一种铟镓砷材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铟镓砷材料的制备方法，包括：清洁衬底表面；在衬底表面生长第一缓冲层；在第一缓冲层表面生长第二缓冲层；在第二缓冲层上生长铟镓砷吸收层。本发明专利技术能在获得高铟组分铟镓砷材料的同时，显著降低铟镓砷材料的位错密度。

【技术实现步骤摘要】
一种铟镓砷材料的制备方法
本专利技术属于光电子材料与器件
，更具体地，涉及一种铟镓砷材料的制备方法。
技术介绍
目前，在红外探测器的研制中，为了提高InxGa1-xAs红外探测器的探测范围，必须提高InxGa1-xAs中In的组分。要达到探测器延伸波长大于1.7μm的要求，In组分应不低于53％。但高In组分会导致铟镓砷吸收层与衬底之间产生较大的晶格失配，从而在InxGa1-xAs(x≥0.53，典型例如x＝0.82)吸收层中产生大量的位错缺陷，降低材料质量，导致探测器性能下降。为了克服上述缺陷，目前主要采用组分逐渐过渡的方法，即首先在衬底与吸收层之间生长In组分渐变的InxGa1-xAs缓冲层，然后在其上生长需要组分的InxGa1-xAs吸收层的方法。该方法可有效抑制位错，改善吸收层的质量，从而使探测器性能得到改善。但该方法需要生长厚度至少3微米以上的缓冲层后，才能生长所需要组分的吸收层，并且吸收层的位错密度仍然较大。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种铟镓砷材料的制备方法，能在获得高铟组分铟镓砷材料的同时，显著降低铟镓砷材料的位错密度。为实现上述目的，本专利技术提供了一种铟镓砷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：清洁衬底表面；在衬底表面生长第一缓冲层；在第一缓冲层表面生长第二缓冲层；在第二缓冲层上生长铟镓砷吸收层。优选地，所述衬底为(001)面的InP衬底或者为(001)面的GaAs衬底；所述第一缓冲层为与衬底同质的(001)面的InP材料层或者(001)面的GaAs材料层；所述第二缓冲层为铟镓砷材料层；所述铟镓砷吸收层的组分与所述第二缓冲层相同。优选地，清洁衬底表面包括：在650℃～700℃温度下对衬底进行表面脱氧处理4～6min。优选地，生长第一缓冲层的温度为400℃～450℃。优选地，第一缓冲层的厚度为10～20nm。优选地，生长第二缓冲层的温度与生长第一缓冲层的温度相同。优选地，第二缓冲层的厚度为30～120nm。优选地，生长铟镓砷吸收层的温度为600℃～650℃。优选地，铟镓砷吸收层的厚度为1～5μm。优选地，所述第二缓冲层和所述铟镓砷吸收层为InxGa1-xAs(0.53≤x＜1)。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)采用低压金属有机化合物化学气相淀积(LowPressureMetal-OrganicChemicalVaporDeposition,LP-MOCVD)系统生长低位错密度高铟组分铟镓砷材料，具有两个低温生长的缓冲层，通过将位错缺陷抑制集中在低温缓冲层中，降低了吸收层的位错密度。(2)缓冲层的总厚度仅为40～140nm，与现有的缓冲层厚度(3微米以上)相比，大幅降低了缓冲层的厚度，缩短了材料生长时间，提高了生长效率。(3)获得的铟镓砷材料的X射线摇摆曲线半高全宽(FWHM)可以降低至传统方法的1/3，根据Hirsch模型计算，位错密度降低了90％，从而有效降低了吸收层的位错密度，提高了吸收层外延材料的生长质量。附图说明图1是本专利技术实施例的铟镓砷材料的制备方法流程图；图2是用图1所示的方法制备铟镓砷材料的结构图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本专利技术实施例的铟镓砷材料的制备方法包括：步骤一：清洁衬底表面。在一些实施例中，衬底为(001)面的InP衬底或者为(001)面的GaAs衬底。在一些实施例中，将衬底升温至650℃～700℃后恒温4～6min，进行表面脱氧处理，以获得清洁表面。恒温温度过高，衬底表面可能在高温下分解；恒温温度过低，则无法脱去氧化层。恒温时间过长，衬底表面重构复杂度增加，同时会消耗多余的磷烷或者砷烷；恒温时间过短，无法有效脱除衬底表面的氧化层。