[发明专利]一种制备P型锰掺杂的砷化铟单晶的方法

说明书

本发明公开了一种制备P型锰掺杂的砷化铟单晶的方法，该方法在砷化铟单晶片的上下表面沉积一层具有一定厚度的锰薄膜作为扩散源，在砷的气氛中进行高温长时间热处理，使锰原子扩散到砷化铟材料内，并激活为有效受主，最后以适当的方法去除残留的扩散源，从而得到P型锰掺杂的砷化铟单晶。利用本发明，可以得到P型重掺的Mn‑InAs单晶，从而解决传统直拉法难以生长高掺杂浓度的Mn‑InAs单晶的难题，促进新型器件的研发与应用。

技术领域

本发明涉及微电子和光电子用化合物半导体材料制备技术领域，具体涉及一种制备P型锰(Mn)掺杂的砷化铟(InAs)单晶的方法。

背景技术

将磁性原子掺杂到半导体中，利用半导体中载流子与磁性离子sp-d交换作用形成局域磁场可以制成稀磁半导体，这种半导体同时具有Zeeman效应、磁阻效应和半导体的能带结构的特点，从而成为制作自旋电子器件的理想材料。二价的Mn离子与InAs半导体相结合可以将磁性引入到半导体中，同时又可以实现P型掺杂增加空穴浓度。

目前，Mn掺杂的InAs单晶主要是在生长过程中进行掺杂，例如液封直拉法(LEC)生长的Mn掺杂的InAs单晶就是以InAs多晶和Mn单质作为原材料进行生长的，根据材料的配比对掺杂浓度进行控制。但是，LEC法生长高掺杂浓度的InAs单晶时需要更大的过冷度，而且高浓度杂质会引入多个成核中心，促进多晶的形成，从而使单晶生长变得很困难，限制了新型器件的研发与应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提供一种制备P型锰掺杂的砷化铟单晶的方法，以解决传统直拉法难以生长重掺杂InAs单晶的难题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种制备P型锰掺杂的砷化铟单晶的方法，该方法包括：

步骤1：选取N型砷化铟单晶片作为衬底，对该衬底进行双面化学机械抛光，双面清洗并吹干；

步骤2：在N型砷化铟单晶片的上下表面沉积一层锰薄膜；

步骤3：将石英管和封泡用王水浸泡，采用去离子水冲洗干净并烘干，将具有锰薄膜的砷化铟晶片和适量砷放入石英管，用氢氧焰烧结封泡封口；

步骤4：对石英管进行高温长时热处理，该热处理是在砷气氛下进行，使石英管内锰掺杂进入N型砷化铟单晶片，得到锰掺杂的砷化铟单晶片；

步骤5：待温度降到室温，取出锰掺杂的砷化铟单晶片；

步骤6：对锰掺杂的砷化铟单晶片的上下表面进行化学机械抛光，去除表面的氧化物和残留杂质原子；

步骤7：对锰掺杂的砷化铟单晶片表面进行腐蚀清洗，然后吹干，得到P型锰掺杂的砷化铟单晶。

上述方案中，步骤1中清洗采用腐蚀清洗，吹干采用氮气吹干。

上述方案中，步骤2中所述沉积为热蒸发法，电子束蒸发法、溅射法或分子束外延法。

上述方案中，步骤2中所述在N型砷化铟单晶片的上下表面沉积一层锰薄膜，是采用锰的单质或者砷与锰的化合物作为沉积源或溅射源。

上述方案中，步骤2中所述在砷化铟单晶片的上下表面沉积一层锰薄膜，锰薄膜的厚度为0.1-1μm。

上述方案中，步骤3中所述适量砷，系使步骤4中热处理在砷气氛下进行；所述用氢氧焰烧结封泡封口后，石英管内真空度小于1×10-3Pa。

上述方案中，步骤4中所述热处理温度为700～900℃，时间为80～120小时。

上述方案中，步骤6中所述去除表面的氧化物和残留杂质原子，采用的腐蚀液为盐酸、硫酸和氢氟酸中的一种或两种以上混合。