[發明專利]一種提高稀鉍半導體材料熱穩定性的方法

有效

• 申請號: 201310264486.5
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103367123A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 王庶民;顧溢;宋禹忻;葉虹
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于稀鉍半導體材料的制備領域，特別涉及一種提高稀鉍半導體材料熱穩定性的方法。

背景技術

近年來，稀鉍半導體材料因具有很多獨特而重要的特性而引起了國際上越來越多的關注。人們發現當在III-V族材料中加入鉍后會產生類似于稀氮材料的帶隙收縮。同時，人們還發現GaAsBi材料的帶隙對溫度依賴度遠小于GaAs或InGaAsP材料，對于鉍組分0.019-0.05范圍內的GaAsBi材料，帶隙溫度系數約為0.1-0.4meV/K，低于GaAs的0.56meV/K。由于鉍元素有很大的原子質量，預計鉍化物具有很大的自旋-軌道分裂能，可以抑制俄歇復合，提高激光器的特征溫度。因此，稀鉍材料可以減弱或消除俄歇復合，提高半導體光電器件的工作溫度和特征溫度。鉍元素主要對價帶產生作用，對導帶作用很小，空穴遷移率只是隨著鉍濃度的升高而略微降低。而且鉍元素在普通生長溫度下III-V族材料的生長中起表面活化劑的作用，有利于形成平整的界面，增強材料的光學特性。

然而，稀鉍半導體材料存在的一個問題是由于鉍元素原子半徑比較大，鉍原子與其他原子組成化學鍵的鍵能比較小，造成稀鉍半導體材料在高溫下的熱穩定性較差。這已經成為稀鉍半導體材料與器件大規模實用化所面臨的重要挑戰。

稀鉍半導體材料是近幾年才興起的全新研究方向，稀鉍半導體材料的熱穩定性更是最近才被發現和認識，目前尚沒有改善稀鉍半導體材料熱穩定性的可靠方法，迫切需要進行創新，提高稀鉍半導體材料的熱穩定性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種提高稀鉍半導體材料熱穩定性的方法，該方法基于半導體材料原子成鍵知識，對生長稀鉍半導體材料的方法稍加改進，起到提高稀鉍半導體材料熱穩定性的作用

本發明的一種提高稀鉍半導體材料熱穩定性的方法，包括：

在生長稀鉍半導體材料的過程中加入小半徑且大鍵能的原子；所述的小半徑且大鍵能的原子為氮（N）、硼（B）等。

所述的稀鉍半導體材料為以GaAs為襯底的GaAsBi材料，其制備方法包括：

（1）對GaAs襯底進行脫氧解析；

（2）在GaAs襯底上生長GaAs緩沖層；

（3）生長含N的GaAsBi材料，即可。

所述的稀鉍半導體材料為以InAs為襯底的InAsBi材料，其制備方法包括：

（1）對InAs襯底進行脫氧解析；

（2）在InAs襯底上生長InAs緩沖層；

（3）生長含N的InAsBi材料，即可。

本發明通過在生長稀鉍半導體材料的時候同時加入小半徑且大鍵能的原子，所述的小半徑且大鍵能原子可以增強鉍原子在稀鉍半導體材料中的成鍵強度，以提高稀鉍半導體材料的熱穩定性。

有益效果：

（1）本發明提供的方法在生長稀鉍半導體材料的時候同時加入氮、硼等小半徑且大鍵能的原子，利用此類原子增強鉍原子在稀鉍半導體材料中的成鍵強度，可以提高稀鉍半導體材料在高溫下的熱穩定性；

（2）本發明可以用常規的分子束外延方法實現，操作工藝簡單，易控制。

附圖說明

圖1是加入小半徑且大鍵能原子改進稀鉍半導體材料以提高其熱穩定性的示意圖；

圖2是實施例1中加入N原子提高GaAsBi材料的結構示意圖；

圖3是實施例2中加入N原子提高InAsBi材料的結構示意圖

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

實施例1

以下以GaAs襯底上生長GaAsBi材料為例，說明通過在材料生長過程中加入小半徑、大鍵能的原子提高稀鉍半導體材料熱穩定性的方法和步驟，這些方法和步驟可以直接推廣到其他類型的稀鉍半導體材料。具體方法和步驟如下：

（1）高溫下對GaAs襯底進行脫氧解析；

（2）在GaAs襯底上先生長100nm?GaAs緩沖層；

（3）同時開啟Ga、As、Bi和N束源爐快門，生長500nm含N的GaAsBi材料；

（4）關閉所有束源爐快門，襯底降溫，完成此稀鉍半導體材料的生長，其將具有更好的熱穩定性。

實施例2