InAsP/InP异质结构的分子束外延定标结构的制作方法

本实用新型涉及一种用分子束外延技术在磷化铟(InP)衬底上生长InAsP/InP三元系异质结材料时速率及组分配比的定标结构，属于半导体制造领域。

背景技术：

InAsP三元系材料的禁带宽度可以从InP的1.35eV连续变化到 InAs的0.36eV，其发光波长可以涵盖近红外到中红外波段，是应用于长波长光电领域的一个重要材料。比如，由外延方法生长的InAsP/InP应变异质结构作为1.06、1.3和1.55微米光电器件的有源区可以很好地改善器件的性能。与通常使用的InxGa1-xAsyP1-y/InP材料体系相比，InAsyP1-y/InP异质结构拥有很大的导带不连续性，非常有利于长波长激光二极管在高温条件下以及电吸收调制器在高光功率情况下运行。因此，InAsyP1-y/InP应变异质结材料在光纤通讯领域有重要的应用。

当今主流的外延生长技术有两类：金属有机化学气相沉积 (MOCVD)以及分子束外延(MBE)。分子束外延技术的较低生长温度和低毒性使得它在生长含磷的高应变层材料时具有相对的优势。

当用分子束外延方法生长III-V化合物半导体外延材料时，在一般常规的生长条件下，III族元素分子束在衬底生长表面的黏附系数基本接近1，而V族元素黏附系数则远小于1，因此V族元素束流是以过压强形式提供的。在生长过程中，只有极小部分的V族元素与 III族元素在衬底生长表面发生化学反应，生成III-V化合物外延层，而大部分V族元素会脱离生长表面而被生长室内壁吸附成为废渣。因此III-V外延材料的生长速率基本是由III族元素的束流决定的。对于InAsyP1-y/InP异质结材料的外延生长而言，InAsyP1-y和InP的生长速率是由In的束流决定的，而InAsyP1-y三元系中InAs、InP的组分配比则是由As、P束流决定的。InAsyP1-y三元系的组分配比非常重要，因为它决定了InAsyP1-y单晶的禁带宽度，进而影响InAsyP1-y /InP异质结光电器件的工作波长。在分子束外延生长中，As、P束流的黏附系数远小于1，因此As和P的束流是超量提供的。虽然可以用束流计测量束流，而且As、P的黏附系数并不相同，并且随着生长温度变化，因此，要在大规模生产条件下生长具有精准且可重复组分配比的InAsyP1-y材料是一个艰巨的任务。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对InAsP-InP异质结材料的分子束外延生长设计一种生长速率和组分配比的定标结构，通过拟合定标外延片的X射线衍射摇摆曲线得出定标结构中各外延层的组分及厚度，结合各层生长时间进而得出生长速率和As、P组分配比。通过一系列的定标外延生长，可以得到大范围的As、P组分配比的经验曲线。后继外延生产中所需的InAsyP1-y材料的组分配比条件均可从经验曲线中查出，从而保证生产工艺的稳定重复。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种InP基分子束外延生长定标结构，InAsP/InP异质结构的分子束外延生长速率和组分配比定标结构；该结构包括InP衬底、InP缓冲层、InAsyP1-y外延层、InP帽层；在InP衬底上依次生长InP缓冲层、InAsyP1-y外延层和InP帽层。

所述InP衬底是2寸至4寸及以上的衬底片，衬底片是掺Fe半绝缘衬底或掺杂导电衬底。

所述的InP缓冲层是生长在InP衬底上。其目的是将衬底表面与正式结构隔离开来，以减少衬底表面的缺陷对有源区的影响，其厚度是0.1-0.5微米。

所述的InAsyP1-y外延层是生长在InP缓冲层上。由于InAsyP1-y的晶格常数大于InP，该InAsyP1-y外延层是处于压缩应变状态的。其与InP的晶格失配应由该层的晶格应变完全吸纳，因此该应变层的设定厚度应该小于应变弛豫的临界厚度。由于该层的晶格常数与InP 不同，因此在X射线摇摆曲线的InP峰附近会出现一个与该层对应的宽衍射峰，该峰的位置与该层InAsyP1-y的As、P组分配比相关，峰宽与该层厚度相关。

所述的InP帽层是生长在InAsyP1-y上。其目的是通过测量该层厚度确定InP的生长速率，InP帽层厚度是30-150纳米。由于InAsyP1-y层的晶格常数与InP不同，入射的X射线在InAsyP1-y层会发生反射，与InP帽层表面反射的X射线发生干涉，在X射线摇摆曲线中产生厚度干涉条纹，干涉条纹的周期与层厚相关。结合帽层生长时间，可以得出InP生长速率。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益特征。本实用新型的优点是该定标结构的XRD测试结果对InP外延层厚度、InAsyP1-y外延层厚度和组分配比敏感，测试精度高，可以同时精确获得铟源速率和As、P源束流配比信息。

附图说明

图1：InAsP/InP异质结构的分子束外延生长速率和组分配比定标结构

图中：1、InP衬底，2、InP缓冲层，3、InAsyP1-y外延层，4、InP 帽层。

具体实施方式

结合附图1对本实用新型做进一步说明。

一种InP基分子束外延生长定标结构，InAsP/InP异质结构的分子束外延生长速率和组分配比定标结构；该结构包括InP衬底、InP 缓冲层、InAsyP1-y外延层、InP帽层；在InP衬底上依次生长InP缓冲层、InAsyP1-y外延层和InP帽层。

所述InP衬底是2寸至4寸及以上的衬底片，衬底片是掺Fe半绝缘衬底或掺杂导电衬底。

如图1所示，InP衬底1在化学清洗后被送入生长室，经过高温脱附表面氧化膜后，把衬底温度降到所需生长温度，在InP衬底1 上依次生长200纳米的InP缓冲层2、8纳米的InAs0.3P0.7外延层3、 60纳米的InP帽层4。外延生长结束后，利用X射线双晶衍射谱仪 (XRD)测量InP衬底衍射峰附近的摇摆曲线。然后，利用衍射理论曲线对实测的摇摆曲线进行模拟，获得各个外延层的实际厚度、组分，从而获得铟、砷、磷各束流源的速率信息。