束流，得到较高的As2表面浓度，使得Si作为施主能有效的占据Ga的位置，减少薄膜中的Ga空位，进而降低自补偿程度。获得晶体缺陷较少、较高载流子浓度、髙电学性能且具有良好均匀性的N型Si掺杂GaAs薄膜。【具体实施方式】本专利技术所述的一种通过优化砷(As)分子类别控制N型砷化镓(GaAs)薄膜掺杂浓度的方法，其包括以下步骤:(1)GaAs衬底首先在进样室200°C下处理60分钟，初步除去衬底表面的水汽。(2)将初步处理的GaAs衬底送进缓冲室400°C下处理120分钟，进一步除气。(3)将在缓冲室处理的GaAs衬底送进超高真空的生长室，衬底表面在As分子束保护下升温至580°C，利用反射高能电子衍射仪(RHEED)监测除去表面氧化层。(4)将生长温度调节至~550°C，同时将As源温度控制在70(T90(TC，外延适当厚度的非掺杂GaAs缓冲层，并用RHEED原位监测薄膜生长情况。(5)将As源温度控制在~900°C获得较高As2:As4比例的As束流，Si源温度控制在1230°C，同时打开Si源进行Si掺杂N型GaAs薄膜的外延生长。【主权项】1.一种通过优化砷(As)分子类别控制N型砷化镓(GaAs)薄膜掺杂浓度的方法，其包括以下步骤: (1)GaAs衬底首先在进样室200°C条件下处理60分钟，初步除去衬底表面的水汽。 (2)将初步处理的GaAs衬底送进缓冲室在400°C条件下处理120分钟，进一步除气。 (3)在缓冲室处理完毕后，将GaAs衬底送进超高真空的生长室，衬底表面在As分子束保护下升温至580°C，利用反射高能电子衍射仪(RHEED)监测除去表面氧化层。 (4)将生长温度升温至~550°C，同时将As源温度控制在70(T900°C，外延适当厚度的非掺杂GaAs缓冲层，并用RHEED原位监测薄膜生长情况。 将As源温度控制在~900°C获得较高As2:As4比例的As束流，Si源温度控制在1230°C，同时打开Si源进行Si掺杂N型GaAs薄膜的外延生长。2.根据权利要求1所述的，本专利技术可制备较高载流子浓度，低自补偿程度，低晶体缺陷的高质量N型Si掺杂GaAs薄膜。3.根据权利要求1所述的，本专利技术通过控制As源的温度来调控生长薄膜所用的As分子类别，获得较高As2:As4比例的As束流，促进掺杂元素Si作为施主掺入(亦即占据Ga的位置)，在相同生长条件下获得比其他方法具有较低自补偿程度，更高载流子浓度的Si掺杂N型GaAs薄膜。4.根据权利要求1所述的，本专利技术利用分子束外延技术在GaAs衬底上先生长一层适当厚度的非掺杂GaAs缓冲层，然后生长Si掺杂N型GaAs薄膜。5.根据权利要求1所述的，本专利技术利用分子束外延技术通过控制Ga源束流即衬底表面Ga原子的浓度，进而控制反应速率，生长出精确厚度的N型GaAs薄膜。6.根据权利要求1所述的，本专利技术利用分子束外延技术在较低的生长温度下在原子水平原位控制晶体生长，精确控制薄膜成分在相同生长条件下获得比其他方法更高掺杂浓度和更高晶体质量的Si掺杂N型GaAs薄膜。【专利摘要】本专利技术涉及一种通过优化砷（As）分子类别控制N型砷化镓（GaAs）薄膜掺杂浓度的方法，该方法利用分子束外延（MBE）技术通过控制砷源的温度获得不同As2：As4比例的As束流，调节V族元素的粘附系数，促进掺杂元素Si占据Ga的位置。GaAs衬底经过除气、去除表面氧化层处理，外延适当厚度的非掺杂GaAs缓冲层，随后将As源升高至所需温度，打开Si源进行N型Si掺杂GaAs薄膜的外延生长。利用分子束外延技术在原子水平原位控制晶体生长，精确控制表面的成分和形态学。得到的N型Si掺杂GaAs薄膜具有较低的自补偿程度，高的载流子密度，以及低的晶格缺陷。通过反应速率可以精确控制薄膜的厚度，通过调节As束流中As2：As4的比例，掺杂源的温度及Ⅴ/Ⅲ束流比对薄膜进行掺杂控制。【IPC分类】H01L21/223【公开号】CN105428225【申请号】CN201410456773【专利技术人】贾慧民, 唐吉龙本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过优化砷（As）分子类别控制N型砷化镓（GaAs）薄膜掺杂浓度的方法，其包括以下步骤：（1） GaAs衬底首先在进样室200℃条件下处理60分钟，初步除去衬底表面的水汽。（2） 将初步处理的GaAs衬底送进缓冲室在400℃条件下处理120分钟，进一步除气。（3） 在缓冲室处理完毕后，将GaAs衬底送进超高真空的生长室，衬底表面在As分子束保护下升温至580℃，利用反射高能电子衍射仪（RHEED）监测除去表面氧化层。（4） 将生长温度升温至~550℃，同时将As源温度控制在700~900℃，外延适当厚度的非掺杂GaAs缓冲层，并用RHEED原位监测薄膜生长情况。将As源温度控制在~900℃获得较高As2：As4比例的As束流，Si源温度控制在1230℃，同时打开Si源进行Si掺杂N型GaAs薄膜的外延生长。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贾慧民，唐吉龙，方铉，魏志鹏，房丹，王晓华，王菲，李金华，楚学影，常量，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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