[发明专利]生长InP基InAs量子阱的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料和器件芯片制备领域，具体地涉及生长InP基InAs量子阱的方法。

背景技术

由于在气体探测、生物医学等方面存在巨大潜在应用优势，发光波长在2-3μm范围的InP基InAs量子阱材料和器件(激光器和探测器等)具有成本低、器件工艺技术成熟等众多优点。

在1994年以InAs为阱、In_0.53Ga_0.47As为垒的InP基量子阱结构材料首先在1.7μm量子阱激光器中得到应用。随着金属有机化合物气相沉积(MOCVD)外延技术的发展，该材料体系的应用波长范围得到了拓展，2007年实现了2.33μm InP基InAs/In_0.53Ga_0.47As量子阱激光器。

InP基InAs/In_0.53Ga_0.47As量子阱的外延生长存在两个问题：1、InAs量子阱与InP衬底之间存在巨大的晶格失配(3.2％)，InAs量子阱材料在受到较大压应变的情况下会产生缺陷，影响材料质量；2、根据量子限制效应的规律，延长InAs量子阱的发光波长需要增加InAs层的厚度，但这样会引起材料应变的加剧从而产生更多的缺陷，导致材料质量的下降。因此，在进行长波长InP基InAs/In_0.53Ga_0.47As量子阱的外延生长时，需对材料的结构进行优化设计，对材料的外延过程进行优化控制，在拓长发光波长的同时尽可能减缓InAs量子阱受到的压应变，减少材料缺陷的产生。

为此，2010年有研究小组采用包含赝衬底的InP基InAs量子阱材料结构，用以逐渐增加表层衬底材料的晶格常数，降低衬底与InAs量子阱层的失配度，实现了2.90μm发光波长的半导体材料。但是赝衬底结构需要外延较大厚度(＞3μm)晶格常数渐变的赝衬底材料，在一定程度上增加了器件的串联电阻和制作成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种生长InP基InAs量子阱的方法。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种生长InP基InAs量子阱的方法。该方法包括：在InP衬底上生长InP缓冲层；在InP缓冲层上生长两侧均包含In_1-xGa_xAs应力渐变势垒层的InAs量子阱结构；以及在InAs量子阱结构上生长InP盖层。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明生长InP基InAs量子阱的方法具有以下有益效果：

(1)通过在InAs量子阱两侧引入晶格常数渐变的In_1-xGa_xAs应力渐变势垒层来减缓InAs量子阱所受到的压应变，减少材料中因应变累积释放而产生的缺陷浓度，改善了InAs量子阱材料的晶体质量；

(2)由于InAs量子阱所受应变的减小会引起其禁带宽度的减小，因此可以有效拓展InAs量子阱的发光波长。

附图说明

图1A为根据本发明实施例生长InP基InAs量子阱方法的流程图；

图1B为按照图1所示的方法制备的InP基InAs量子阱的结构示意图；

图2为采用传统方法制备和采用图1所示方法制备的InP基InAs量子阱材料室温光致荧光谱的对比。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

本发明通过在InAs量子阱两侧均引入晶格常数渐变的In_1-xGa_xAs应力渐变势垒层来减缓InAs量子阱所受到的压应变，改善材料的晶体质量并拓长材料的发光波长。