一種基于納米圖形襯底的異變外延生長(zhǎng)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于納米圖形襯底的異變外延生長(zhǎng)方法，在襯底上，或在已沉積特定異變外延層的虛擬襯底上形成納米小球的單層排布，并控制納米小球間隙的大??；將納米小球間隙連在一起，形成納米尺度圖形；以納米小球?yàn)檠谀ぃ诩{米小球間隙內(nèi)沉積外延層材料，并與襯底或虛擬襯底緊密結(jié)合，增大外延層材料的沉積厚度，使外延層材料高出納米小球，外延層材料橫向生長(zhǎng)并合并，完全覆蓋住納米小球，降低外延層材料的表面粗糙度。本發(fā)明納米小球間隙的生長(zhǎng)窗口具有寬度窄、深寬比高的特征，納米小球可以有效阻擋襯底與外延層之間由于晶格失配產(chǎn)生的穿透位錯(cuò)在外延層中繼續(xù)向上穿通，大幅度提高異變外延材料質(zhì)量，解決晶格失配材料間異變外延生長(zhǎng)問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種基于納米圖形襯底的異變外延生長(zhǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子集成領(lǐng)域，尤其涉及一種基于納米圖形襯底的異變外延生長(zhǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬及交換速度的需求急速增長(zhǎng)，對(duì)承載信息的光傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)提出了巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。目前，網(wǎng)絡(luò)終端和節(jié)點(diǎn)設(shè)備仍主要依賴于分立光電子器件，這使得體積、功能、功耗、可靠性、成本等方面問(wèn)題日益凸顯，已經(jīng)無(wú)法滿足新一代光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要求。實(shí)現(xiàn)光電子集成是解決這些問(wèn)題的唯一有效途徑。
[0003]經(jīng)過(guò)30多年的努力，光電子集成技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是與微電子集成相比進(jìn)展還遠(yuǎn)不如人意，大規(guī)模、多功能半導(dǎo)體光電子集成仍未獲得實(shí)質(zhì)性突破。究其根源，以材料兼容為代表的關(guān)鍵問(wèn)題無(wú)法徹底突破是癥結(jié)所在。眾所周知，GaAs與Si的晶格失配度約4.1%，InP與GaAs的晶格失配度約3.8%，若在Si上直接生長(zhǎng)GaAs或在GaAs上直接生長(zhǎng)InP，穿透位錯(cuò)密度(TDD)都高達(dá)108-109/Cm2。這么高的穿透位錯(cuò)密度使得外延層無(wú)法用于制備高性能光電子器件，特別是制備發(fā)光器件。
[0004]異變外延(metamorphic growth)是實(shí)現(xiàn)單片光電子集成中材料兼容的主要技術(shù)途徑之一，它是通過(guò)產(chǎn)生位錯(cuò)(失配位錯(cuò)和穿透位錯(cuò))來(lái)釋放襯底與外延層之間由于晶格失配所導(dǎo)致的應(yīng)力。目前，主要采用以下方法降低異變外延層的TDD:
