层状结构的制作方法

本技术涉及一种层状结构以及制造层状结构的方法。

背景技术：

1、层状半导体结构通常由堆叠外延生长的多个层形成。可以使用诸如化学气相沉积(cvd)、金属有机cvd(mocvd)、金属有机气相外延(movpe)和分子束外延(mbe)之类的多种方法来生长层状结构。通常，在衬底上逐层生长多个层。衬底和层通常包括半导体材料。然而，其他材料也可以被包含在层状结构中。

2、在衬底上生长层以形成层状结构，其可以被称为晶片。随后可以将晶片制造成电子或光子器件，诸如晶体管、发光二极管(led)、垂直腔表面发射激光器(vcsel)、边缘发射激光器和光检测器之类。

3、为衬底和为晶片的每个层选择的具体材料可以影响随后从晶片制造出的器件的特性。由于iii-v族材料所呈现的一些期望的品质，iii-v族半导体材料越来越多地用在用于器件制造的晶片中。通常，iii-v族半导体材料按层生长在iii-v族半导体衬底上。

技术实现思路

1、此外，还探索了在iv族半导体衬底上生长iii-v族半导体层。这种层状结构组合可以利用iii-v族半导体材料所呈现的一些期望的特性的优势，同时还利用了已用iv族半导体材料(诸如si和ge之类)开发的充分发展的互补金属氧化物半导体(cmos)制造技术。

2、在iv族半导体衬底上的iii-v族半导体材料的组合可以被所使用的材料的晶格常数影响。例如，诸如gaas和alas之类的iii-v族半导体材料具有与iv族半导体材料ge相对相似的晶格常数。因此，在ge衬底上生长gaas和alas层可以导致外延生长的层状结构，该层状结构可以表现出期望的低应变特性。然而，将理解的是，这是合适的iii-v族半导体材料和iv族半导体衬底的一种示例组合，并且本领域技术人员将理解的是，可以使用其他材料组合来形成层状结构。

3、由诸如外延生长的晶片之类的层状结构制造的许多器件包括p-on-n结结构。例如，vcsel通常包括n型反射器、在n型反射器上的p型反射器以及位于n型反射器和p型反射器之间的有源层。n型反射器和p型反射器的配置形成p-on-n结。

4、用于形成包括p-on-n结的器件的层状结构因此可以包括包含p-on-n结的多个半导体层。在这种层状结构中，通常对衬底进行n型掺杂。相对于位于衬底上的p-on-n结的n型部分，n型衬底可以充当低电阻材料。接触因此可以形成在n型衬底上以将电流施加到器件，该接触是低电阻的以及本质上可以是欧姆的。因此，在n型衬底上形成欧姆接触可以导致具有低电阻和低损耗的器件。

5、然而，在一些材料中，衬底的欧姆接触可能是有挑战的。在一些材料中，衬底材料中可能出现费米能级钉扎效应，这意指在衬底上不容易形成欧姆接触。使用这种衬底材料可能增加器件的电阻和可能导致增加的损耗。此外，使用这种衬底可能涉及精细和限制性的解决方案以在衬底上制造合适的接触。针对n型ge衬底已观察到费米能级钉扎效应。这个效应因此限制了诸如n型ge衬底之类的衬底用于生长使用iii-v族半导体材料的器件的用途。

6、本公开的目的是排除或消除与现存技术相关联的上述缺点中的至少一些缺点。

7、根据第一方面，提供了一种层状结构，包括：衬底，该衬底包括p型半导体材料；在衬底上的多个半导体层，该多个半导体层包括至少一个p-on-n结；以及隧道结层，在该衬底与该多个半导体层之间。

8、在一些示例中，p型衬底材料可以不遭受费米能级钉扎效应，而等效的n型衬底材料可能遭受费米能级钉扎效应。观察到的是，p型ge不遭受费米能级钉扎效应，而n型ge遭受费米能级钉扎效应。因此，在一些示例中，p型等效材料可以更容易地形成欧姆接触。这样，p型半导体材料可以导致欧姆接触被制造在衬底上。然而，如上所述，一些层状结构包括p-on-n结，诸如在用于形成vcsel的层状结构中。在这种层状结构中，p-on-n结的n型层可以与p型衬底形成n-on-p结。这个n-on-p结因此可以在与层状结构的半导体层的p-on-n结相反的方向上。p-on-n结的(一个或多个)n型层和p型衬底之间的n-on-p结因此可以形成电压势垒，从而抑制由层状结构制造的器件的导电。在一些示例中，p型衬底和(一个或多个)n型半导体层之间的n-on-p结甚至可以形成进一步抑制导电的整流二极管。

9、根据本公开的示例，隧道结层因此被包括在层状结构中，在衬底和多个半导体层之间。隧道结层可以使得电荷载流子能够隧穿可以存在于p-on-n结的(一个或多个)n型层和p型衬底之间的势垒。这样，隧道结层可以导致具有低损耗的器件并且可以使得能够实现与衬底的欧姆接触。

10、在一些示例中，隧道结层可以包括n-on-p隧道结。有利地，n-on-p隧道结使得电荷载流子能够隧穿可以存在于p-on-n结的n型层和p型衬底之间的势垒，由此导致具有低电阻和低损耗的器件。

11、在一些示例中，n-on-p隧道结的n型半导体隧道层可以包括通过从多个半导体层到隧道结层的扩散而形成的扩散层。在一些示例中，n-on-p隧道结可以通过在衬底上生长p型半导体层以及在p型半导体层上生长多个半导体层来形成。在这样的示例中，由于p型半导体层的掺杂，n型原子可以从半导体层向p型层扩散，由此形成n-on-p隧道结的n型层。有利地，这导致具有减少的处理步骤的制造方法，其转而可以减少处理时间。

