[发明专利]一种晶体外延结构及生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种晶体外延结构及生长方法。

背景技术

外延生长是指在具有一定结晶取向的晶体表面上延伸出并按一定晶体学方向生长单晶薄膜的方法。外延生长可用于生长组分或者杂质分布陡变或渐变的同质、异质外延层薄膜。外延技术的发展对于提高半导体材料质量和器件性能，对于新材料、新器件的开发都具有重要的意义。

近年来，随着化合物半导体器件性能发展的需要，在衬底上生长晶格失配的高质量外延层结构的需求变得越来越迫切。传统的外延生长方式是直接在衬底正面生长晶格失配结构，由于晶格常数不匹配，外延材料层必然会发生应变，应变最终需要通过位错来消除，但位错的出现会显著降低材料的质量和器件的性能。

因此，如何消除不匹配外延材料生长时的应变，对于降低位错密度，提高晶格失配结构的晶体质量，尤为重要。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是如何消除不匹配外延材料生长时的应变。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种晶体外延生长方法，包括以下步骤：

在衬底的第一表面形成晶格匹配层；

在所述衬底的第二表面形成第一晶格失配层；

在所述晶格匹配层上形成第二晶格失配层；

所述第一晶格失配层、所述衬底以及所述第二晶格失配层的晶格常数单调递增或单调递减。

可选地，所述晶格匹配层包括第一子电池层、第一隧穿结、第二子电池层以及第二隧穿结；所述在衬底的第一表面形成晶格匹配层的步骤，包括：

在所述衬底的第一表面形成所述第一子电池层；

在所述第一子电池层上形成所述第一隧穿结；

在所述第一隧穿结上形成所述第二子电池层；

在所述第二子电池层上形成所述第二隧穿结。

可选地，所述第一晶格失配层包括晶格渐变层和晶格稳定层；在所述衬底的第二表面形成第一晶格失配层的步骤，包括：

在所述衬底的第二表面形成所述晶格渐变层；

在所述晶格渐变层上形成所述晶格稳定层。

可选地，所述第二晶格失配层包括晶格过渡层和晶格失配功能层；在所述晶格匹配层上形成第二晶格失配层的步骤，包括：

在所述晶格匹配层上形成所述晶格过渡层；

在所述晶格过渡层上形成所述晶格失配功能层。

可选地，所述在衬底的第一表面形成晶格匹配层的步骤之前，还包括：

在所述衬底上依次形成缓冲层和腐蚀剥离层。

可选地，所述在衬底的第一表面形成晶格匹配层的步骤之前，还包括：

对所述衬底的第一表面和第二表面进行抛光处理。

可选地，所述衬底的厚度为300μm。

本发明还提供一种晶体外延结构，包括：

衬底，具有相对的第一表面和第二表面；

晶格匹配层和第二晶格失配层，依次设置在所述第一表面上；

第一晶格失配层，设置在所述第二表面上；

所述第一晶格失配层、所述衬底以及所述第二晶格失配层的晶格常数单调递增或单调递减。

可选地，所述第一晶格失配层包括晶格渐变层和晶格稳定层。

可选地，所述第二晶格失配层包括晶格过渡层和晶格失配功能层。

本发明的技术方案，具有如下优点：

本发明提供的晶体外延生长方法，在衬底的第一表面形成第二晶格失配层之前，预先在衬底的第二表面形成第一晶格失配层，并且保证第一晶格失配层、衬底以及第二晶格失配层的晶格常数单调递增或单调递减。由此，第一晶格失配层的形成有效改变了衬底和晶格匹配层的应变状态，从而有效减弱了第二晶格失配层形成时所产生的应变，抑制了位错的产生，提高了晶体外延结构的质量，进而提高半导体器件性能。

本发明提供的晶体外延生长方法，形成第一晶格失配层的步骤包括首先在衬底的第二表面形成晶格渐变层，然后在晶格渐变层上形成晶格稳定层。由此保证第一晶格失配层的晶格常数由晶格渐变层逐渐变化至晶格稳定层的晶格常数，避免第一晶格失配层的晶格常数直接跳跃至晶格稳定层的晶格常数。

本发明提供的晶体外延生长方法，形成第二晶格失配层的步骤包括首先在晶格匹配层上形成晶格过渡层，然后在晶格过渡层上形成晶格失配功能层。由此保证第二晶格失配层的晶格常数由晶格过渡层逐渐过渡至晶格失配功能层的晶格常数，避免了第二晶格失配层的晶格常数直接跳跃至晶格失配功能层的晶格常数。