[0005]組分漸變緩沖層(compositionally graded buffer)技術(shù),屬于緩沖層技術(shù)的一種。但與組分固定的緩沖層技術(shù)不同，組分漸變緩沖層是一種多層緩沖層結(jié)構(gòu)，緩沖層除GeSi 外多為三兀甚至四兀化合物(如 InGaAs、InGaP、InAlAs、GaAsSb、InAsP、InGaAlAs 等)，有些漸變緩沖層甚至是由兩種化合物組合而成。緩沖層的晶格常數(shù)由與初始襯底匹配逐漸過(guò)度到最終異變外延層所需的晶格常數(shù)。根據(jù)組分漸變方式不同，又可具體細(xì)分為:組分線性漸變(linearly-graded)與組分臺(tái)階漸變(step-graded)兩種緩沖層。組分線性漸變是指緩沖層的晶格常數(shù)隨厚度緩慢地線性變化或準(zhǔn)線性變化；組分臺(tái)階漸變是指晶格常數(shù)階梯式變化，每個(gè)特定組分緩沖層都具有一定的臺(tái)階厚度。緩沖層組分漸變后，首先位錯(cuò)會(huì)分布在整個(gè)緩沖層里，不再局限在襯底與外延層的單一異質(zhì)界面處，減小了位錯(cuò)相互釘扎(pinning)的幾率，異變外延層中的穿透位錯(cuò)更容易滑移；其次，將應(yīng)變界面(strainprofiles)擴(kuò)展到了整個(gè)緩沖層厚度中，漸變緩沖層中的應(yīng)變大大減小，阻止了位錯(cuò)環(huán)(dislocation loop)的形成,這樣也有利于穿透位錯(cuò)發(fā)生滑移。
[0006]盡管如此，組分漸變緩沖層技術(shù)生長(zhǎng)工藝非常復(fù)雜，不僅需要精確的組分控制、生長(zhǎng)速率控制，還要用到組分過(guò)沖(composition overshoot)。特別是為了降低TDD、保證緩沖層中失配應(yīng)變盡可能弛豫完全，整個(gè)緩沖層要長(zhǎng)得非常厚(一般都在幾微米以上，有的甚至到十幾微米)，這樣一來(lái)異變外延生長(zhǎng)代價(jià)很高(對(duì)于分子束外延等低速生長(zhǎng)方式來(lái)說(shuō)尤為突出)。此外，構(gòu)成緩沖層的多元化合物(例如InGaAs、InGaP)的組分升高到特定值后會(huì)出現(xiàn)相分凝，在異變外延層中進(jìn)一步引入缺陷降低異變材料質(zhì)量，最終限制了可獲得的虛擬襯底的組分。另外，該技術(shù)還會(huì)在異質(zhì)界面處引入大量的失配位錯(cuò)(misfit dislocation),使得異變外延片表面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)縱橫交錯(cuò)的cross-hatch形貌，使得表面粗糙度增加。
[0007]橫向外延(epitaxial lateral growth, EL0G)技術(shù):橫向外延屬于二次外延技術(shù)，首先要在特定襯底上外延生長(zhǎng)一薄層異變II1-V族半導(dǎo)體作為種子層(seed layer)，然后在種子層上沉積SiO2或SiNx等介質(zhì)掩膜層(厚度通常為幾十納米);接著利用傳統(tǒng)的光刻與腐蝕技術(shù)，在掩膜上形成具有特定占空比的條形窗口(占空比通常為1:1，窗口寬度在微米量級(jí))，將種子層暴露出來(lái)；最后繼續(xù)外延生長(zhǎng)II1-V族材料。由于介質(zhì)掩膜的表面成核勢(shì)壘非常高，因此最初外延生長(zhǎng)只能在窗口區(qū)域進(jìn)行。當(dāng)圖形窗口區(qū)內(nèi)外延層沉積厚度超過(guò)介質(zhì)掩膜層后，在垂直生長(zhǎng)的同時(shí)開始橫向生長(zhǎng)，外延層橫向擴(kuò)展最終合并。橫向外延是通過(guò)介質(zhì)掩膜底部阻擋穿透位錯(cuò)向上繼續(xù)傳播和滑移，橫向生長(zhǎng)開始后窗口區(qū)的穿透位錯(cuò)轉(zhuǎn)向或閉合成環(huán)實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)湮滅，從而大幅度降低位錯(cuò)的數(shù)量。但是，橫向外延需要光刻、清洗等后工藝，容易引入污染。另外，閃鋅礦結(jié)構(gòu)的II1-V族半導(dǎo)體材料的橫向、縱向生長(zhǎng)速率比不高，無(wú)法像纖鋅礦GaN那樣實(shí)現(xiàn)橫向合并。此外，圖形窗口區(qū)域內(nèi)及其頂部的外延層中仍存在大量的穿透位錯(cuò)。
