[发明专利]用于增强III-V半导体膜中的p-型掺杂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及外延生长领域，特别涉及掺杂III-V半导体膜的方法。政府权利参引

本发明是在由美国能源部提供的基金号为DE-FG02-04ER46148的政府支持下完成的。

相关申请的交叉参引

本申请要求于2010年10月28日提交的美国临时申请No.61/407657的权益，其内容通过参引方式整体并入于此。

背景技术

已证明表面活性剂在外延生长中有效控制薄膜微结构、组成和形态，并由此改善薄膜性质和器件性能。Copel等于1989年在Si/Ge/Si(001)的生长中首次使用As作为表面活性剂以抑制岛的形成[1]。表面活性剂效应可能以各种不同方式影响晶体生长。例如，表面活性剂能够改变生长模式。除了Copel的工作[1]之外，在采用Sb作为表面活性剂的时候，Ag在Ag(111)上的生长模式也被改变[2,3]。另外，表面活性剂能够降低界面粗糙度。例如，作为表面活性剂的Bi降低了生长在GaAs基底上的InGaAs的表面粗糙度[4]。而且，通过表面活性剂能够抑制界面合金混合。例如，H能够抑制覆盖有Si的Ge(001)的界面混合[5]。另外，可以使用表面活性剂来改变表面重构并由此控制各种新的有序相的形成。例如，已知Sb抑制GaInP中的Cu-Pt有序化[6]。在较高的浓度下，表面活性剂的表面重构能够从(2X4)变化至(2X3)，从而引发例如InGaP中的新的有序相[6]。而且，表面活性剂能够影响掺杂剂在半导体中的掺入[7,8]。

以上所列的表面活性剂效应可以归因于若干种物理学机制。表面活性剂能够通过改变表面能来改变生长热动力学。例如，已知表面As降低Si/Ge/Si体系的表面能从而抑制岛形成[1]。除了改变热力过程之外，表面活性剂还能够改变生长动力学，例如表面扩散[2]和台阶-边垒(step-edge barrier)的尺寸[3]。例如，已示出的作为表面活性剂的Sb降低了Ag吸附原子的迁移率。这导致较高的岛密度，从而引起生长模式的变化。Ag(111)或者GaAs上的作为表面活性剂的Sb还能够降低台阶边垒并促成较平滑的生长形态[3,9]。

数十年来，在高带隙的材料中实现高掺杂水平一直是个难题。这阻碍了在例如磷化物和氮化物半导体的III-V材料中的高水平的p-型掺杂。这可能是由多种原因造成的，所述原因包括有限的受体溶解度、受体的H钝化和高的受体-空穴结合能[10,11]。在GalnP、GaP和GaAs中实现高p-型掺杂水平的有效方法是在有机金属气相外延(OMVPE)生长过程中利用表面活性剂效应[6-8]。例如，最近的研究表明，Sb可以用来增强例如Zn的掺杂剂的掺入[7,8]，并降低例如C、S和Si的事故性杂质[8]。据推测，除了Sb之外，表面H也在掺杂过程中发挥作用[7,8]。据推测，增强的Zn掺杂由动力学和/或热动力学因素造成。Sb的存在可能提高了Zn的表面扩散并允许更多的Zn到达台阶边缘并掺入到膜中[12]。而且，中性的Zn-H复合物具有比分离的Zn低的膜掺杂能[7]。但是，对与表面活性剂有关的基础掺杂机制的认识仍然不足，这是因为不可能直接观察微观掺杂过程。

发明内容

本发明提供了掺杂III-V半导体膜的方法。所述方法包括在促进掺杂有p-型掺杂剂的III-V半导体膜的形成的条件下，在掺杂剂、能够用作电子库的表面活性剂(例如锑、铋)和氢存在的情况下，生长III-V半导体膜外延。合适的掺杂剂包括锌、镁、铍和镉。

在所述方法的一些实施方式中，掺杂的III-V半导体膜的外延生长在第一氢分压下开始，所述第一氢分压在外延生长的过程中被升高至第二氢分压。

所述方法的一些实施方式包括在一定温度使所述掺杂的III-V半导体膜退火达一定的时间以足以从所述III-V半导体膜除去共掺杂的氢。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明中给出，并且其部分将通过所述说明变得显而易见，或者可以通过本发明的实施而习得。本发明的特征和优点可以借助于所附权利要求书特别指出的手段和组合而实施和获得。本发明的这些特征和其它特征将通过以下说明和所附权利要求书而变得更加充分明了，或者可以通过下文给出的本发明的实践而习得。

附图说明

为了描述能够获得本发明的上述和其它优点和特征的方式，下文将参照本发明的例示在附图中的具体实施方式来提供对上文中简要说明的本发明的更加具体的描述。应理解的是这些附图仅仅示出了本发明的典型的实现方法，因此不能认为是对本发明范围的限定，将利用附图另外具体且详细地说明和解释本发明。