專利名稱：銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導體材料和器件芯片制備領(lǐng)域，具體地涉及銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光波長在2-3 U m范圍的InP基InAs量子阱材料和器件(激光器和探測器等)由于在氣體探測、生物醫(yī)學等方面存在巨大潛在應用優(yōu)勢并且具有成本低、器件工藝技術(shù)成熟等優(yōu)點而備受:關(guān)注。在1994年以InAs為阱、Ina53Gaa47As為壘的InP基量子阱結(jié)構(gòu)材料首先在1.7 y m量子阱激光器中得到應用。隨著金屬有機化合物氣相沉積(MOCVD)外延技術(shù)的發(fā)展，該材料體系的應用波長范圍得到了拓展，2007年實現(xiàn)了 2.33 iimlnP基InAsAna53Gaa47As量子講激光器。目前InP基InAs量子阱的外延生長存在一些問題，例如由于InAs量子阱與InP襯底之間存在巨大的晶格失配(3.2% )，導致InAs量子阱薄膜在受到較大壓應變的情況下會存在起伏，量子阱的局部會由于應變釋放形成缺陷，進而影響材料的晶體質(zhì)量。因此，在進行長波長InP基InAs量子阱的外延生長時，需要盡可能保證InAs量子阱薄膜的平整度，減小材料的起伏，抑制材料由于局部應變釋放而導致的缺陷產(chǎn)生。為此我們通過在InAs量子阱結(jié)構(gòu)生長過程中引入銻原子作為表面活性劑，促進外延表面更加平整，減緩材料薄膜局部的應力釋放，改善材料的晶體質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法，通過在InAs量子阱的生長過程中引入銻原子作為表面活性劑，促進外延表面更加平整，減緩材料薄膜的局部應力釋放，改善材料的晶體質(zhì)量。本發(fā)明提供一種銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法，包括如下步驟:步驟1:取一襯底；步驟2:在襯底上生長緩沖層；步驟3:在緩沖層上生長量子阱結(jié)構(gòu)，該量子阱結(jié)構(gòu)引入銻源作為表面活性劑；步驟4:在量子阱結(jié)構(gòu)上生長蓋層，完成量子阱的制備。


為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)特征，結(jié)合以下附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明，其中:圖1是本發(fā)明的材料生長結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是采用銻作表面活性劑和未采用銻作表面活性劑的InP基InAs量子阱材料 室溫光致熒光譜的對比圖。
具體實施例方式請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法，包括如下步驟:步驟1:取一襯底I，所述襯底I為n型摻雜、p型摻雜或半絕緣的InP襯底。步驟2:采用金屬有機化合物氣相沉積的方法，在襯底I上生長緩沖層2，所述緩沖層2的生長溫度為500°C -700°C，緩沖層2的材料為InP、InGaAs或InAlAs，厚度為100-1000nm。緩沖層可以隔絕襯底材料中的缺陷向外延材料中擴散并使外延表面更加平
難
iF.0步驟3:采用金屬有機化合物氣相沉積的方法，在緩沖層2上生長量子阱結(jié)構(gòu)3，該量子阱結(jié)構(gòu)3引入銻源作為表面活性劑。其中量子阱結(jié)構(gòu)3為單周期、雙周期或多周期的InAs量子阱結(jié)構(gòu)，所述每一周期的量子阱結(jié)構(gòu)3包括:一下勢壘層30，在該下勢壘層30上依次生長的量子阱層31和上勢壘層32 ;所述下勢壘層30的材料為InGaAs或InGaAsP,厚度為1-1OOnm ;所述量子阱層31的材料為InAs，厚度為l_15nm ;所述上勢壘層32的材料為InGaAs或InGaAsP,厚度為l-100nm。在生長量子阱結(jié)構(gòu)3時，在下勢壘層30和量子阱層31之間通入銻源作為表面活性劑，通入的流量為l-3000SCCm，通入的時間為l-500s，銻源的引入會促進外延表面更加平整，減緩材料薄膜局部的應力釋放，改善材料的晶體質(zhì)量。步驟4:采用金屬有機化合物氣相沉積的方法，在量子阱結(jié)構(gòu)3上生長蓋層4，所述蓋層4的生長溫度為500°C _700°C，蓋層4的材料為InP或InGaAs，厚度為1-lOOnm，完成量子阱的制備。需要說明的是，上述對各步驟的定義并不僅限于實施方式中提到的各種具體過程或參數(shù)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對其進行簡單地熟知地替換，例如:(I)采用分子束外延或化學束外延等方法生長緩沖層2、量子阱結(jié)構(gòu)3和蓋層4 ；(2)將量子阱層31的材料由InAs變換為InGaAs或InGaAsP ；(3)在生長InAs量子阱層31的同時通入銻源作為表面活性劑；(4)在生長下勢壘層30和上勢壘層32的過程中通入銻源作為表面活性劑；(5)在多周期的InP基InAs量子阱結(jié)構(gòu)中的某些周期應用銻源作為表面活性劑。