“W”型锑化物二类量子阱的外延生长方法技术

一种“W”型锑化物二类量子阱的外延生长方法，包括如下步骤：步骤1：选择一衬底；步骤2：对该衬底进行脱氧除气处理并观察表面再构；步骤3：在该衬底上依次生长缓冲层、10个周期的“W”结构二类量子阱有源区和GaSb盖层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，主要是一种在GaSb衬底上生长二类“W”型量子阱结构的方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，中红外2-5 μ m波段的半导体激光器得到了越来越多的关注。主要的应用有化学气体探测、通信、生物医学以及军事上的电子对抗等领域。传统的Si 基、GaAs基材料系带隙比较宽，不能满足对波长的要求，而锑化物(GaSb基)材料具有相对较窄的带隙，从而成为这一波段的主要研究对象。目前无论是材料方面还是器件方面，中红外2-5 μ m波段的半导体光电器件均还不够成熟。目前在中红外波段的研究方向很多，在2-3 μ m波段，四元锑化物的一类量子阱激光器已经成为最具竞争力的研究对象。而在3-5μπι波段，研究的方向还很多，主要有量子级联和带间级联激光器，锑化物一类、二类量子阱激光器，以及InAs/GaSb短周期超晶格激光器等，在这些众多的方向中，“W”型二类量子阱激光器一直都是佼佼者，最初的“W”结构由美国海军实验室的J. R. Meyer等人提出，其中的“W”是指由材料导带边的位置所构成的形状类似“W”型，一个“W”结构主要是由两个电子阱中间夹一个空穴阱来构成。由于具有比普通量子阱更强的限制电子和空穴的结构，“W”型二类量子阱能更好的实现电子和空穴的二维输运、增强电子和空穴的耦合，以及对于俄歇复合有更好的抑制作用。传统的“W”结构一般是用AlSb/InAS/Gai_xInxSb材料系，垒层AlSb也可用有用含Al和Sb的三元或者四元材料来替代，而在本专利技术的“W”结构中，外延生长时在InAs和 GaInSb界面中间插入一层InSb薄层，从而形成InSb界面并且阻碍了 GaAs界面的形成，同时把中间的空穴阱用GaSb/InSb/GaSb的生长方法取代了直接生长三元材料GaxIni_xSb。这样做的优势在于由于三元的GaxIrvxSb材料会有分凝、解吸附以及组分不均勻等情况发生，二元的材料更易于控制和生长。不仅如此，目前InAs/GaSb超晶格红外探测器已可作为实用型器件来应用，对这类材料的生长也已相对成熟，更易于我们进行分析研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种“W”型锑化物二类量子阱的外延生长方法，通过 InSb过渡层的插入来改进界面的类型，形成InSb界面的同时抑制GaAs界面的产生。在生长空穴阱时，用二元材料GaSb/InSb/GaSb取代三元材料Ga^InxSb,通过控制GaSb和InSb 的厚度来等效三元材料Gai_xInxSb中In和Ga的组分。本专利技术提供一种“W”型锑化物二类量子阱的外延生长方法，包括如下步骤步骤1 选择一衬底；步骤2 对该衬底进行脱氧除气处理并观察表面再构；步骤3 在该衬底上依次生长缓冲层、10个周期的“W”结构二类量子阱有源区和 GaSb盖层ο其中该衬底为GaSb(OOl)衬底。其中该缓冲层的材料为GaSb。其中该10个周期的“W”结构二类量子阱有源区的每个周期包括一 Ala35Gaa65Sb 垒层，在Ala35Gaa65Sb垒层上依次生长有InAs电子阱层、InSb过渡层、空穴阱层、InSb过渡层、InAs电子阱层和Ala35Gaa65Sb垒层，该InSb过渡层和InSb过渡层形成InSb界面，同时抑制GaAs界面的产生。其中空穴阱层包括下GaSb层及在其上依次生长的InSb层和上GaSb层。其中所述的脱氧除气处理并观察表面再构，是指脱氧的温度为630°C，再将温度升至660°C除气，15分钟后降至610°C，生长5min的GaSb后降温至490°C观察到再构。其中空穴阱层中的下GaSb层、InSb层和上GaSb层的生长时间分别为9s、2s、9s。