一種提高異質(zhì)材料界面質(zhì)量的分子束外延生長(zhǎng)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高異質(zhì)材料界面質(zhì)量的分子束外延生長(zhǎng)方法，在分子束外延生長(zhǎng)異質(zhì)材料時(shí)，先關(guān)閉生長(zhǎng)前一層材料所需的所有快門，經(jīng)過t秒后再打開生長(zhǎng)后一層材料所需的所有快門，即可；其中，0<t≤0.5。本發(fā)明克服快門機(jī)械移動(dòng)過程引起的異質(zhì)材料界面問題，使異質(zhì)材料具有更優(yōu)的異質(zhì)界面質(zhì)量，可用于制備多量子阱、超晶格、量子級(jí)聯(lián)激光器等多種結(jié)構(gòu)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種提高異質(zhì)材料界面質(zhì)量的分子束外延生長(zhǎng)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)領(lǐng)域，特別涉及一種提高異質(zhì)材料界面質(zhì)量的分子束外延生長(zhǎng)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]上世紀(jì)六七十年代以來，量子阱、超晶格等量子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展推動(dòng)半導(dǎo)體能帶工程的廣泛應(yīng)用。分子束外延、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積等半導(dǎo)體薄膜材料現(xiàn)代生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展并日臻完善，更是使得各種新型半導(dǎo)體材料和器件的發(fā)展日新月異，在微電子和光電子的眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。
[0003]例如，1994年發(fā)明的量子級(jí)聯(lián)激光器就是半導(dǎo)體薄膜材料生長(zhǎng)技術(shù)和半導(dǎo)體能帶工程結(jié)合的典型例子，是激光器發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。量子級(jí)聯(lián)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(jié)構(gòu)構(gòu)成激光器的有源區(qū)結(jié)構(gòu)，激光器的波長(zhǎng)主要由有源區(qū)多層薄膜材料的厚度決定。所以有源區(qū)多層材料的控制精度和材料質(zhì)量對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器的性能起著至關(guān)重要的作用。量子級(jí)聯(lián)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(jí)聯(lián)激光器激射波長(zhǎng)主要處于6-10微米波段，而相對(duì)InP襯底應(yīng)變補(bǔ)償?shù)腎nGaAs/InAlAs量子級(jí)聯(lián)激光器的激射波長(zhǎng)則可以覆蓋3_6微米波段。有源區(qū)的每個(gè)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(gè)原子層。而有源區(qū)包含的周期數(shù)為20-100，所以整個(gè)有源區(qū)的層數(shù)就會(huì)達(dá)到幾百至幾千層。InGaAs/InAlAs異質(zhì)材料界面的質(zhì)量會(huì)影響到界面散射等過程，是影響激光器器件性能的關(guān)鍵核心因素。
[0004]在常規(guī)的分子束外延生長(zhǎng)異質(zhì)材料過程中，一般在關(guān)閉生長(zhǎng)前一層材料所需快門的同時(shí)打開生長(zhǎng)后一層材料所需的快門。例如，在生長(zhǎng)InGaAs/InAlAs量子級(jí)聯(lián)激光器有源區(qū)材料時(shí)，在生長(zhǎng)完InGaAs、馬上生長(zhǎng)InAlAs材料時(shí)，同時(shí)關(guān)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(guān)是依靠快門的機(jī)械移動(dòng)完成的，這種機(jī)械移動(dòng)過程需要一定的時(shí)間，一般約0.1-0.5秒，在快門移動(dòng)過程中會(huì)影響源爐束流到達(dá)樣品表面的量，從而影響異質(zhì)界面的質(zhì)量。如在InGaAs/InAlAs界面處，關(guān)閉Ga快門和打開Al快門同時(shí)進(jìn)行，在快門移動(dòng)過程中存在一個(gè)短時(shí)間Ga和Al的快門均開了一部分，這樣在界面處會(huì)明顯形成一層InAlGaAs材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高異質(zhì)材料界面質(zhì)量的分子束外延生長(zhǎng)方法，該方法克服快門機(jī)械移動(dòng)過程引起的異質(zhì)材料界面問題，使異質(zhì)材料具有更優(yōu)的異質(zhì)界面質(zhì)量，可用于制備多量子阱、超晶格、量子級(jí)聯(lián)激光器等多種結(jié)構(gòu)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0006]本發(fā)明的一種提高異質(zhì)材料界面質(zhì)量的分子束外延生長(zhǎng)方法，在分子束外延生長(zhǎng)異質(zhì)材料時(shí)，先關(guān)閉生長(zhǎng)前一層材料所需的所有快門，經(jīng)過t秒后再打開生長(zhǎng)后一層材料所需的所有快門，即可；其中，0〈t<0.5。
[0007]所述異質(zhì)材料為InGaAs/InAlAs、InGaP/InAlP 或 InGaAs/AlGaAs。
[0008]所述異質(zhì)材料用于多量子阱、超晶格或量子級(jí)聯(lián)激光器結(jié)構(gòu)。
