一种晶体外延结构及生长方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件领域，公开了一种晶体外延结构及生长方法，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。本发明专利技术中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。

A crystal epitaxial structure and growth method

The present invention relates to the field of semiconductor devices, and discloses a crystal epitaxial structure and growth method, epitaxial growth method comprises the following steps: forming a lattice matched layer on the first surface of the substrate; a first lattice mismatch layer is formed on the second surface of the substrate; the crystalline lattice, second lattice mismatch layer formed on the layer; the first layer, the lattice mismatch between the substrate and the second layer of the lattice constants of the lattice mismatch with monotonically increasing or decreasing function. The invention of the first layer formed with the lattice mismatch effectively changed the substrate and the lattice mismatch strain state layer, so as to effectively reduce the second lattice mismatch layer forming strain generated when the suppression of dislocation generation, improve the quality of the crystal epitaxial structure, and improve the performance of semiconductor devices.

【技术实现步骤摘要】
一种晶体外延结构及生长方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为此，本专利技术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，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的技术方案，具有如下优点：本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术提供的晶体外延生长方法，在形成晶格匹配层之前还包括在衬底上依次形成缓冲层和腐蚀剥离层的步骤。腐蚀剥离层的形成有利于第二晶格失配层制备完成后，通过腐蚀工艺去除腐蚀剥离层及其远离第二晶格失配层一侧的结构层。本专利技术提供的晶体外延生长方法，对衬底的第一表面和第二表面进行抛光处理，有助于在第一表面和第二表面均能够形成结构层，并且，减薄了衬底的厚度。本专利技术提供的晶体外延结构，通过在衬底的第二表面设置第一晶格失配层，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。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的衬底的结构示意图；图2为本专利技术提供的晶体外延生长方法中在衬底上形成晶格匹配层的工艺流程图；图3为本专利技术提供的晶体外延生长方法中在衬底第二表面形成第一晶格失配层的工艺流程图；图4为本专利技术提供的晶体外延生长方法中在晶格匹配层上形成第二晶格失配层的工艺流程图；图5为本专利技术提供的晶体外延生长方法的流程框图；附图标记：1-衬底；11-第一表面；12-第二表面；2-晶格匹配层；21-第一子电池层；22-第一隧穿结；23-第二子电池层；24-第二隧穿结；3-第一晶格失配层；31-晶格渐变层；32-晶格稳定层；4-第二晶格失配层；41-晶格过渡层；42-晶格失配功能层；5-缓冲层；6-腐蚀剥离层。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1本专利技术实施例提供了一种晶体外延生长方法，用于制备GaInP/GaAs/InGaAs倒装三结太阳能电池。如图1-5所示，具体包括以下步骤：步骤S11、在衬底1的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体外延生长方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底(1)的第一表面(11)形成晶格匹配层(2)；在所述衬底(1)的第二表面(12)形成第一晶格失配层(3)；在所述晶格匹配层(2)上形成第二晶格失配层(4)；所述第一晶格失配层(3)、所述衬底(1)以及所述第二晶格失配层(4)的晶格常数单调递增或单调递减。

【技术特征摘要】
1.一种晶体外延生长方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底(1)的第一表面(11)形成晶格匹配层(2)；在所述衬底(1)的第二表面(12)形成第一晶格失配层(3)；在所述晶格匹配层(2)上形成第二晶格失配层(4)；所述第一晶格失配层(3)、所述衬底(1)以及所述第二晶格失配层(4)的晶格常数单调递增或单调递减。2.根据权利要求1所述的晶体外延生长方法，其特征在于，所述晶格匹配层(2)包括第一子电池层(21)、第一隧穿结(22)、第二子电池层(23)以及第二隧穿结(24)；所述在衬底(1)的第一表面(11)形成晶格匹配层(2)的步骤，包括：在所述衬底(1)的第一表面(11)形成所述第一子电池层(21)；在所述第一子电池层(21)上形成所述第一隧穿结(22)；在所述第一隧穿结(22)上形成所述第二子电池层(23)；在所述第二子电池层(23)上形成所述第二隧穿结(24)。3.根据权利要求1所述的晶体外延生长方法，其特征在于，所述第一晶格失配层(3)包括晶格渐变层(31)和晶格稳定层(32)；在所述衬底(1)的第二表面(12)形成第一晶格失配层(3)的步骤，包括：在所述衬底(1)的第二表面(12)形成所述晶格渐变层(31)；在所述晶格渐变层(31)上形成所述晶格稳定层(32)。4.根据权利要求1所述的晶体外延生长方法，其特征在于，所述第二晶格失配层(4)包括晶格过渡层(41)和晶格失配功能层(42...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜建，黄勇，胡双元，帕勒布·巴特查亚，和田修，
申请(专利权)人：苏州矩阵光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32