[0008]深寬比陷講(aspect ratio trapping,ART)技術(shù):ART與橫向外延技術(shù)有很多相似之處。也是先在襯底或虛擬襯底上沉積一層厚的SiO2或SiNx等介質(zhì)掩膜層(通常是幾百納米厚)。接著，利用納米級(jí)光刻工藝與深刻蝕工藝，在掩膜上形成具有特定占空比的條形窗口(窗口寬度通常為幾十納米到幾百納米，深寬比至少要大于I )，并將襯底或虛擬襯底完全暴露出來(lái)；最后進(jìn)行常規(guī)異變外延或二次外延，最初生長(zhǎng)也只在窗口區(qū)域進(jìn)行，掩膜上不成核。當(dāng)圖形窗口區(qū)內(nèi)外延層沉積厚度超過(guò)介質(zhì)掩膜層后，在垂直生長(zhǎng)的同時(shí)開始橫向生長(zhǎng)，相鄰生長(zhǎng)面相互連接從而合并。由于大失配異變外延產(chǎn)生的穿透位錯(cuò)一般都是60°位錯(cuò)，因此窗口區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生穿透位錯(cuò)在向上傳播一段距離后會(huì)被掩膜的側(cè)壁阻擋住，這部分區(qū)域稱為“位錯(cuò)陷講區(qū)域”(dislocation trapping area),位錯(cuò)陷講區(qū)域上面不存在任何位錯(cuò)，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的異變外延。但是，ART技術(shù)需要電子束曝光、深紫外浸潤(rùn)式光刻、納米壓印、激光全息曝光等復(fù)雜的納米級(jí)光刻工藝，晶片大面積光刻的成本非常高。另外，介質(zhì)掩膜的深刻蝕較難實(shí)現(xiàn)，一般都要用金屬掩膜替代光刻膠掩膜，并進(jìn)行帶膠金屬剝離，會(huì)引入污染。此外，外延層橫向合并時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量缺陷，而且晶片表面起伏很大。
[0009]綜上所述，以上異變外延方法在解決材料兼容問(wèn)題上都不盡理想，國(guó)際上高質(zhì)量異質(zhì)外延生長(zhǎng)仍然沒(méi)有徹底突破，異變外延發(fā)光器件(特別是激光器)的性能還遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)用化的基本要求。鑒于此，探索異變外延生長(zhǎng)新方法，大幅度降低由于外延層與襯底之間晶格顯著失配所導(dǎo)致的穿透位錯(cuò)密度、提高異變外延材料質(zhì)量，是半導(dǎo)體光電子單片集成領(lǐng)域目前最亟待解決的問(wèn)題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0011]針對(duì)上述異變外延方法的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何用比較簡(jiǎn)單的工藝、低廉的成本制備出納米圖型襯底，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)晶格失配度較大的兩種材料間高質(zhì)量的異變外延生長(zhǎng)，大幅度降低異變外延材料中的穿透位錯(cuò)密度，滿足高性能光電子集成器件制備的要求。[0012](二)技術(shù)方案
[0013]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于納米圖形襯底的異變外延生長(zhǎng)方法，所述異變外延生長(zhǎng)方法包括:
[0014]S1:在襯底上，或在已沉積特定外延層的虛擬襯底上形成納米小球的單層排布，并控制納米小球間隙的大??；其中形成納米小球的單層排布優(yōu)選:旋轉(zhuǎn)涂膜、提拉涂膜、重力沉降；
[0015]S2:將所述納米小球間隙連在一起，形成納米尺度圖形；
[0016]S3:以所述納米小球?yàn)檠谀ぃ运黾{米小球間隙為生長(zhǎng)窗口進(jìn)行選區(qū)外延，生長(zhǎng)外延層材料；
