[發明專利]“W”型銻化物二類量子阱的外延生長方法

有效

• 申請號: 201110027237.5
• 申請日: 2011-01-25
• 公開（公告）號: CN102157903A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 迂修;張宇;王國偉;徐應強;徐云;宋國峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343;C30B25/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，主要是一種在GaSb襯底上生長二類“W”型量子阱結構的方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，中紅外2-5μm波段的半導體激光器得到了越來越多的關注。主要的應用有化學氣體探測、通信、生物醫學以及軍事上的電子對抗等領域。傳統的Si基、GaAs基材料系帶隙比較寬，不能滿足對波長的要求，而銻化物(GaSb基)材料具有相對較窄的帶隙，從而成為這一波段的主要研究對象。目前無論是材料方面還是器件方面，中紅外2-5μm波段的半導體光電器件均還不夠成熟。

目前在中紅外波段的研究方向很多，在2-3μm波段，四元銻化物的一類量子阱激光器已經成為最具競爭力的研究對象。而在3-5μm波段，研究的方向還很多，主要有：量子級聯和帶間級聯激光器，銻化物一類、二類量子阱激光器，以及InAs/GaSb短周期超晶格激光器等，在這些眾多的方向中，“W”型二類量子阱激光器一直都是佼佼者，最初的“W”結構由美國海軍實驗室的J.R.Meyer等人提出，其中的“W”是指由材料導帶邊的位置所構成的形狀類似“W”型，一個“W”結構主要是由兩個電子阱中間夾一個空穴阱來構成。由于具有比普通量子阱更強的限制電子和空穴的結構，“W”型二類量子阱能更好的實現電子和空穴的二維輸運、增強電子和空穴的耦合，以及對于俄歇復合有更好的抑制作用。

傳統的“W”結構一般是用AlSb/InAs/Ga_1-xIn_xSb材料系，壘層AlSb也可用有用含Al和Sb的三元或者四元材料來替代，而在本發明的“W”結構中，外延生長時在InAs和GaInSb界面中間插入一層InSb薄層，從而形成InSb界面并且阻礙了GaAs界面的形成，同時把中間的空穴阱用GaSb/InSb/GaSb的生長方法取代了直接生長三元材料Ga_xIn_1-xSb。這樣做的優勢在于：由于三元的Ga_xIn_1-xSb材料會有分凝、解吸附以及組分不均勻等情況發生，二元的材料更易于控制和生長。不僅如此，目前InAs/GaSb超晶格紅外探測器已可作為實用型器件來應用，對這類材料的生長也已相對成熟，更易于我們進行分析研究。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種“W”型銻化物二類量子阱的外延生長方法，通過InSb過渡層的插入來改進界面的類型，形成InSb界面的同時抑制GaAs界面的產生。在生長空穴阱時，用二元材料GaSb/InSb/GaSb取代三元材料Ga_1-xIn_xSb，通過控制GaSb和InSb的厚度來等效三元材料Ga_1-xIn_xSb中In和Ga的組分。

本發明提供一種“W”型銻化物二類量子阱的外延生長方法，包括如下步驟：

步驟1：選擇一襯底；

步驟2：對該襯底進行脫氧除氣處理并觀察表面再構；

步驟3：在該襯底上依次生長緩沖層、10個周期的“W”結構二類量子阱有源區和GaSb蓋層。

其中該襯底為GaSb(001)襯底。

其中該緩沖層的材料為GaSb。

其中該10個周期的“W”結構二類量子阱有源區的每個周期包括：一Al_0.35Ga_0.65Sb壘層，在Al_0.35Ga_0.65Sb壘層上依次生長有InAs電子阱層、InSb過渡層、空穴阱層、InSb過渡層、InAs電子阱層和Al_0.35Ga_0.65Sb壘層，該InSb過渡層和InSb過渡層形成InSb界面，同時抑制GaAs界面的產生。

其中空穴阱層包括下GaSb層及在其上依次生長的InSb層和上GaSb層。

其中所述的脫氧除氣處理并觀察表面再構，是指脫氧的溫度為630℃，再將溫度升至660℃除氣，15分鐘后降至610℃，生長5min的GaSb后降溫至490℃觀察到再構。

其中空穴阱層中的下GaSb層、InSb層和上GaSb層的生長時間分別為9s、2s、9s。

附圖說明

為進一步說明本發明的技術特征，結合以下附圖，對本發明作一詳細的描述，其中：

圖1是外延結構示意圖；

圖2是用八帶K·P模型模擬的“W”型量子阱結構的能帶圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明提供一種“W”型銻化物二類量子阱的外延生長方法，包括如下步驟：