一种三元材料和/或四元材料中As和P的分子束外延生长条件的定标方法与流程

本发明属于半导体制造，具体涉及一种三元材料和/或四元材料中as和p的分子束外延生长条件的定标方法。

背景技术：

1、随着科技的发展，对高性能半导体器件的要求越来越高，同时含有砷(as)和磷(p)两种元素的半导体材料如gaasp、inasp和ingaasp越来越多的应用于器件结构中，而半导体器件的性能与其材料组分构成密切相关，即提高材料组分的准确性对于半导体器件性能的提高至关重要。目前常用分子束外延技术进行半导体材料的生长，出于对材料组分准确性的要求，生长条件的定标和校准成为最基本的要求。然而，现有技术中更多关注的是iii族元素(如in、ga、al等)组分的标定和校准，对于v族元素(如as、p等)通常采用过量的方式提供，因而v族元素在半导体材料中的组分含量并不明确。虽然现有技术中有公开关于半导体材料中v族元素的生长条件定标方法，但其定标方法较复杂，需要花费大量的时间和材料来进行定标结构的生长和测定，导致实际应用过程中生产成本增加且生产效率较低。因此需要寻找一种简单的三元材料和/或四元材料中as和p的分子束外延生长条件的定标方法，快速准确地获得as和p元素生长条件。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术中对于三元材料或四元材料中as和p组分生长条件的定标方法较复杂，需要花费大量的时间和材料而导致生产成本增加且生产效率较低的不足之处，而提出一种三元材料和/或四元材料中as和p的分子束外延生长条件的定标方法，能够快速且准确地获得as和p的生长条件。

2、具体地，所述定标方法包括以下步骤：s1、在不同p和as的束流比设定下和预设衬底温度下进行定标结构的多次生长，再将定标结构通过x射线双晶衍射的测量以获取对应的as组分含量，进行拟合后获得as组分含量与p和as的束流比的关系式(1)并确定k值；s2、根据关系式(1)计算确定同时含as和p的三元材料和/或四元材料中as和p的生长条件；

3、

4、式(1)中，x(as)是as的组分含量，f(p)是p的束流值，f(as)是as的束流值，k＝α(p)/α(as)，α(as)是as的粘附系数，α(p)是p的粘附系数，k值会随着衬底温度不同而变化。

5、在一种优选的实施方式中，所述p和as的束流比的范围为0.1～2.2。

6、在一种优选的实施方式中，所述衬底温度为450～550℃。

7、在一种优选的实施方式中，所述同时含as和p的三元材料和/或四元材料选自gaasx1p(1-x1)、inasx2p(1-x2)和ingaasx3p(1-x3)中的至少一种。

8、在一种优选的实施方式中，0.5≦x1＜1，0.5≦x2＜1，0.5≦x3＜1。

9、在一种优选的实施方式中，在定标结构的单次生长过程中，所述p束流值和as束流值保持不变。

10、在一种优选的实施方式中，所述定标结构为第一定标结构或第二定标结构；所述第一定标结构包括依次层叠的gaas衬底(101)、gaas缓冲层(102)、gaasp外延层(103)和gaas顶层(104)；所述第二定标结构包括依次层叠的inp衬底(201)、inp缓冲层(202)、inasp外延层(203)和inp顶层(204)。

11、在一种优选的实施方式中，在第一定标结构中，所述gaas缓冲层(102)的厚度为150～500nm；所述gaasp外延层(103)的厚度为5～100nm；所述gaas顶层(104)的厚度为5～25nm。

12、在一种优选的实施方式中，在第二定标结构中，所述inp缓冲层(202)的厚度为150～500nm；所述inasp外延层(203)的厚度为5～150nm；所述inp顶层(204)的厚度为5～25nm。

13、本发明的关键在于在特定f(p)/f(as)的束流比范围内和衬底生长温度下进行定标结构的多次生长，将所得的一一对应的as组分值x(as)与f(p)/f(as)的束流比值进行拟合后，获得x(as)与p和as的束流比值f(p)/f(as)的关系式(1)并确定k值，然后即可根据关系式(1)计算含有目标as和p组分值的三元材料和/或四元材料中as和p的生长条件。相比于现有技术中的as和p的生长条件定标方法，本发明所提供的定标方法步骤简单，能够减少生长定标结构的次数，从而快速准确得到目标材料中as和p的生长条件。此外，k值是一个会随着衬底温度不同而变化的常数，因此可以根据需要在不同的衬底温度下按照本发明所提供的定标方法来确定k值，即本发明所提供的分子束外延生长三元材料和/或四元材料中as和p的生长条件定标方法不仅步骤简单、快速准确，且可根据实际需要进行调整，更具有灵活性。

技术特征：

1.一种三元材料和/或四元材料中as和p的分子束外延生长条件的定标方法，其特征在于，所述定标方法包括以下步骤：s1、在不同p和as的束流比设定下和预设衬底温度下进行定标结构的多次生长，再将定标结构通过x射线双晶衍射的测量以获取对应的as组分含量，进行拟合后获得as组分含量与p和as的束流比的关系式(1)并确定k值；s2、根据关系式(1)计算确定同时含as和p的三元材料和/或四元材料中as和p的生长条件；

2.根据权利要求1所述的定标方法，其特征在于，所述p和as的束流比的范围为0.1～2.2。

3.根据权利要求1所述的定标方法，其特征在于，所述衬底温度为450～550℃。

4.根据权利要求1所述的定标方法，其特征在于，所述同时含as和p的三元材料和/或四元材料选自gaasx1p(1-x1)、inasx2p(1-x2)和ingaasx3p(1-x3)中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的定标方法，其特征在于，0.5≦x1＜1，0.5≦x2＜1，0.5≦x3＜1。

6.根据权利要求1所述的定标方法，其特征在于，在定标结构的单次生长过程中，所述p束流值和as束流值保持不变。

7.根据权利要求1所述的定标方法，其特征在于，所述定标结构为第一定标结构或第二定标结构；所述第一定标结构包括依次层叠的gaas衬底(101)、gaas缓冲层(102)、gaasp外延层(103)和gaas顶层(104)；所述第二定标结构包括依次层叠的inp衬底(201)、inp缓冲层(202)、inasp外延层(203)和inp顶层(204)。

8.根据权利要求7所述的定标方法，其特征在于，在第一定标结构中，所述gaas缓冲层(102)的厚度为150～500nm；所述gaasp外延层(103)的厚度为5～100nm；所述gaas顶层(104)的厚度为5～25nm。

9.根据权利要求7所述的定标方法，其特征在于，在第二定标结构中，所述inp缓冲层(202)的厚度为150～500nm；所述inasp外延层(203)的厚度为5～150nm；所述inp顶层(204)的厚度为5～25nm。

技术总结本发明属于半导体制造技术领域，涉及一种三元材料和/或四元材料中As和P的分子束外延生长条件的定标方法。所述定标方法包括：在不同P和As的束流比设定下和预设衬底温度下进行定标结构的多次生长，再将定标结构通过X射线双晶衍射的测量以获取对应的As组分含量，进行拟合后获得As组分含量与P和As的束流比的关系式(1)并确定K值，然后根据关系式(1)计算确定三元材料和/或四元材料中As和P的生长条件。本发明的关键在于在特定f(P)/f(As)的束流比范围内和衬底温度下进行定标结构的多次生长，由此获得关系式(1)，根据关系式(1)可计算确定P和As的生长条件。本发明所提供的定标方法步骤简单，能够快速准确得到As和P的生长条件。技术研发人员：段海龙,张伟,王望南,蔡晓玲受保护的技术使用者：粒芯科技（厦门）股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13