[发明专利]一种IIIA‑VA族半导体单晶衬底及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种IIIA-VA族半导体单晶衬底及其制备方法，所述IIIA-VA族半导体单晶衬底具有高电子迁移率或高的表层氧含量，或同时具有高电子迁移率和高的表层氧含量。

背景技术

IIIA-VA族半导体(即由IIIA族和VA族元素形成的半导体，例如砷化镓、磷化铟或磷化镓)单晶衬底广泛应用于微波通讯、红外探测、高效太阳能电池、大功率激光器和发光二极管等领域，为重要的基础材料之一。为满足不同的使用要求，有时需要对单晶衬底的表层实施掺杂，例如掺入氧，用于外延后制备高电子迁移率晶体管(HEMT，High electron mobility Transistors)和异质结双极晶体管(HBT，Hetero-junction Bipolar Transistors)。H.Ch.Alt、Y.V.Gomeniuk和U.Kretzer于Journal Of Applied Physics，101，073516(2007)中论及含氧的砷化镓晶体，其中在GaAs中加入Ga₂O₃或As₂O₃，采用液封直拉法(Liquid-encapsulated Czochralski)和垂直梯度冷凝法(Vertical gradient freeze)方法生长晶体，从而在晶体中引入氧，所达到的氧浓度仅为0.6-1.1×10¹⁶原子/立方厘米。采用这种方式生长的晶体，氧在晶体的整体大致均匀分布；然而，其中氧遍及整个晶体，难免对晶体的整体结构带来负面的影响。目前，在实际使用中，晶体衬底起作用的只是若干深度的表层，换言之，只需控制晶体表层若干深度的物理化学性质，即可满足使用的需要，例如，对于氧掺杂的晶体衬底而言，只需在表面一定深度范围内控制氧含量，对里层并没有要求。

另一方面，IIIA-VA族半导体单晶衬底的电子迁移率是一项重要参数，一般通过对半导体材料掺杂而提高。同样，如果在制造晶体材料时引入杂质，容易对晶体材料的整体完整性带来不利影响。

显然，业界需要一种制备IIIA-VA族半导体单晶衬底及其制备方法，令IIIA-VA族半导体单晶衬底材料具有高电子迁移率或在表面一定深度范围内具有高的氧含量，或同时具有高电子迁移率和高的表层氧含量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种IIIA-VA族半导体单晶衬底，其具有下列的两种性质之一或同时具有下列两种性质：

从晶片表面到内部10微米的深度范围内的氧含量在1.6×10¹⁶--5.6×10¹⁷原子/cm³(即原子个数/立方厘米晶片，下同)范围；和

电子迁移率为4800cm²/V.S-5850cm²/V.S(25℃检测，采用国际标准的半绝缘砷化镓材料的电子迁移率测试方法，国际标准编号SEMIM39-0999；下同，详见实施例)。

本发明的另一个目的在于提供一种制备IIIA-VA族半导体单晶衬底的方法，所述IIIA-VA族半导体单晶衬底具有下列的两种性质之一或同时具有下列两种性质：

从晶片表面到内部10微米的深度范围内的氧含量在1.6×10¹⁶--5.6×10¹⁷原子/cm³范围；和

电子迁移率为4800cm²/V.S-5850cm²/V.S；

所述方法包括

---将待处理的单晶衬底放入一个容器内；

---密封容器，待处理的单晶衬底在晶体熔点-240至晶体熔点-30摄氏度的温度范围内保持5-20小时。

附图说明

图1为本发明用于处理单晶衬底的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

在本说明书中，如无其他说明，则各项操作均在常温常压下实施。

本发明的IIIA-VA族半导体单晶衬底包括砷化镓、磷化铟或磷化镓单晶衬底。可以采用垂直梯度冷凝法、垂直布里奇曼法(VB-vertical brigdman)和液封直拉法方法生长晶棒，经切割成为晶片形状。

在本说明书中，如无相反说明，则“单晶衬底”或“晶片”均为单晶的晶片，其厚度优选不高于1000μm，不低于250μm，已经过化学腐蚀并用在25℃的电阻率不低于15兆欧·厘米(1.5×10⁷Ω·cm)，更优选不低于18兆欧·厘米的水清洗，并干燥。