[0017]步驟S3具體包括:
[0018]S31:以所述納米小球?yàn)檠谀?，在所述納米小球間隙內(nèi)沉積外延層材料，并與所述襯底或所述虛擬襯底緊密結(jié)合；
[0019]S32:增大所述外延層材料的沉積厚度，使所述外延層材料高出納米小球；
[0020]S33:所述外延層材料橫向生長(zhǎng)并合并，完全覆蓋住所述納米小球；
[0021]S34:降低所述外延層材料的表面粗糙度，降低的方法優(yōu)選:研磨、拋光。
[0022]進(jìn)一步地，襯底材料和外延層材料之間晶格失配度超過(guò)0.1%。
[0023]進(jìn)一步地，虛擬襯底材料和所述外延層材料之間晶格匹配。
[0024]進(jìn)一步地，所述步驟SI使用尺寸均勻的單分散納米小球，小球直徑在I微米以下。
[0025]進(jìn)一步地，所述SI步驟中形成納米小球間隙是從所述襯底或所述虛擬襯底表面一直貫穿至小球頂部，寬度為納米尺度，深寬比保持在1-10之間。
[0026]進(jìn)一步地，若所述步驟SI中納米小球間隙小，所述步驟S2中進(jìn)行擴(kuò)大納米小球間隙處理，處理方法優(yōu)選:干法刻蝕、濕法腐蝕。
[0027]本發(fā)明中，襯底優(yōu)選S1、Ge、SO1、GeO1、GaAs、InP、GaP、InAs, GaSb 單晶襯底。
[0028]本發(fā)明中，虛擬襯底優(yōu)選GaAs/S1、InP/S1、InP/GaAs/S1、InGaAs/GaAs/S1、GaP/S1、GaAs/(B)GaP/S1、InGaP/S1、GaAsP/S1、GaAs/GaAsP/S1、GaAs/InGaP/S1、InGaAs/GaAs、InAlAs/GaAs、InGaP/GaAs> GaAsSb/GaAs>InP/GaAs、InAsP/InP、InGaAs/InP、InAlAs/InP、GaAsP/GaP、InGaP/GaP、Ge/S1、GeSi/S1、Ge/GeSi/S1、GaAs/Ge、InP/GaAs/Ge 虛擬襯底。
[0029]本發(fā)明中，外延層優(yōu)選IV族、II1-V族或I1-VI族半導(dǎo)體材料，包括但不限于Ge、Si 單元素半導(dǎo)體，GeS1、SiC、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs, InSb、AlAs、AlP、AlSb、ZnO、ZnSe、ZnS、ZnTe、CdSe、CdTe等二元化合物半導(dǎo)體，以及II1-V族和I1-VI族多元(三元、四元、五元)化合物半導(dǎo)體。
[0030]本發(fā)明中，納米小球優(yōu)選二氧化硅(Si02)、氮化硅(SiNx)、二氧化鈦(TiO2)、聚苯乙烯(PS)小球。
[0031](三)有益效果
[0032]本發(fā)明提供了一種基于納米圖形襯底的異變外延生長(zhǎng)方法，通過(guò)襯底或虛擬襯底上單層排布的納米小球作為掩膜進(jìn)行選區(qū)外延生長(zhǎng)，產(chǎn)生如下有益效果:
[0033]1、本方法工藝簡(jiǎn)單，可以在多種襯底或虛擬襯底上形成納米圖形結(jié)構(gòu)；特別是，與ELOG及ART相比不需要復(fù)雜、高成本的光刻工藝，消除了光刻引入的材料污染問(wèn)題；
[0034]2、本方法通過(guò)調(diào)整單層排布的納米小球直徑及小球間隙來(lái)改變納米圖形的周期、占空比，特別是改變納米小球的間隙和間隙的深寬比，簡(jiǎn)便易操作；
[0035]3、最終異變外延生長(zhǎng)不需要去除納米小球。利用納米小球掩膜對(duì)傾斜的穿透位錯(cuò)進(jìn)行阻擋，或使其轉(zhuǎn)向或閉合，從而顯著降低異變外延層中穿透位錯(cuò)密度，提高異變外延層的晶體質(zhì)量，為進(jìn)一步制備高性能的異變光電子器件奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1為本發(fā)明一種基于納米圖形襯底的異變外延生長(zhǎng)方法的步驟流程圖；
