[发明专利]锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料和器件芯片制备领域，具体地涉及锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法。

背景技术

发光波长在2-3μm范围的InP基InAs量子阱材料和器件(激光器和探测器等)由于在气体探测、生物医学等方面存在巨大潜在应用优势并且具有成本低、器件工艺技术成熟等优点而备受关注。

在1994年以InAs为阱、In_0.53Ga_0.47As为垒的InP基量子阱结构材料首先在1.7μm量子阱激光器中得到应用。随着金属有机化合物气相沉积(MOCVD)外延技术的发展，该材料体系的应用波长范围得到了拓展，2007年实现了2.33μmInP基InAs/In_0.53Ga_0.47As量子阱激光器。

目前InP基InAs量子阱的外延生长存在一些问题，例如由于InAs量子阱与InP衬底之间存在巨大的晶格失配(3.2％)，导致InAs量子阱薄膜在受到较大压应变的情况下会存在起伏，量子阱的局部会由于应变释放形成缺陷，进而影响材料的晶体质量。因此，在进行长波长InP基InAs量子阱的外延生长时，需要尽可能保证InAs量子阱薄膜的平整度，减小材料的起伏，抑制材料由于局部应变释放而导致的缺陷产生。为此我们通过在InAs量子阱结构生长过程中引入锑原子作为表面活性剂，促进外延表面更加平整，减缓材料薄膜局部的应力释放，改善材料的晶体质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法，通过在InAs量子阱的生长过程中引入锑原子作为表面活性剂，促进外延表面更加平整，减缓材料薄膜的局部应力释放，改善材料的晶体质量。

本发明提供一种锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法，包括如下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：在衬底上生长缓冲层；

步骤3：在缓冲层上生长量子阱结构，该量子阱结构引入锑源作为表面活性剂；

步骤4：在量子阱结构上生长盖层，完成量子阱的制备。

附图说明

为进一步说明本发明的技术特征，结合以下附图和具体实施例对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明的材料生长结构示意图。

图2是采用锑作表面活性剂和未采用锑作表面活性剂的InP基InAs量子阱材料室温光致荧光谱的对比图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法，包括如下步骤：

步骤1：取一衬底1，所述衬底1为n型掺杂、p型掺杂或半绝缘的InP衬底。

步骤2：采用金属有机化合物气相沉积的方法，在衬底1上生长缓冲层2，所述缓冲层2的生长温度为500℃-700℃，缓冲层2的材料为InP、InGaAs或InAlAs，厚度为100-1000nm。缓冲层可以隔绝衬底材料中的缺陷向外延材料中扩散并使外延表面更加平整。

步骤3：采用金属有机化合物气相沉积的方法，在缓冲层2上生长量子阱结构3，该量子阱结构3引入锑源作为表面活性剂。其中量子阱结构3为单周期、双周期或多周期的InAs量子阱结构，所述每一周期的量子阱结构3包括：一下势垒层30，在该下势垒层30上依次生长的量子阱层31和上势垒层32；所述下势垒层30的材料为InGaAs或InGaAsP，厚度为1-100nm；所述量子阱层31的材料为InAs，厚度为1-15nm；所述上势垒层32的材料为InGaAs或InGaAsP，厚度为1-100nm。在生长量子阱结构3时，在下势垒层30和量子阱层31之间通入锑源作为表面活性剂，通入的流量为1-3000sccm，通入的时间为1-500s，锑源的引入会促进外延表面更加平整，减缓材料薄膜局部的应力释放，改善材料的晶体质量。

步骤4：采用金属有机化合物气相沉积的方法，在量子阱结构3上生长盖层4，所述盖层4的生长温度为500℃-700℃，盖层4的材料为InP或InGaAs，厚度为1-100nm，完成量子阱的制备。

需要说明的是，上述对各步骤的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体过程或参数，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如：

(1)采用分子束外延或化学束外延等方法生长缓冲层2、量子阱结构3和盖层4；

(2)将量子阱层31的材料由InAs变换为InGaAs或InGaAsP；