[发明专利]InSb/GaSb量子点结构器件及生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电技术领域，尤其涉及一种InSb/GaSb量子点材料结构器件及其生长方法。

背景技术

2～5μm波段是极其重要的大气透射窗口，在这一波段有望实现自由空间通讯；同时非对称双原子和多原子分子气体在2～5μm波段下存在强的吸收峰，尤其是大量污染性气体分子(NH₃(2.1μm)、HF(2.5μm)、CH₄(2.35μm和3.3μm)、HCHO(3.5μm)、HCl(3.5μm)、CO(2.3μm))，因而激射波长处于此波段的GaSb基中远红外激光器器件在通讯与气体分子谱方向有着重要的用途。在这个波段，锑化物的光发射与探测器件已经展现出了巨大的优势；然而3～4μm室温连续激射的光发射器件目前技术仍旧不太成熟。InSb量子点材料是这一波段潜在的可行性材料；同时其具有低维纳米结构材料独特的电子结构，相比于量子阱激光器，InSb量子点光发射器件具备更高的增益、更低的阈值电流，更高的量子效应等一系列优势。

对于InAs/GaSb量子点体系，InSb量子点得到的关注与研究比较少，而且大部分研究小组更注重研究采用MBE或者MOVCD方法在GaAs、InP、InAs衬底上生长InSb量子点。通过传统的SK生长方法生长的InSb量子点只能在低温下产生光致发光现象，2006年loffe实验室提出通过Sb源对GaSb表面改性，低温大束流生长InSb量子点的方法，实现了均匀高密度InSb量子点的生长，通过采用AlGaAsSb作为势垒材料，实现了InSb量子点的室温下的光致发光。

本发明提出一种InAs/GaSb量子点结构器件与生长方法，通过Sb源对GaSb表面改性，低温小束流生长InSb量子点，以及采用AlGaInAsSb五元材料作为势垒材料的结构设计，有助于InSb/GaSb量子点应用于中红外波段的半导体光电器件有源区结构的设计与外延生长。

发明内容

本发明的目的在于提出一种InAs/GaSb量子点生长方法，通过Sb源对GaSb表面改性，低温小束流生长InSb量子点，实现在GaSb上生长高密度，均匀的InSb量子点。

本发明的另一个目的在于提出一种InAs/GaSb量子点结构器件，采用AlGaInAsSb五元材料作为势垒材料的结构设计，有助于InSb/GaSb量子点应用于中红外波段的半导体光电器件有源区结构的设计与外延生长。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供一种InAs/GaSb量子点结构器件，所述量子点结构器件包括：

n型GaSb衬底101：采用(001)晶向n型掺杂的GaSb衬底，掺杂浓度为：5×10¹⁷/cm³；

GaSb下缓冲层102：在衬底上生长n型GaSb材料，厚度为300nm，用于阻挡衬底中的缺陷向上生长，提高外延的晶体质量。

川GaInAsSb下势垒层103：生长在缓冲层上的该势垒层生长在GaSb缓冲层上，AlGaInAsSb下势垒层与GaSb衬底晶格匹配；

GaSb上缓冲层104：生长在下势垒层上的下缓冲层，厚度为200nm，采用GaSb材料；

InSb量子点层105：有源区生长在下缓冲层上，每层InSb量子点的淀积厚度为1～2.6ML；

GaSb上保护层106：生长在InSb量子层的上保护层，厚度为200nm，采用GaSb材料，用以保护量子点形貌；

AlGaInAsSb上势垒层107：生长在缓冲层上的该势垒层生长在GaSb缓冲层上，AlGaInAsSb下势垒层与GaSb衬底晶格匹配；

GaSb盖层108，该盖层生长在AlGaInAsSb上势垒层上面，用于整体结构的保护作用。

为了达到以上目的，本发明还提供了一种InSb量子点的分子束外延生长方法，包括以下步骤：

步骤201：在n型GaSb衬底上生长GaSb缓冲层，阻挡衬底中的缺陷向上生长，提高外延的晶体质量，厚度为300nm，淀积温度为550℃，淀积速率为0.5原子层/秒，五族三族源(分子束外延生长中的五三比)的流量比为8～10；

步骤202：在GaSb衬底上生长AlGaInAsSb五元材料的势垒层，非掺杂的低Al组分AlGaInAsSb五元材料势垒材料的厚度为100nm，生长温度400℃，淀积速率1原子层/秒，五族三族源的流量比为15～20；