[0037]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中納米小球單層涂覆的截面示意圖與平面示意圖；
[0038]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一中在GaAs襯底上由SiO2納米小球旋涂形成的單層有序薄膜的SEM照片；
[0039]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中步驟S3的步驟流程圖；
[0040]圖5為本發(fā)明實(shí)施例一中納米小球單層涂覆后直接進(jìn)行異變外延生長(zhǎng)的示意圖；
[0041]圖6是本發(fā)明實(shí)施例中納米小球阻擋60度穿透位錯(cuò)的示意圖；
[0042]圖7為本發(fā)明實(shí)施例二中納米小球單層涂覆后進(jìn)行擴(kuò)大間隙處理過(guò)程中的三維示意圖；
[0043]圖8為本發(fā)明實(shí)施例二中納米小球經(jīng)擴(kuò)隙處理后進(jìn)行異變外延生長(zhǎng)的示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0045]實(shí)施例一
[0046]本發(fā)明實(shí)施例一中提供了一種基于納米圖形襯底的異變外延生長(zhǎng)方法，步驟流程如圖1所示，具體包括以下步驟:
[0047]步驟S1:在襯底上，或在已沉積特定外延層的虛擬襯底上形成納米小球的單層排布，并控制納米小球間隙的大小。
[0048]納米小球可以是二氧化硅(Si02)、氮化硅(SiNx)、二氧化鈦(Ti02)、聚苯乙烯(PS)等單分散(mono-dispersed)小球。
[0049]其中，要進(jìn)行二氧化硅納米小球的單層涂覆，本實(shí)施例中所用的是事先溶在無(wú)水乙醇中的單分散SiO2小球，每毫升溶液中含有SiO2小球0.21g。使用尺寸均勻的單分散納米小球，單分散納米小球的直徑在I微米以下，通常直徑保持在5?1000nm，本實(shí)施例中SiO2小球直徑為500nm。經(jīng)無(wú)水乙醇進(jìn)一步稀釋(稀釋比為1: 2?1:20)后，進(jìn)行納米小球的單層排布，如圖2所示，其中圖2a為截面圖，圖2b為俯視圖，圖中21為納米小球，22為襯底或虛擬襯底，襯底或虛擬襯底的晶向不限于(100)晶向，還可以是(111)、(311)等其它晶向。實(shí)現(xiàn)納米小球的單層排布的方法包括:旋轉(zhuǎn)涂膜(spin coating)、提拉涂膜(dip coating)、重力沉降(gravity sedimentation)等。
[0050]本實(shí)施例中利用旋轉(zhuǎn)涂膜的方法在(100)晶向的GaAs襯底上進(jìn)行單層涂覆，旋涂速度為700?5000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時(shí)間為20?40秒。
[0051]SiO2小球在GaAs襯底表面形成了大面積、有序六方密排的單層有序薄膜，小球間隙約40nm，納米小球間隙是從襯底或虛擬襯底表面一直貫穿至納米小球頂部，寬度為納米尺度，通常是10_500nm,深寬比(aspect ratio)保持在1-10之間,所得結(jié)果如圖3所示。
[0052]其中的襯底不限于GaAs 襯底，還可以是 S1、Ge、SO1、GeO1、GaAs、InP、GaP, InAs,GaSb等襯底。虛擬襯底不限于GaAs/Si虛擬襯底，還可以是InP/S1、InP/GaAs/S1、InGaAs/GaAs/S1、GaP/S1、GaAs/(B)GaP/S1、InGaP/S1、GaAsP/S1、GaAs/GaAsP/S1、GaAs/InGaP/S1、InGaAs/GaAs、InAlAs/GaAs、InGaP/GaAs > GaAsSb/GaAs >InP/GaAs、InAsP/InP、InGaAs/InP、InAlAs/InP、GaAsP/GaP、InGaP/GaP、Ge/S1、GeSi/S1、Ge/GeSi/S1、GaAs/Ge、InP/GaAs/Ge等虛擬襯底。襯底或虛擬襯底的晶向不限于(100)晶向，還可以是(111)、(311)等其它晶向。