在一些实施例中，恒温时间为5min。步骤二：降低温度至400℃～450℃，恒温2～4min后，在衬底表面生长第一缓冲层。在一些实施例中，第一缓冲层为与衬底同质的(001)面的InP材料层或者(001)面的GaAs材料层，以获得更平整且具有更好反应活性的表面。第一缓冲层应当具有合适的厚度，用于形成新鲜的生长界面层，以在后续阶段淀积大失配度的第二缓冲层，但同时要兼顾生长成本。在一些实施例中，第一缓冲层的厚度为10～20nm。恒温温度过高，无法与第二缓冲层形成无缝生长衔接；恒温温度过低，会导致同质缓冲层材料成核质量差(热力学反应过程决定了成核温度不能过低)。在一些实施例中，恒温时间为3min。步骤三：保持温度不变，在第一缓冲层的表面生长第二缓冲层。在一些实施例中，第二缓冲层为高铟组分铟镓砷材料层。在一些实施例中，第二缓冲层为InxGa1-xAs(0.53≤x＜1)。失配位错缺陷主要释放在第二缓冲层中，第二缓冲层用于吸收位错缺陷。在一些实施例中，第二缓冲层的厚度为30～120nm。第二缓冲层的厚度过大，不但形成浪费，同时会形成过大的位错缺陷密度而影响器件性能；第二缓冲层的厚度过小，则无法有效吸收位错缺陷。步骤四：升高温度至600℃～650℃，在第二缓冲层上生长吸收层。吸收层需要保持高质量生长，因此需要其晶格常数和第二缓冲层相同。在一些实施例中，吸收层的组分与第二缓冲层相同。在一些实施例中，吸收层为InxGa1-xAs(0.53≤x＜1)。在一些实施例中，吸收层的厚度为1～5μm。上述步骤在LP-MOCVD系统中完成。通过上述步骤，完成铟镓砷材料的制备，得到低位错密度高铟组分的铟镓砷材料。实施例一步骤一、在LP-MOCVD系统中将InP(001)衬底升温至650℃后恒温5min，进行脱氧处理，获得清洁的表面；步骤二、在步骤一的基础上温度降低至400℃，待温度稳定3min后，生长10nm的、与衬底同质的InP(001)第一低温缓冲层，使得表面更平整并具有更好的反应活性；步骤三、在步骤二的基础上保持温度不变，生长30nm的In0.82Ga0.18As第二低温缓冲层，使得失配位错缺陷主要释放在该缓冲层中；步骤四、在步骤三所述的低温基础上升高生长温度，温度达到600℃后恒温3min，然后生长与第二低温缓冲层相同组分的5μm的In0.82Ga0.18As高温吸收层，得到低位错密度高铟组分铟镓砷材料。实施例二步骤一、在LP-MOCVD系统中将GaAs(001)衬底升温至700℃后恒温5min，进行脱氧处理，获得清洁的表面；步骤二、在步骤一的基础上温度降低至450℃，待温度稳定3min后生长20nm的、与衬底同质的GaAs(001)第一低温缓冲层，使得表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铟镓砷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n清洁衬底表面；/n在衬底表面生长第一缓冲层；/n在第一缓冲层表面生长第二缓冲层；/n在第二缓冲层上生长铟镓砷吸收层。/n

【技术特征摘要】
1.一种铟镓砷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
清洁衬底表面；
在衬底表面生长第一缓冲层；
在第一缓冲层表面生长第二缓冲层；
在第二缓冲层上生长铟镓砷吸收层。


2.如权利要求1所述的铟镓砷材料的制备方法，其特征在于，所述衬底为(001)面的InP衬底或者为(001)面的GaAs衬底；所述第一缓冲层为与衬底同质的(001)面的InP材料层或者(001)面的GaAs材料层；所述第二缓冲层为铟镓砷材料层；所述铟镓砷吸收层的组分与所述第二缓冲层相同。


3.如权利要求2所述的铟镓砷材料的制备方法，其特征在于，清洁衬底表面包括：在650℃～700℃温度下对衬底进行表面脱氧处理4～6min。


4.如权利要求2所述的铟镓砷材料的制备方法，其特征在于，生长第一缓冲层的温度为400℃～...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明来，
申请(专利权)人：浙江长芯光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33