附图说明为进一步说明本专利技术的技术特征，结合以下附图，对本专利技术作一详细的描述，其中图1是外延结构示意图；图2是用八带K · P模型模拟的“W”型量子阱结构的能带图。 具体实施例方式请参阅图1所示，本专利技术提供一种“W”型锑化物二类量子阱的外延生长方法，包括如下步骤步骤1 选择一衬底10，该衬底10为GaSb (001)衬底；步骤2 对该衬底10进行脱氧除气处理并观察表面再构，是指脱氧的温度为 630°C，再将温度升至660°C除气，15分钟后降至610°C，生长5min的GaSb后降温至490°C 观察到再构。步骤3 在该衬底10上依次生长缓冲层11、10个周期的“W”结构二类量子阱有源区12和GaSb盖层13，该缓冲层11的材料为GaSb，所述该10个周期的“W”结构二类量子阱有源区12的每个周期包括一 Ala35Gaa65Sb垒层121，生长时间16s，厚度为4nm，该层和 Ala35Gaa65Sb垒层127作为“W”型二类量子阱结构的垒层，主要是对电子和空穴有更好的限制作用，并可以形成二维的态密度分布，提高电子和空穴波函数的耦合程度，使得达到阈值时，每单位注入载流子会产生更高的增益。在Ala35Gaa65Sb垒层依次生长有InAs电子阱层 122，生长时间36s，厚度是2nm，InSb过渡层123，生长时间2s，空穴阱层124、InSb过渡层 125，生长时间2s、InAs电子阱层126，生长时间36s，厚度是2nm，和Ala 35GaQ.65Sb垒层127， 生长时间16s，厚度为4nm。众所周知，InAs/GaSb材料在生长的过程中会形成不同类型的界面，我们在生长的过程中插入该InSb过渡层123和InSb过渡层 125主要是为了易于形成InSb界面，同时抑制GaAs界面的产生，其中所述的空穴阱层124包括下GaSb层及在其上依次生长的InSb层和上GaSb层，代替了原来直接生长三元材料GaxIrvxSb,目的在于避免三元GaxIrvxSb材料解吸附以及组分不均勻等情况发生，同时相比三元材料而言，二元的材料更易于控制和生长。其中所述的空穴阱层124中的下GaSb层、InSb层和上GaSb层的生长时间分别为9s、2s、9s。最后，在Ala35Gaa65Sb垒层127上再生长一层GaSb盖层13，生长时间为100s，从而完成“W”型有源区的结构生长。 图2显示了用八带K · P模型模拟的“W”型量子阱结构的能带图。以上所述的系统框图和实施电路图，对本专利技术的目的，技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。权利要求1.一种“W”型锑化物二类量子阱的外延生长方法，包括如下步骤 步骤1 选择一衬底；步骤2 对该衬底进行脱氧除气处理并观察表面再构；步骤3 在该衬底上依次生长缓冲层、10个周期的“W”结构二类量子阱有源区和feiSb盖层ο2.根据权利要求1所述的“W”型锑化物二类量子阱的外延生长方法，其中该衬底为 GaSb (001)衬底。3.根据权利要求1所述的“W”型锑化物二类量子阱的外延生长方法，其中该缓冲层的材料为feiSb。4.根据权利要求1所述的“W”型锑化物二类量子阱的外延生长方法，其中该10个周期的“W”结构二类量子阱有源区的每个周期包括一 Ala35Gaa65Sb垒层，在Ala35Giia65Sb垒层上依次生长有InAs电子阱层、hSb过本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种“Ｗ”型锑化物二类量子阱的外延生长方法，包括如下步骤：步骤１：选择一衬底；步骤２：对该衬底进行脱氧除气处理并观察表面再构；步骤３：在该衬底上依次生长缓冲层、１０个周期的“Ｗ”结构二类量子阱有源区和ＧａＳｂ盖层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：迂修，张宇，王国伟，徐应强，徐云，宋国峰，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11