[发明专利]用于应变管理的稀土磷属元素化物

说明书

本文所述的系统和方法可以包括具有第一晶格常数的第一半导体层，在第一半导体上外延生长的稀土磷属元素化物缓冲层，其中与第一半导体相邻的稀土磷属元素化物缓冲层的第一区域具有小于1％的净应变，在稀土磷属元素化物缓冲层上外延生长的第二半导体层，其中与第二半导体相邻的稀土磷属元素化物缓冲层的第二区域具有作为所需应变的净应变，并且其中稀土磷属元素化物缓冲层可以包括一种或多种稀土元素以及一种或多种V族元素。在一些示例中，期望的应变近似为零。

相交申请的交叉引用

本申请要求2016年6月2日提交的美国临时申请序列号No.62/344,439和2016年9月9日提交的美国临时申请序列号No.62/385,744的优先权，其全部内容在此引入以供参考。本申请与2017年6月2日提交的共同未决的美国申请No.15/612,355有关，其全部内容在此引入以供参考。

技术领域和背景技术

光子和/或电子器件通常由III-V材料制成，但III-V衬底昂贵。硅衬底相对便宜，但III-V材料不能直接在它们上生长。即使当使用缓冲层时，III-V材料通常包含由于III-V材料和硅之间的晶格失配所导致的位错和缺陷，从而损害光子和/或电子器件的性能。

发明内容

本文描述了用于使用稀土基磷属元素化物合金在具有第一晶格常数的第一半导体层和第二半导体材料之间生长缓冲层的系统和方法。所述的系统和方法进一步包括将缓冲层分成不同晶格常数的子层，其将层结构的晶格常数从第一半导体的晶格常数逐渐改变为半导体的晶格常数，以保持稳定性。

本文所述的系统和方法可以包括具有第一晶格常数的第一半导体层；在所述第一半导体上外延生长的稀土磷属元素化物缓冲层，其中，与所述第一半导体相邻的所述稀土磷属元素化物缓冲层的第一区域具有小于1％的第一净应变；在所述稀土磷属元素化物缓冲层上外延生长的第二半导体层，其中，与所述第二半导体相邻的所述稀土磷属元素化物缓冲层的第二区域具有作为所需应变的第二净应变；以及其中，所述稀土磷属元素化物缓冲层可以包括一种或多种稀土元素，以及一种或多种V族元素。在一些示例中，所需应变小于1％。

所述稀土磷属元素化物缓冲层的第一区域可以包括第一子层和第二子层，所述第一子层包括第一稀土磷属元素化物合金并且具有第一厚度，所述第二子层包括第二稀土磷属元素化物合金并且具有第二厚度；其中，所述第一厚度与所述第二厚度的比率导致所述第一区域的第一净应变小于1％。在一些示例中，所述稀土磷属元素化物缓冲层的第二区域可以包括第三子层和第四子层，所述第三子层包括第三稀土磷属元素化物合金并且具有第三厚度，所述第四子层包括所述第二稀土磷属元素化物合金并且具有所述第二厚度；其中，所述第三厚度与所述第二厚度的比率导致所述第二区域的第二净应变为所需应变。在一些示例中，所需应变在1％与3％之间。

在一些示例中，所述第一、第二和第三稀土磷属元素化物合金包括共同的稀土元素。在一些示例中，所述第一稀土磷属元素化物合金包括ErN；所述第二稀土磷属元素化物合金包括ErP；以及所述第三稀土磷属元素化物合金包括ErAs。在一些示例中，所述第一稀土磷属元素化物合金包括GdN；所述第二稀土磷属元素化物合金包括GdAs；以及所述第三稀土磷属元素化物合金包括GdN。在一些示例中，所述第一稀土磷属元素化物合金包括ErN；所述第二稀土磷属元素化物合金包括ErP；以及所述第三稀土磷属元素化物合金包括GdP。