[0009]異質(zhì)材料為InGaP/InAlP，在生長(zhǎng)完InAlP后關(guān)閉In和Al束源爐的快門，經(jīng)過0.3秒后再打開In和Ga束源爐的快門。
[0010]異質(zhì)材料為InGaAs/InAlAs，在生長(zhǎng)完InGaAs后關(guān)閉In和Ga束源爐的快門，經(jīng)過
0.5秒后再打開In和Al束源爐的快門。
[0011]有益.效果
[0012]本發(fā)明克服快門機(jī)械移動(dòng)過程引起的異質(zhì)材料界面問題，使異質(zhì)材料具有更優(yōu)的異質(zhì)界面質(zhì)量，可用于制備多量子阱、超晶格、量子級(jí)聯(lián)激光器等多種結(jié)構(gòu)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的方法示意圖；
[0014]圖2是實(shí)施例1中InGaP/InAlP多量子阱快門開關(guān)示意圖；
[0015]圖3是實(shí)施例2中的InGaAs/InAlAs超晶格快門開關(guān)示意圖；
[0016]圖4是實(shí)施例2中采用本發(fā)明方法制備的超晶格和常規(guī)方法制備超晶格的室溫光致發(fā)光圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0018]實(shí)施例1
[0019]要提高分子束外延生長(zhǎng)InGaP/InAlP多量子阱區(qū)域InGaP/InAlP異質(zhì)界面質(zhì)量，采用如下方法:
[0020]1、先生長(zhǎng)InAlP勢(shì)壘層，在生長(zhǎng)完InAlP材料后，同時(shí)關(guān)閉In和Al束源爐的快門，停止生長(zhǎng)InAlP材料。
[0021]2、維持0.3秒時(shí)間。
[0022]3、同時(shí)打開In和Ga束源爐的快門，開始生長(zhǎng)InGaP勢(shì)阱材料。
[0023]4、生長(zhǎng)完InGaP材料后，同時(shí)關(guān)閉In和Ga束源爐的快門，停止生長(zhǎng)InGaP材料。
[0024]5、再次維持0.3秒時(shí)間。
[0025]6、再次同時(shí)打開In和Ga束源爐的快門，開始生長(zhǎng)InAlP材料，如此循環(huán)，完成InGaP/InAlP多量子阱的生長(zhǎng)。
[0026]實(shí)施例2
[0027]要提高分子束外延生長(zhǎng)InGaAs/InAlAs應(yīng)變補(bǔ)償超晶格中InGaAs/InAlAs異質(zhì)界面質(zhì)量，采用如下方法:
[0028]1、先生長(zhǎng)6nm厚的Ina38Ala62As作為超晶格的壘層，然后同時(shí)關(guān)閉In和Al束源爐的快門，停止生長(zhǎng)Ina38Ala62As材料。
[0029]2、維持0.5秒時(shí)間。
[0030]3、然后同時(shí)打開In和Ga束源爐的快門，開始生長(zhǎng)Ina64Gaa36As材料，生長(zhǎng)厚度1nm0
[0031]4、生長(zhǎng)完Ina64Gaa36As材料后，同時(shí)關(guān)閉In和Ga束源爐的快門，停止生長(zhǎng)1? 64^?.36-^S 材料。
[0032]5、再次維持0.5秒時(shí)間。
[0033]6、再次同時(shí)打開In和Al束源爐的快門，開始生長(zhǎng)Inci 38Ala62As材料，如此循環(huán)，重復(fù)40周期，完成Ina64Gaa36AsAna38Ala62As應(yīng)變補(bǔ)償超晶格材料的生長(zhǎng)。
[0034] 7、如圖4所示，采用此生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)的樣品室溫光致發(fā)光強(qiáng)度大大強(qiáng)于常規(guī)方法生長(zhǎng)的參考樣品室溫光致發(fā)光強(qiáng)度，說明采用本發(fā)明的生長(zhǎng)方法可以很好地提高異質(zhì)材料界面質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1.一種提高異質(zhì)材料界面質(zhì)量的分子束外延生長(zhǎng)方法，其特征在于: 在分子束外延生長(zhǎng)異質(zhì)材料時(shí)，先關(guān)閉生長(zhǎng)前一層材料所需的所有快門，經(jīng)過t秒后再打開生長(zhǎng)后一層材料所需的所有快門，即可；其中，0〈t ( 0.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高異質(zhì)材料界面質(zhì)量的分子束外延生長(zhǎng)方法，其特征在于:所述異質(zhì)材料為 InGaAs/InAlAs、InGaP/InA IP 或 InGaAs/AlGaAs。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高異質(zhì)材料界面質(zhì)量的分子束外延生長(zhǎng)方法，其特征在于:所述異質(zhì)材料用于多量子阱、超晶格或量子級(jí)聯(lián)激光器結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高異質(zhì)材料界面質(zhì)量的分子束外延生長(zhǎng)方法，其特征在于:異質(zhì)材料為InGaP/InAlP，在生長(zhǎng)完InAlP后關(guān)閉In和Al束源爐的快門，經(jīng)過0.3秒后再打開In和Ga束源爐的快門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高異質(zhì)材料界面質(zhì)量的分子束外延生長(zhǎng)方法，其特征在于:異質(zhì)材料為InGaAs/InAlAs，在生長(zhǎng)完InGaAs后關(guān)閉In和Ga束源爐的快門，經(jīng)過0.5秒后再打開In和Al束源爐的快門。
【文檔編號(hào)】C30B25/18GK104073876SQ201410246865
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】顧溢, 張永剛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所