专利名称：一种具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱的生长方法
技术领域：
本发明涉及一种具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱的生长方法，具体地说是涉及一种在低温的条件下生长具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/AlGaAs多量子阱的方法。
背景技术：
由于低温生长可以使材料耦合大量的诸如砷反位缺陷AsGa、砷间隙ASi、镓空位VGa缺陷之类的本征点缺陷及其复合体，如文献Phys.Rev.B 41(1990)10272、Appl.Phys.Lett.57(1990)1531中所述，与其相关的深能级缺陷使GaAs/AlGaAs多量子阱呈现半绝缘特性，从而可以使得低温生长的GaAs/AlGaAs多量子阱材料具有很高的电阻率和超快的响应速度。但是，低温生长方法也会产生不足之处，非辐射复合中心和载流子俘获中心使低温多量子阱的光学特性严重退化，深能级缺陷与其他非故意掺杂的浅能级一起共同影响GaAs/AlGaAs多量子阱的光学特性和电学特性；由于非故意掺杂的浅能级的介入存在偶然性，所以如何合理控制深能级的多少甚至种类是得到高电阻率和尖锐激子峰的核心问题。尽管I.Lahiri等人在Appl.Phys.Lett.66(1995)2519中，曾经对GaAs/AlGaAs多量子阱光学特性的改善做出过有益的工作，但都未能提出在保证高的电阻率和超快响应速度的前提下有效提高GaAs/AlGaAs多量子阱光学特性的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能在保证高的电阻率和超快响应速度的前提下有效提高GaAs/AlGaAs多量子阱光学特性的生长具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱GaAs/AlGaAs的生长方法。
本发明的目的是由如下的技术方案实现的本发明提供一种具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱的生长方法，包括如下步骤
1)将衬底温度升至580℃，在半绝缘GaAs衬底上生长100～1000nm厚的GaAs缓冲层；2)降低衬底温度至200～500℃，在砷压为5×10-8～5×10-6Torr的范围内，在步骤1)得到的GaAs缓冲层上生长GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱，其中0.05≤x≤0.50，GaAs的厚度为1～20nm，AlxGa1-xAs的厚度为1～50nm，多量子阱的周期数为2～500；3)最后在步骤2)得到的多量子阱上生长2～20nm厚的GaAs覆盖层，以防止Al的氧化，得到具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱。
所述步骤2)的温度为350℃。
所述步骤2)的砷压为1.5～3.3×10-7Torr。
所述步骤2)的砷压为1.65×10-7Torr。
本发明提供一种具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱的生长方法的优益之处在于适用于使用分子束外延(MBE)，在GaAs衬底上生长具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/AlGaAs多量子阱；该方法不会使随后的生长及工艺步骤复杂化；通过改变生长时的As压来优化GaAs/AlGaAs的光电特性，能在保证高的电阻率和超快响应速度的前提下有效提高GaAs/AlGaAs多量子阱光学特性。
图1是实施例1使用本发明提供的方法生长的具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs(7.5nm)/Al0.3Ga0.7As(4nm)多量子阱结构示意图；图2是荧光峰半峰宽随As压的变化图，插图是As压为1.65×10-7Torr时，样品在77K时的荧光图。
具体实施例方式
实施例1、使用分子束外延(MBE)的方法在GaAs衬底上生长具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/Al0.3Ga0.7As多量子阱所用的分子束外延技术(MBE)的设备型号是VG-V80H，在材料生长中，V/III束流比由生长室中真空计所测出的As压来确定，衬底温度采用热偶测温。
1)将衬底温度升至580℃，在半绝缘GaAs(001)衬底上生长500nm厚GaAs缓冲层；2)降低衬底温度至350℃，砷压为1.65×10-7Torr，在步骤1)得到的GaAs缓冲层上，生长GaAs(7.5nm)/Al0.3Ga0.7As(4nm)多量子阱，多量子阱的周期数为80；3)最后在步骤2)得到的多量子阱上生长5nm厚的GaAs覆盖层，以防止Al的氧化，得到具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱。
得到的具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/AlGaAs多量子阱的结构如图1所示，其在77K时的荧光峰的半峰宽为2.48meV(如图2所示)，电阻率为1×107Ωcm。
实施例2、使用分子束外延(MBE)的方法在GaAs衬底上生长具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/Al0.05Ga0.95As多量子阱所用的分子束外延技术(MBE)的设备型号是VG-V80H，在材料生长中，V/III束流比由生长室中真空计所测出的As压来确定，衬底温度采用热偶测温。
1)将衬底温度升至580℃，在半绝缘GaAs(001)衬底上生长100nm厚GaAs缓冲层；2)降低衬底温度至200℃，砷压为5×10-8Torr，在步骤1)得到的GaAs缓冲层上，生长GaAs(1nm)/Al0.05Ga0.95As(1nm)多量子阱，多量子阱的周期数为500；3)最后在步骤2)得到的多量子阱上生长2nm厚的GaAs覆盖层，以防止Al的氧化，得到具有尖锐激子峰的半绝缘低温多量子阱。
得到的具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/Al0.05Ga0.95As多量子阱在77K时的荧光峰的半峰宽为3meV，电阻率为1.02×107Ωcm。
