专利名称：锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法
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2-3 U m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、Ina53Gaa47As为垒的InP基量子阱结构材料首先在1.7 y m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 2.33 iimlnP基InAsAna53Gaa47As量子讲激光器。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。
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。
具体实施例方式请参阅图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I，所述衬底I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I上生长缓冲层2，所述缓冲层2的生长温度为500°C -700°C，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
難
iF.0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1-1OOnm ;所述量子阱层31的材料为InAs，厚度为l_15nm ;所述上势垒层32的材料为InGaAs或InGaAsP,厚度为l-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l-3000SCCm，通入的时间为l-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°C _700°C，盖层4的材料为InP或InGaAs，厚度为1-lOOnm，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:(I)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 ；(3)在生长InAs量子阱层31的同时通入锑源作为表面活性剂；(4)在生长下势垒层30和上势垒层32的过程中通入锑源作为表面活性剂；(5)在多周期的InP基InAs量子阱结构中的某些周期应用锑源作为表面活性剂。实施例参阅图1所示，本发明提供一种采用锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料生长方法，包括如下步骤:步骤1:选择N型InP单晶片作为衬底I ;步骤2:采用金属有机化合物气相沉积的方法，在衬底I上生长缓冲层2，其中所述缓冲层2的生长温度为645°C，缓冲层2的材料为InP，厚度为400nm ；步骤3: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齐U，所述量子阱结构3为双周期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Ina53Gaa47As,厚度为20nm ;所述量子阱层31的材料为InAs，厚度为4nm，所述上势垒层32的材料为Ina53Gaa47As,厚度为20nm ;在生长量子阱结构3时，在下势垒层30和量子阱层31之间以30sCCm的流量通入三甲基锑源作为表面活性剂，通入的时间为IOs ；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，所述生长的盖层4的温度570°C，盖层4的材料为InP，盖层4的厚度为30nm，完成量子阱的制备。为了实验采用本实施例生长InP基InAs量子阱的方法制备的量子阱样品的发光效果，在材料生长过程结束后，通过光栅光谱仪测量采用锑作表面活性剂的InP基InAs量子阱样品在室温下的光致发光谱，并与未采用锑作表面活性剂的InP基InAs量子阱样品的室温光致荧光谱进行对比，如图2所示。从图2可以看到，采用锑作表面活性剂的InP基InAs量子阱样品的发光质量得到了明显改善，其荧光强度是未采用锑作表面活性剂样品的30倍。综上所述，本发明中，在生长InAs量子阱结构的过程中引入锑作为表面活性剂，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。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一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。
2.根据权利要求1所述的锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法，其中所述衬底为n型掺杂、p型掺杂或半绝缘的InP衬底。
3.根据权利要求1所述的锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法，其中所述缓冲层的生长温度500°C _700°C，缓冲层的材料为InP、InGaAs或InAlAs，厚度为100-1000nm。
4.根据权利要求1所述的锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法，其中所述量子阱结构为单周期、双周期或多周期的InAs量子阱结构。
5.根据权利要求4所述的锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法，其中每一周期的量子阱结构包括:一下势垒层，在该下势垒层上依次生长的量子阱层和上势垒层。
6.根据权利要求5所述的锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法，其中所述下势垒层的材料为InGaAs或InGaAsP,厚度为1-1OOnm ;所述量子阱层的材料为InAs,厚度为l_15nm ;所述上势鱼层的材料为InGaAs或InGaAsP,厚度为l-100nm。
7.根据权利要求1所述的锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法，其中所述生长量子阱结构时，通入锑源作为表面活性剂，通入的流量为l-3000sCCm，通入的时间为1-500S。
8.根据权利要求1所述的锑作为表面活性剂的InP基InAs量子阱材料的生长方法，其中盖层的生长温度为500°C _700°C，盖层的材料为InP或InGaAs，厚度为l-100nm。
全文摘要
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。本发明通过在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。
文档编号H01L21/205GK103077886SQ20131004388
公开日2013年5月1日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者季海铭, 罗帅, 杨涛 申请人:中国科学院半导体研究所