[發明專利]一種提高異質材料界面質量的分子束外延生長方法有效

申請號：	201410246865.6	申請日：	2014-06-05
公開（公告）號：	CN104073876B	公開（公告）日：	2017-01-04
發明（設計）人：	顧溢;張永剛	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：	C30B25/18	分類號：	C30B25/18
代理公司：	上海泰能知識產權代理事務所31233	代理人：	黃志達
地址：	200050 上海市***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種提高材料界面質量分子外延生長方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于半導體材料生長領域，特別涉及一種提高異質材料界面質量的分子束外延生長方法。

背景技術

上世紀六七十年代以來，量子阱、超晶格等量子結構理論的發展推動半導體能帶工程的廣泛應用。分子束外延、化學氣相沉積、原子層沉積等半導體薄膜材料現代生長技術的發展并日臻完善，更是使得各種新型半導體材料和器件的發展日新月異，在微電子和光電子的眾多領域發揮了重要作用。

例如，1994年發明的量子級聯激光器就是半導體薄膜材料生長技術和半導體能帶工程結合的典型例子，是激光器發展史上的一個里程碑。量子級聯激光器是一種子帶間躍遷的單極性激光器，由多層薄膜材料組成的類似超晶格結構構成激光器的有源區結構，激光器的波長主要由有源區多層薄膜材料的厚度決定。所以有源區多層材料的控制精度和材料質量對量子級聯激光器的性能起著至關重要的作用。量子級聯激光器的研究最早主要基于與InP襯底晶格匹配的InGaAs/InAlAs材料體系開展，與InP襯底晶格匹配的InGaAs/InAlAs量子級聯激光器激射波長主要處于6-10微米波段，而相對InP襯底應變補償的InGaAs/InAlAs量子級聯激光器的激射波長則可以覆蓋3-6微米波段。有源區的每個周期一般包含20-30層超薄InGaAs/InAlAs材料，最薄的可能只有幾埃，約為一個原子層。而有源區包含的周期數為20-100，所以整個有源區的層數就會達到幾百至幾千層。InGaAs/InAlAs異質材料界面的質量會影響到界面散射等過程，是影響激光器器件性能的關鍵核心因素。

在常規的分子束外延生長異質材料過程中，一般在關閉生長前一層材料所需快門的同時打開生長后一層材料所需的快門。例如，在生長InGaAs/InAlAs量子級聯激光器有源區材料時，在生長完InGaAs、馬上生長InAlAs材料時，同時關閉Ga束源爐快門和打開Al束源爐快門，而保持In束源爐快門一直打開。束源爐快門的開關是依靠快門的機械移動完成的，這種機械移動過程需要一定的時間，一般約0.1-0.5秒，在快門移動過程中會影響源爐束流到達樣品表面的量，從而影響異質界面的質量。如在InGaAs/InAlAs界面處，關閉Ga快門和打開Al快門同時進行，在快門移動過程中存在一個短時間Ga和Al的快門均開了一部分，這樣在界面處會明顯形成一層InAlGaAs材料。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種提高異質材料界面質量的分子束外延生長方法，該方法克服快門機械移動過程引起的異質材料界面問題，使異質材料具有更優的異質界面質量，可用于制備多量子阱、超晶格、量子級聯激光器等多種結構，具有廣泛的應用前景。

本發明的一種提高異質材料界面質量的分子束外延生長方法，在分子束外延生長異質材料時，先關閉生長前一層材料所需的所有快門，經過t秒后再打開生長后一層材料所需的所有快門，即可；其中，0<t≤0.5。

所述異質材料為InGaAs/InAlAs、InGaP/InAlP或InGaAs/AlGaAs。

所述異質材料用于多量子阱、超晶格或量子級聯激光器結構。

異質材料為InGaP/InAlP，在生長完InAlP后關閉In和Al束源爐的快門，經過0.3秒后再打開In和Ga束源爐的快門。

異質材料為InGaAs/InAlAs，在生長完InGaAs后關閉In和Ga束源爐的快門，經過0.5秒后再打開In和Al束源爐的快門。

有益效果

本發明克服快門機械移動過程引起的異質材料界面問題，使異質材料具有更優的異質界面質量，可用于制備多量子阱、超晶格、量子級聯激光器等多種結構，具有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1是本發明的方法示意圖；

圖2是實施例1中InGaP/InAlP多量子阱快門開關示意圖；