实施例3、使用分子束外延(MBE)的方法在GaAs衬底上生长具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/Al0.5Ga0.5As多量子阱所用的分子束外延技术(MBE)的设备型号是VG-V80H，在材料生长中，V/III束流比由生长室中真空计所测出的As压来确定，衬底温度采用热偶测温。
1)将衬底温度升至580℃，在半绝缘GaAs(001)衬底上生长1000nm厚GaAs缓冲层；2)降低衬底温度至500℃，砷压为5×10-6Torr，在步骤1)得到的GaAs缓冲层上，生长GaAs(20nm)/Al0.5Ga0.5As(50nm)多量子阱，多量子阱的周期数为2；3)最后在步骤2)得到的多量子阱上生长20nm厚的GaAs覆盖层，以防止Al的氧化，得到具有尖锐激子峰的半绝缘低温多量子阱。
得到的具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/Al0.5Ga0.5As多量子阱在77K时的荧光峰的半峰宽为2.46meV，电阻率为1.05×107Ωcm。
实施例4、使用分子束外延(MBE)的方法在GaAs衬底上生长具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/Al0.1Ga0.9As多量子阱所用的分子束外延技术(MBE)的设备型号是VG-V80H，在材料生长中，V/III束流比由生长室中真空计所测出的As压来确定，衬底温度采用热偶测温。
1)将衬底温度升至580℃，在半绝缘GaAs(001)衬底上生长800nm厚GaAs缓冲层；2)降低衬底温度至400℃，砷压为5×10-7Torr，在步骤1)得到的GaAs缓冲层上，生长GaAs(10nm)/Al0.1Ga0.9As(30nm)多量子阱，多量子阱的周期数为20；3)最后在步骤2)得到的多量子阱上生长15nm厚的GaAs覆盖层，以防止Al的氧化，得到具有尖锐激子峰的半绝缘低温多量子阱。
得到的具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/Al0.1Ga0.9As多量子阱在77K时的荧光峰的半峰宽为2.45meV，电阻率为1.12×107Ωcm。
实施例5、使用分子束外延(MBE)的方法在GaAs衬底上生长具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/Al0.4Ga0.6As多量子阱所用的分子束外延技术(MBE)的设备型号是VG-V80H，在材料生长中，V/III束流比由生长室中真空计所测出的As压来确定，衬底温度采用热偶测温。
1)将衬底温度升至580℃，在半绝缘GaAs(001)衬底上生长200nm厚GaAs缓冲层；2)降低衬底温度至250℃，砷压为9×10-8Torr，在步骤1)得到的GaAs缓冲层上，生长GaAs(8nm)/Al0.4Ga0.6As(10nm)多量子阱，多量子阱的周期数为50；3)最后在步骤2)得到的多量子阱上生长10nm厚的GaAs覆盖层，以防止Al的氧化，得到具有尖锐激子峰的半绝缘低温多量子阱。
得到的具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/Al0.4Ga0.6As多量子阱在77K时的荧光峰的半峰宽为2.49meV，电阻率为1.03×107Ωcm。
本发明通过合理调整As压来实现样品中的浅能级杂质被与点缺陷相联系的深能级杂质完全补偿，从而获得高的电阻率。使用不同的低温生长温度，获得具有尖锐激子峰的半绝缘GaAs/AlGaAs多量子阱所需的As压是不同的。选择合适As压的原则是使浅能级杂质被深能级杂质完全补偿所需要的最低As压，就可以保证此低温条件下生长的GaAs/AlGaAs多量子阱具有高电阻率的同时，最大限度地提高其光学特性。
GaAs/AlGaAs多量子阱的荧光峰半峰宽随As压的变化如图2所示，图中的虚线所表示的值是正常温度生长的具有相同结构的GaAs/AlGaAs多量子阱的荧光半峰宽值，当As压为1.65×10-7Torr时，可以获得良好的结果，GaAs(7.5nm)/Al0.3Ga0.7As(4nm)多量子阱在77K时的荧光峰的半峰宽为2.48meV(如图2所示)，电阻率为1×107Ωcm。由此可见，通过As压来改善低温生长材料的光学、电学特性是很有效的生长方法。
权利要求
1.一种具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱的生长方法，包括如下步骤1)将衬底温度升至580℃，在半绝缘GaAs衬底上生长100～1000nm厚的GaAs缓冲层；2)降低衬底温度至200～500℃，在砷压为5×10-8～5×10-6Torr的范围内，在步骤1)得到的GaAs缓冲层上生长GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱，其中0.05≤x≤0.50，GaAs的厚度为1～20nm，AlxGa1-xAs的厚度为1～50nm，多量子阱的周期数为2～500；3)最后在步骤2)得到的多量子阱上生长2～20nm厚的GaAs覆盖层，得到具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱。
2.按权利要求1所述的具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱的生长方法，其特征在于所述步骤2)的温度为350℃。
3.按权利要求1所述的具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱的生长方法，其特征在于所述步骤2)的砷压为1.5～3.3×10-7Torr。
4.按权利要求3所述的具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱的生长方法，其特征在于所述步骤2)的砷压为1.65×10-7Torr。
全文摘要
本发明涉及一种具有尖锐激子峰的半绝缘多量子阱的生长方法，该方法将衬底温度升至580℃，在半绝缘GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；然后降低衬底温度至200～500℃，在砷压为5×10
文档编号H01L21/00GK1604343SQ0315447
公开日2005年4月6日 申请日期2003年9月30日 优先权日2003年9月30日
发明者韩英军, 郭丽伟, 黄绮, 周均铭 申请人:中国科学院物理研究所