實施例參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種采用銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料生長方法，包括如下步驟:步驟1:選擇N型InP單晶片作為襯底I ;步驟2:采用金屬有機化合物氣相沉積的方法，在襯底I上生長緩沖層2，其中所述緩沖層2的生長溫度為645°C，緩沖層2的材料為InP，厚度為400nm ；步驟3:在緩沖層2上生長量子阱結(jié)構(gòu)3，該量子阱結(jié)構(gòu)3引入銻源作為表面活性齊U，所述量子阱結(jié)構(gòu)3為雙周期InAs量子阱結(jié)構(gòu)，所述每一周期的量子阱結(jié)構(gòu)3包括:一下勢壘層30，在該下勢壘層30上依次生長的量子阱層31和上勢壘層32，所述下勢壘層30的材料為Ina53Gaa47As,厚度為20nm ;所述量子阱層31的材料為InAs，厚度為4nm，所述上勢壘層32的材料為Ina53Gaa47As,厚度為20nm ;在生長量子阱結(jié)構(gòu)3時，在下勢壘層30和量子阱層31之間以30sCCm的流量通入三甲基銻源作為表面活性劑，通入的時間為IOs ；步驟4:采用金屬有機化合物氣相沉積的方法，在量子阱結(jié)構(gòu)3上生長蓋層4，所述生長的蓋層4的溫度570°C，蓋層4的材料為InP，蓋層4的厚度為30nm，完成量子阱的制備。為了實驗采用本實施例生長InP基InAs量子阱的方法制備的量子阱樣品的發(fā)光效果，在材料生長過程結(jié)束后，通過光柵光譜儀測量采用銻作表面活性劑的InP基InAs量子阱樣品在室溫下的光致發(fā)光譜，并與未采用銻作表面活性劑的InP基InAs量子阱樣品的室溫光致熒光譜進行對比，如圖2所示。從圖2可以看到，采用銻作表面活性劑的InP基InAs量子阱樣品的發(fā)光質(zhì)量得到了明顯改善，其熒光強度是未采用銻作表面活性劑樣品的30倍。綜上所述，本發(fā)明中，在生長InAs量子阱結(jié)構(gòu)的過程中引入銻作為表面活性劑，促進外延表面更加平整，減緩材料薄膜局部的應力釋放，改善材料的晶體質(zhì)量。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法，包括如下步驟: 步驟1:取一襯底； 步驟2:在襯底上生長緩沖層； 步驟3:在緩沖層上生長量子阱結(jié)構(gòu)，該量子阱結(jié)構(gòu)引入銻源作為表面活性劑； 步驟4:在量子阱結(jié)構(gòu)上生長蓋層，完成量子阱的制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法，其中所述襯底為n型摻雜、p型摻雜或半絕緣的InP襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法，其中所述緩沖層的生長溫度500°C _700°C，緩沖層的材料為InP、InGaAs或InAlAs，厚度為100-1000nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法，其中所述量子阱結(jié)構(gòu)為單周期、雙周期或多周期的InAs量子阱結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法，其中每一周期的量子阱結(jié)構(gòu)包括:一下勢壘層，在該下勢壘層上依次生長的量子阱層和上勢壘層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法，其中所述下勢壘層的材料為InGaAs或InGaAsP,厚度為1-1OOnm ;所述量子阱層的材料為InAs,厚度為l_15nm ;所述上勢魚層的材料為InGaAs或InGaAsP,厚度為l-100nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法，其中所述生長量子阱結(jié)構(gòu)時，通入銻源作為表面活性劑，通入的流量為l-3000sCCm，通入的時間為1-500S。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法，其中蓋層的生長溫度為500°C _700°C，蓋層的材料為InP或InGaAs，厚度為l-100nm。
全文摘要
一種銻作為表面活性劑的InP基InAs量子阱材料的生長方法，包括如下步驟步驟1取一襯底；步驟2在襯底上生長緩沖層；步驟3在緩沖層上生長量子阱結(jié)構(gòu)，該量子阱結(jié)構(gòu)引入銻源作為表面活性劑；步驟4在量子阱結(jié)構(gòu)上生長蓋層，完成量子阱的制備。本發(fā)明通過在InAs量子阱的生長過程中引入銻原子作為表面活性劑，促進外延表面更加平整，減緩材料薄膜的局部應力釋放，改善材料的晶體質(zhì)量。
文檔編號H01L21/205GK103077886SQ20131004388
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者季海銘, 羅帥, 楊濤 申請人:中國科學院半導體研究所