[发明专利]使用晶格调整的晶畴匹配外延的化合物半导体的外延生长

说明书

技术领域

本发明涉及化合物半导体的外延生长，并且特别涉及使用晶格调整的晶畴匹配外延的这种生长。

背景技术

市场上存有发展用于在硅(Si)晶圆上形成不同半导体化合物的装置级的异质外延膜的处理的强烈诱因。感兴趣的材料包括金属互化物碳化硅(SiC)与特别几种合金系列，例如硅锗(Si_xGe_1-x)、氮化铝镓(Al_xGa_1-xN)、砷化镓铝(Ga_xAl_1-xAs)、砷化铟镓(In_xGa_1-xAs)、磷化铟镓(In_xGa_1-xP)及砷化铟铝(In_xAl_1-xAs)。其他感兴趣的材料包括光电化合物，例如氧化锌(ZnO)。主要的经济效益是相较于传统硅，这些材料通常有较优越的电力及光电特性。这些材料的应用包括高功率晶体管及开关、高电子迁移率晶体管、激光二极管、太阳能电池及检测器。

不幸的是，与硅(Si)不同，这些材料不能大量生产，因为目前无法以随后能被处理以形成大型晶圆(例如300mm)的大型晶块的方式生长这些材料。因此，目前尚未能享受多年来通过由硅晶圆所形成的硅装置所带来的经济效益及成本降低。

有鉴于上述问题，目前需要在硅(Si)晶圆上生长单晶化合物半导体并且然后使用这些作为基板以形成更复杂的异质结构的方法。此类的方法将可以以相对低的成本制造优越的电子及光电装置。

发明内容

本公开的一个方面是一种使用晶体基板(crystalline substrate)外延生长最终膜的方法，其中出于所有实际目的最终膜无法直接生长在晶体基板的表面上。该方法包括在晶体基板的表面上形成过渡层。过渡层具有晶格间距，其在过渡层的上表面与下表面之间变化。过渡层下表面处的晶格间距与晶体基板的晶格间距匹配在7％的第一晶格失配度内。过渡层上表面的晶格间距与最终膜的晶格间距匹配在7％的第二晶格失配度内。该方法还包括在过渡层的上表面上形成最终膜。在该方法的不同的实施例中，第一与第二晶格失配度可为2％、1％或基本上0％。

本公开的另一个方面是一种使用晶体基板来外延生长具有晶格间距a_F的期望的(最终的)膜的方法，该晶体基板具有上表面及晶格间距a_S。该方法包括:在晶体基板的上表面上形成至少一个过渡层，该至少一个过渡层具有下表面、上表面、厚度h及晶格间距a_T(z)，该晶格间距a_T(z)在该至少一个过渡层的下表面与上表面之间变化，使得在该至少一个过渡层的下表面处的晶格间距a_T(0)满足m·a_T(0)＝n·a_S，并在7％的第一晶格失配度内，其中n与m为整数，并且在该至少一个过渡层的上表面处的晶格间距a_T(h)满足i·a_T(h)＝j·a_F的关系，并在7％的第二晶格失配度内，其中i与j为整数；以及在过渡层的上表面上形成期望的膜。在该方法的各种实施例中，第一及第二晶格失配度可为2％、1％或基本上0％。

本公开的另一个方面是一种如上所述的方法，其中该晶体基板包括选自由Si、Ge、SiGe、AlN、GaN、SiC及金刚石所构成的材料组中的材料。

本公开的另一个方面是一种如上所述的方法，其中该晶体基板包括Si，并且其中形成过渡层的步骤包括将Ge注入Si基板中并且然后对注入的Ge进行退火。

本公开的另一个方面是一种如上所述的方法，其中该晶体基板包括合金。

本公开的另一个方面是一种如上所述的方法，其中形成该至少一个过渡层包括使用选自由蒸发、溅射、化学气相沉积、金属有机化学气相沉积、原子层沉积和激光辅助原子层沉积所构成的沉积处理组中的沉积处理。

本公开的另一个方面是一种如上所述的方法，其中该至少一个过渡层包括选自由Ge_xSi_1-x、Ga_xAl_1-xN、Ga_xAl_1-xAs、In_xGa_1-xAs、In_xGa_1-xP和In_xAl_1-xAs所构成的材料组中的材料。