[0053]步驟S2:將納米小球間隙連在一起，形成納米尺度圖形。
[0054]若步驟SI中納米小球間隙小，在步驟S2中進(jìn)行擴(kuò)大納米小球間隙處理，擴(kuò)大間隙的方法包括:干法刻蝕、濕法腐蝕等。
[0055]步驟S3:以納米小球?yàn)檠谀?，以納米小球間隙為生長(zhǎng)窗口進(jìn)行外延生長(zhǎng)。
[0056]步驟S3的流程如圖4所示，具體包括以下步驟:
[0057]步驟S31:以納米小球?yàn)檠谀ぃ诩{米小球間隙內(nèi)沉積外延層材料，并與襯底或虛擬襯底緊密結(jié)合。
[0058]步驟S32:增大外延層材料的沉積厚度，使外延層材料高出納米小球。
[0059]步驟S33:外延層材料橫向生長(zhǎng)并合并，完全覆蓋住納米小球。
[0060]步驟S34:降低外延層材料的表面粗糙度，方法包括:研磨、拋光等。
[0061]襯底材料和外延層材料之間晶格失配度超過(guò)0.1%，其中晶格失配度=[(外延層材料的晶格常數(shù)一襯底材料的晶格常數(shù))/襯底材料的晶格常數(shù)]X 100%O虛擬襯底材料和外延層材料之間晶格匹配。
[0062]步驟S3通過(guò)選區(qū)生長(zhǎng)(Selective Area Growth)完成,包括但不限于磁控派射(Magnetron sputtering)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、液相外延(LPE)、氫化物氣相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)、原子層沉積(ALE)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)等生長(zhǎng)技術(shù)。
[0063]外延層是IV族、II1-V族或I1-VI族半導(dǎo)體材料，包括Ge、Si單元素半導(dǎo)體，GeS1、SiC、GaP、GaAs, GaSb, InP、InAs, InSb、AlAs、A1P、AlSb、ZnO、ZnSe, ZnS, ZnTe, CdSe, CdTe等二元化合物半導(dǎo)體，以及II1-V族和I1-VI族多元(三元、四元、五元)化合物半導(dǎo)體。
[0064]本實(shí)施例中進(jìn)行基于納米圖形襯底的InP/GaAs異變外延生長(zhǎng)。利用低壓MOCVD技術(shù)在GaAs襯底51上單層涂敷的SiO2小球52間隙中生長(zhǎng)一薄層低溫InP成核層53。選用TMIn和PH3作為生長(zhǎng)源，生長(zhǎng)溫度控制在400-500° C，生長(zhǎng)厚度5_50nm，V/III比控制在 200-400。
[0065]在PH3保護(hù)下將生長(zhǎng)溫度升高至600-750° C，繼續(xù)生長(zhǎng)InP外延層54。InP外延層54的生長(zhǎng)速率控制在0.1-lnm/s, V/III比控制在100-200。
[0066]InP外延層54厚度超過(guò)500nm后，開始橫向生長(zhǎng)并合并,最終完全覆蓋住SiO2小球。生長(zhǎng)過(guò)程如附圖5所示。其中圖5c中小球未被外延層完全覆蓋，圖5d中小球被外延
層完全覆蓋。
[0067]如圖6所示，襯底61上的低溫成核層63與外延層64中的斜線代表穿透位錯(cuò)，大部分穿透位錯(cuò)65被小球62側(cè)壁阻擋，只有極少量的穿透位錯(cuò)66從小球62空隙穿透到外延層64表面。
[0068]實(shí)施例二
[0069]本發(fā)明實(shí)施例二中還提供了一種基于納米圖形襯底的異變外延生長(zhǎng)方法，與實(shí)施例一的不同之處在于實(shí)施例二中進(jìn)行GaAs/Si異變外延生長(zhǎng),包括:
