[發明專利]一種碲化鋅/砷化鎵異質外延層的制備方法

無效

• 申請號: 201210205142.2
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102709398A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 冀子武;黃樹來;趙雪琴;張磊;郭其新;徐現剛
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

技術領域

本發明涉及一種碲化鋅/砷化鎵異質外延層的制備方法，特別涉及一種通過控制生長溫度來制備高質量碲化鋅/砷化鎵異質外延層的方法。

背景技術

碲化鋅(ZnTe)是一種重要的II-IV族化合物半導體材料。ZnTe是直接帶隙，且具有較大的禁帶寬度(室溫2.26eV)，因此在綠光LED、太赫茲探測器、太陽電池和光波導等光電器件中有很好的應用前景。砷化鎵(GaAs)是重要的III-V族半導體材料。GaAs具有高飽和電子速率及高電子遷移率，是熱和電的良導體，所以在通信系統和光電器件等方面有著廣泛的應用。如果ZnTe能外延生長在GaAs上，就可以實現器件的集成。現在已有多種技術（如，分子束外延、熱壁外延、脈沖激光燒蝕及金屬有機化學氣相外延等）被用來制備ZnTe/GaAs異質結構，其中金屬有機化學氣相外延（MOVPE）工藝具有可以控制外延層的生長速率、易于獲得陡峭的界面結構、外延層均勻性好及適于大規模生產等優點，被認為是最具有發展前景的外延技術。

MOVPE生長的碲化鋅/砷化鎵異質外延層存在的常見問題：

1、在外延層生長過程中雜質原子(包括來自襯底原子和金屬有機源中的雜質等)的并入（incorporation）會影響外延層的結晶質量。

2、通入金屬有機源的比例不同，將導致碲化鋅外延層偏離理想化學配比，形成空位或填隙原子等，會降低外延層的結晶質量。

3、襯底表面的氧化物會在外延層中形成氧束縛激子，這類深能級發射會影響ZnTe外延層的發光性能。

文獻“采用MOCVD方法在砷化鎵襯底上生長的碲化鋅薄膜中由應變引起的PL譜能量移動”（見日本學術期刊《Japanese?Journal?of?Applied?Physics》，1989年，第28卷,第L?1341頁。）公開了一種用MOCVD在砷化鎵襯底上生長碲化鋅薄膜的方法，該方法制備的碲化鋅薄膜即存在施主受主對（DAP）和深能級氧束縛激子的發光成分，這會影響其在發光器件中的應用。

發明內容

針對碲化鋅/砷化鎵外延層制備過程中存在的問題，本發明提供一種高質量碲化鋅/砷化鎵外延層的制備方法。

本發明的技術方案是按以下方式實現的：

一種碲化鋅/砷化鎵異質外延層的制備方法，采用金屬有機化學氣相外延（MOVPE）工藝，以二甲基鋅和二乙基碲為金屬有機源，用氫氣作為載氣，用金屬有機化學氣相外延設備在砷化鎵襯底上生長碲化鋅外延層；其工藝條件如下：

反應室本底真空度：0.5－1.5×10^-7Torr；

生長時襯底溫度：390－440°C；

二甲基鋅輸運速率：10－30μmol/min；

二乙基碲輸運速率：10－30μmol/min；

生長時間：1－15小時；

在上述制備工藝條件下，碲化鋅外延層的生長速率為1.4－4.3μm/h。

上述制備方法的操作步驟如下：

1、GaAs襯底的清洗：將拋光的（100）GaAs進行化學清洗，在丙酮中超聲清洗3－5分鐘后，放到由H₂SO₄、H₂O₂和H₂O按5:1:1比例組成的溶液中在50－70°C下刻蝕20秒，最后用去離子水沖洗干凈；

2、將MOVPE設備反應室抽成高真空狀態，真空度為0.5－1.5×10^-7Torr，將襯底加熱到500－600°C保持20－40分鐘，去除GaAs襯底表面的氧化物；

3、將襯底溫度控制在390－440°C，調節氫氣流量，使二甲基鋅(DMZn)和二乙基碲(DETe)輸運速率均維持在10－30μmol/min，生長時間1－15小時；

4、生長結束，關閉鋅源和碲源，停止加熱襯底，在GaAs襯底上生長出ZnTe外延層，繼續通入氫氣20－30分鐘，降至室溫。

優選的工藝條件如下：

反應室本底真空度：1×10^-7Torr；

生長時襯底溫度：420°C；

二甲基鋅輸運速率：15μmol/min；

二乙基碲輸運速率：15μmol/min；

生長時間：5小時。

優選的，所述的二甲基鋅純度為99.9999%；二乙基碲純度為99.9999%。

上述的MOVPE設備是金屬有機化學氣相外延設備。

本發明方法由于在制備外延層過程中采取了如下措施，從而提高了外延層的結晶質量。