專利名稱：“w”型銻化物二類量子阱的外延生長方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領域，主要是一種在GaSb襯底上生長二類“W”型量子阱結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
隨著科學技術(shù)的發(fā)展，中紅外2-5 μ m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(yī)學以及軍事上的電子對抗等領域。傳統(tǒng)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2-5 μ m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2-3 μ m波段，四元銻化物的一類量子阱激光器已經(jīng)成為最具競爭力的研究對象。而在3-5μπι波段，研究的方向還很多，主要有量子級聯(lián)和帶間級聯(lián)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(jié)構(gòu)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(gòu)成的形狀類似“W”型，一個“W”結(jié)構(gòu)主要是由兩個電子阱中間夾一個空穴阱來構(gòu)成。由于具有比普通量子阱更強的限制電子和空穴的結(jié)構(gòu)，“W”型二類量子阱能更好的實現(xiàn)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(tǒng)的“W”結(jié)構(gòu)一般是用AlSb/InAS/Gai_xInxSb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(fā)明的“W”結(jié)構(gòu)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GaxIni_xSb。這樣做的優(yōu)勢在于由于三元的GaxIrvxSb材料會有分凝、解吸附以及組分不均勻等情況發(fā)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(chǎn)生。在生長空穴阱時，用二元材料GaSb/InSb/GaSb取代三元材料Ga^InxSb,通過控制GaSb和InSb 的厚度來等效三元材料Gai_xInxSb中In和Ga的組分。本發(fā)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(gòu)；步驟3 在該襯底上依次生長緩沖層、10個周期的“W”結(jié)構(gòu)二類量子阱有源區(qū)和 GaSb蓋層ο
其中該襯底為GaSb(OOl)襯底。其中該緩沖層的材料為GaSb。其中該10個周期的“W”結(jié)構(gòu)二類量子阱有源區(qū)的每個周期包括一 Ala35Gaa65Sb 壘層，在Ala35Gaa65Sb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Ala35Gaa65Sb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(chǎn)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(gòu)，是指脫氧的溫度為630°C，再將溫度升至660°C除氣，15分鐘后降至610°C，生長5min的GaSb后降溫至490°C觀察到再構(gòu)。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。


為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)特征，結(jié)合以下附圖，對本發(fā)明作一詳細的描述，其中圖1是外延結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是用八帶K · P模型模擬的“W”型量子阱結(jié)構(gòu)的能帶圖。
具體實施例方式請參閱圖1所示，本發(fā)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10，該襯底10為GaSb (001)襯底；步驟2 對該襯底10進行脫氧除氣處理并觀察表面再構(gòu)，是指脫氧的溫度為 630°C，再將溫度升至660°C除氣，15分鐘后降至610°C，生長5min的GaSb后降溫至490°C 觀察到再構(gòu)。步驟3 在該襯底10上依次生長緩沖層11、10個周期的“W”結(jié)構(gòu)二類量子阱有源區(qū)12和GaSb蓋層13，該緩沖層11的材料為GaSb，所述該10個周期的“W”結(jié)構(gòu)二類量子阱有源區(qū)12的每個周期包括一 Ala35Gaa65Sb壘層121，生長時間16s，厚度為4nm，該層和 Ala35Gaa65Sb壘層127作為“W”型二類量子阱結(jié)構(gòu)的壘層，主要是對電子和空穴有更好的限制作用，并可以形成二維的態(tài)密度分布，提高電子和空穴波函數(shù)的耦合程度，使得達到閾值時，每單位注入載流子會產(chǎn)生更高的增益。在Ala35Gaa65Sb壘層依次生長有InAs電子阱層 122，生長時間36s，厚度是2nm，InSb過渡層123，生長時間2s，空穴阱層124、InSb過渡層 125，生長時間2s、InAs電子阱層126，生長時間36s，厚度是2nm，和Ala 35GaQ.65Sb壘層127， 生長時間16s，厚度為4nm。眾所周知，InAs/GaSb材料在生長的過程中會形成不同類型的界面，我們在生長的過程中插入該InSb過渡層123和InSb過渡層 125主要是為了易于形成InSb界面，同時抑制GaAs界面的產(chǎn)生，其中所述的空穴阱層124包括下GaSb層及在其上依次生長的InSb層和上GaSb層，代替了原來直接生長三元材料GaxIrvxSb,目的在于避免三元GaxIrvxSb材料解吸附以及組分不均勻等情況發(fā)生，同時相比三元材料而言，二元的材料更易于控制和生長。其中所述的空穴阱層124中的下GaSb層、InSb層和上GaSb層的生長時間分別為9s、2s、9s。最后，在Ala35Gaa65Sb壘層127上再生長一層GaSb蓋層13，生長時間為100s，從而完成“W”型有源區(qū)的結(jié)構(gòu)生長。 圖2顯示了用八帶K · P模型模擬的“W”型量子阱結(jié)構(gòu)的能帶圖。以上所述的系統(tǒng)框圖和實施電路圖，對本發(fā)明的目的，技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種“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(gòu)；步驟3 在該襯底上依次生長緩沖層、10個周期的“W”結(jié)構(gòu)二類量子阱有源區(qū)和feiSb蓋層ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的“W”型銻化物二類量子阱的外延生長方法，其中該襯底為 GaSb (001)襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的“W”型銻化物二類量子阱的外延生長方法，其中該緩沖層的材料為feiSb。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的“W”型銻化物二類量子阱的外延生長方法，其中該10個周期的“W”結(jié)構(gòu)二類量子阱有源區(qū)的每個周期包括一 Ala35Gaa65Sb壘層，在Ala35Giia65Sb壘層上依次生長有InAs電子阱層、hSb過渡層、空穴阱層、hSb過渡層、InAs電子阱層和 Al0.35Ga0.65Sb壘層，該MSb過渡層和MSb過渡層形成MSb界面，同時抑制GaAs界面的產(chǎn)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的“W”型銻化物二類量子阱的外延生長方法，其中空穴阱層包括下( 層及在其上依次生長的化釙層和上( 層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的“W”型銻化物二類量子阱的外延生長方法，其中所述的脫氧除氣處理并觀察表面再構(gòu)，是指脫氧的溫度為630°C，再將溫度升至660°C除氣，15分鐘后降至610°C，生長5min的feiSb后降溫至490°C觀察到再構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的“W”型銻化物二類量子阱的外延生長方法，其中空穴阱層中的下feiSb層、InSb層和上feiSb層的生長時間分別為9s、2s、9s。
全文摘要
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(gòu)；步驟3在該襯底上依次生長緩沖層、10個周期的“W”結(jié)構(gòu)二類量子阱有源區(qū)和GaSb蓋層。
文檔編號C30B25/20GK102157903SQ20111002723
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者宋國峰, 張宇, 徐云, 徐應強, 王國偉, 迂修 申請人:中國科學院半導體研究所