12、在一些示例中，衬底的p型半导体材料可以包括ge。有利地，p型ge可以形成与接触材料的欧姆接触，以及可以用作用来生长具有低应变特性的iii-v族半导体材料层的平台。

13、在一些示例中，隧道结层可以包括ge。有利地，包含ge的隧道结层可以具有相对于衬底和多个半导体层的期望的晶格常数，其可以用于形成具有低应变特性的层状结构。

14、在一些示例中，隧道结层可以包括第一材料，以及其中衬底可以包括该第一材料。有利地，包括与衬底相同的材料的隧道结层因此可以容易地以低应变生长在衬底上，从而导致具有期望的低应变特性的层状结构。

15、在一些示例中，隧道结层可以与衬底相邻。有利地，直接在衬底上生长隧道结层可以导致具有期望的低应变特性的层状结构。

16、在一些示例中，层状结构还可以包括在衬底和隧道结层之间的一个或多个缓冲层。有利地，一个或多个缓冲层可以减轻表面污染物对衬底的影响并光滑衬底的形貌，从而进一步导致具有期望的低应变特性的层状结构。

17、在一些示例中，至少一个p-on-n结可以包括n型半导体层、p型半导体层以及在n型半导体层和p型半导体层之间的一个或多个中间半导体层。有利地，一个或多个中间半导体层可以使得器件能够执行给定的功能。

18、在一些示例中，一个或多个中间半导体层可以包括用于发射或吸收光的有源层。有利地，层状结构因此可以用于形成用来发射或吸收光的器件。

19、在一些示例中，n型半导体层可以与隧道结层相邻。有利地，隧道结层可以使得电荷载流子能够隧穿在p-on-n结的n型半导体层和p型衬底之间的势垒。

20、在一些示例中，至少一个p-on-n结可以包括n型反射器和p型反射器。有利地，n型反射器和p型反射器用于形成具有低电阻和低损耗的器件。

21、在一些示例中，多个半导体层可以包括iii-v族半导体材料。有利地，层状结构因此可以用于形成利用iii-v族半导体材料的期望特性的器件。

22、在一些示例中，层状结构可以形成以下之一：发光二极管(led)；垂直腔表面发射激光器(vcsel)；边缘发射激光器；和光检测器。有利地，led、vcsel、边缘发射激光器或光检测器可以包括具有低电阻和低损耗的器件。

23、根据本公开的另一方面，提供有一种制造层状结构的方法，包括：在衬底上形成隧道结层，其中衬底包括p型半导体材料；以及在隧道结层上生长多个半导体层；其中生长多个半导体层包括生长至少一个p-on-n结。有利地，层状结构可以导致具有低损耗的器件以及可以实现到衬底的欧姆接触。

24、在一些示例中，生长隧道结层可以包括形成n-on-p隧道结。有利地，n-on-p隧道结使得电荷载流子能够隧穿可以存在于p-on-n结的n型层和p型衬底之间的势垒，由此导致具有低电阻和低损耗的器件。

25、在一些示例中，形成隧道结层可以包括生长隧道结层，以及形成n-on-p隧道结可以包括在衬底上生长p型半导体层以及在p型半导体层上生长n型半导体。有利地，生长p型半导体层和n型半导体层可以导致具有受控厚度和电阻特性的均匀n-on-p隧道结。

26、在一些示例中，形成n-on-p隧道结可以包括在衬底上生长p型半导体隧道层，以及在p型半导体隧道层上形成n型半导体隧道层可以包括将n型材料从多个半导体层扩散到隧道结层。在这样的示例中，由于p型半导体层的高掺杂，n型原子可以从半导体层朝向p型层扩散，由此形成n-on-p隧道结的n型层。有利地，这导致具有减少的处理步骤的制造方法，其转而可以减少处理时间。

27、在一些示例中，p型半导体材料可以包括ge。有利地，p型ge可以与接触材料形成欧姆接触，并且可以用作用来生长具有低应变特性的iii-v族半导体材料层的平台。

28、在一些示例中，隧道结层可以包括ge。有利地，包括ge的隧道结层可以具有相对于衬底和多个半导体层的期望的晶格常数，其可以用于形成具有低应变特性的层状结构。

29、在一些示例中，隧道结层可以包括第一材料，以及其中衬底可以包括该第一材料。有利地，包括与衬底相同的材料的隧道结层可以容易地以低应变生长在衬底上，从而导致具有期望的低应变特性的层状结构。

30、在一些示例中，隧道结层可以与衬底相邻。有利地，直接在衬底上生长隧道结层可以导致具有期望的低应变特性的层状结构。

31、在一些示例中，生长至少一个p-on-n结可以包括：生长n型半导体层；在n型半导体层上生长一个或多个中间半导体层；以及在一个或多个中间半导体层上生长p型半导体层。在一些示例中，生长n型半导体层、生长一个或多个中间半导体层以及生长p型半导体层包括通过外延生长。有利地，一个或多个中间半导体层可以使得器件能够执行给定的功能。

32、在一些示例中，生长至少一个p-on-n结可以包括生长n型反射器和生长p型反射器。有利地，n型反射器和p型反射器用于形成具有低电阻和低损耗的器件。

33、根据本公开的另一方面，提供有一种层状结构，包括：衬底，该衬底包括p型半导体材料；一个或多个半导体层，该一个或多个半导体层用于形成器件；以及隧道结层，该隧道结层在该衬底与该一个或多个半导体层之间。有利地，层状结构可以导致具有低损耗的器件以及可以使得能够实现到衬底的欧姆接触。