[發(fā)明專利]InAs/GaSb緩沖層、硅基銻化物半導體材料及其制備方法和元器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011595232.8
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112688157B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設計）人: 杜鵬
• 申請（專利權）人: 湖南科萊特光電有限公司
• 主分類號: H01S5/02
• 分類號: H01S5/02
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王闖

本申請?zhí)峁┮环NInAs/GaSb緩沖層、硅基銻化物半導體材料及其制備方法和元器件。InAs/GaSb緩沖層包括一個或多個基本緩沖單元，每個基本緩沖單元包括一個或多個基本單元層，每個基本單元層包括一組或多組交替設置的GaSb部分和InAs部分。硅基銻化物半導體材料包括硅襯底和純鎵銻層，硅襯底和純鎵銻層之間設置有InAs/GaSb緩沖層。其制備方法包括：在硅襯底上生長GaSb部分和InAs部分得到多個基本單元層；然后生長純鎵銻層。元器件，其原料包括InAs/GaSb緩沖層或硅基銻化物半導體材料。本申請?zhí)峁┑腎nAs/GaSb緩沖層能夠降低硅與GaSb間的晶格失配，從而實現(xiàn)高質量銻化物外延生長。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體材料領域，尤其涉及一種InAs/GaSb緩沖層、硅基銻化物半導體材料及其制備方法和元器件。

背景技術

硅基光電子技術在其自身優(yōu)勢、市場需求的帶動下迅速發(fā)展，成為當今信息技術中最具發(fā)展前途的技術領域，可能為光電子和微電子技術領域帶來變革。然而作為間接帶隙半導體，硅材料的光發(fā)射是典型聲子輔助的低幾率過程，發(fā)光效率低，難以獲得硅基有源器件。因此開展硅襯底的高效有源光電器件(結合III-V族材料或其他新材料)研究，在硅基光電子技術中占據(jù)重要地位。硅基光電子技術快速的同時發(fā)展，其應用的波長范圍逐漸由傳統(tǒng)的通信波段延展至中紅外和遠紅外波段，主要原因在于上述波段正處于大氣“窗口”，含有多種氣體吸收譜線，在痕量氣體探測乃至光電對抗等軍事和民用領域應用前景巨大。并且隨著器件規(guī)模不斷增大，進一步提高光子組件密度，成為實現(xiàn)器件性能提高、功耗降低、成本降低等需求的主要途徑。因此針對中紅外波段光電子應用領域，實現(xiàn)高質量中紅外波段的硅基銻化物半導體材料外延生長是必要的研究方向。

但需注意的是，硅與銻化物材料(例如GaSb)的晶格失配可達12％。襯底與外延層的晶格失配將導致的材料質量差、有源區(qū)缺陷多，由此引發(fā)非輻射復合，限制激光器件性能提升。因此發(fā)展并設計更合理的硅基銻化物外延生長方法及其新型緩沖層材料是本領域的重點。

有鑒于此，特提出本申請。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種InAs/GaSb緩沖層、硅基銻化物半導體材料及其制備方法和元器件，以解決上述問題。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明特采用以下技術方案：

一種InAs/GaSb緩沖層，包括一個或多個層疊設置的基本緩沖單元，每個所述基本緩沖單元包括一個或多個層疊設置的基本單元層，每個所述基本單元層包括一組或多組交替設置的GaSb部分和InAs部分；

在至少一個所述基本緩沖單元內或者多個所述基本緩沖單元之間，所述GaSb部分在多個所述基本單元層的覆蓋率逐漸升高或逐漸降低。

需要說明的是，InAs/GaSb緩沖層需要包括至少兩個GaSb部分覆蓋率不同的基本單元層，這兩個基本單元層可以同屬于同一個基本緩沖單元，也可以是兩個基本緩沖單元各有一層。

優(yōu)選地，相鄰兩個所述基本單元層內，所述GaSb部分和所述InAs部分的排列順序相同或不同。

優(yōu)選地，每個所述基本緩沖單元內，所述GaSb部分在其相應的所述基本單元層的覆蓋率的變化趨勢相同或不同。

一種硅基銻化物半導體材料，包括硅襯底和純鎵銻層，所述硅襯底和所述純鎵銻層之間設置有所述的InAs/GaSb緩沖層；

與所述純鎵銻層鄰接的所述基本緩沖單元內，所述GaSb部分在多個所述基本單元層的覆蓋率沿著逐漸遠離所述硅襯底的方向逐漸升高。

優(yōu)選地，所述InAs/GaSb緩沖層遠離所述硅襯底的表面設置有純鎵銻層，所述InAs/GaSb緩沖層內沿著所述硅襯底至所述純鎵銻層的方向，所述GaSb部分在多個所述基本單元層的覆蓋率逐漸升高。