[0070]1、首先，利用傳統(tǒng)兩步法并輔助熱循環(huán)退火(TCA)、插入應(yīng)變層超晶格(SLS)等技術(shù)生長(zhǎng)出GaAs/Si虛擬襯底81。GaAs/Si虛擬襯底由(100)晶向的Si襯底811和異變GaAs外延層812組成。
[0071]2、在虛擬襯底81表面形成SiO2小球的單層有序薄膜，SiO2小球直徑為500nm。
[0072]3、利用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)對(duì)SiO2小球進(jìn)行擴(kuò)隙處理，將SiO2小球間隙增大至IOOnm左右。擴(kuò)隙過(guò)程如附圖7所示，小球72經(jīng)擴(kuò)隙處理后形狀發(fā)生改變，多變?yōu)闄E球形小球73，擴(kuò)隙前如圖7a所示，擴(kuò)隙后如圖7b所示。
[0073]4、接著，在AsH3保護(hù)下升溫至600-750° C，利用LP-MOCVD在SiO2小球間隙中生長(zhǎng)GaAs外延層84。選用TMGa和AsH3作為生長(zhǎng)源，GaAs外延層的生長(zhǎng)速率控制在0.1-1nm/s，V/III 比控制在 15-100。
[0074]5、當(dāng)GaAs外延層84厚度高出SiO2小球后，GaAs開始橫向生長(zhǎng)并合并，最終完全覆蓋住SiO2小球，生長(zhǎng)過(guò)程如圖8所示。
[0075]以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于納米圖形襯底的異變外延生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述異變外延生長(zhǎng)方法具體包括: 51:在襯底上，或在已沉積特定異變外延層的虛擬襯底上形成納米小球的單層排布，并控制納米小球間隙的大??； 52:將所述納米小球間隙連在一起，形成納米尺度圖形； 53:以所述納米小球?yàn)檠谀?，以所述納米小球間隙為生長(zhǎng)窗口進(jìn)行選區(qū)外延，生長(zhǎng)外延層材料； 步驟S3具體包括: 531:以所述納米小球?yàn)檠谀?，在所述納米小球間隙內(nèi)沉積外延層材料，并與所述襯底或所述虛擬襯底緊密結(jié)合； 532:增大所述外延層材料的沉積厚度，使所述外延層材料高出納米小球； 533:所述外延層材料橫向生長(zhǎng)并合并，完全覆蓋住所述納米小球； 534:降低所述外延層材料的表面粗糙度。
2.如權(quán)利要求1所述的異變外延生長(zhǎng)方法，其特征在于，襯底材料和所述外延層材料之間晶格失配度超過(guò)0.1%。
3.如權(quán)利要求1所述的異變外延生長(zhǎng)方法，其特征在于，虛擬襯底材料和所述外延層材料之間晶格匹配。
4.如權(quán)利要求1所述的異變外延生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述步驟SI使用尺寸均勻的單分散納米小球，所述單分散納米小球的直徑在I微米以下。
5.如權(quán)利要求1所述的異變外延生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述SI步驟中的納米小球間隙是從所述襯底或所述虛擬襯底表面一直貫穿至所述納米小球頂部，寬度為納米尺度，深寬比保持在1-10之間。
6.如權(quán)利要求1所述的異變外延生長(zhǎng)方法，其特征在于，若所述步驟SI中納米小球間隙小，所述步驟S2中進(jìn)行擴(kuò)大納米小球間隙處理。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK104008960SQ201310057279
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月22日
【發(fā)明者】王 琦, 邊志強(qiáng), 任曉敏, 賈志剛, 閆映策, 蔡世偉, 黃永清 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)