[发明专利]ALD制备InP基半导体激光器中的表面钝化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将原子层沉积技术应用于半导体激光器制造的方法，，具体是一种ALD制备InP基半导体激光器中的表面钝化方法。

背景技术

 随着半导体激光器的广泛应用，其可靠性研究始终是研究热点之一，而谐振腔是半导体激光器的重要组成部分，其解理面对于半导体激光器的可靠性有着非常重要的影响。Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体表面，与其本征氧化物界面具有很高的界面态密度，这将会对载流子起到散射中心和非辐射复合中心作用，从而引起费米能级在禁带中的钉扎和高的表面复合速率，并严重影响到器件的电学和光学特性，严重的会造成半导体激光器的光学灾变，光学灾变现象是影响半导体激光器的最大输出功率和器件寿命的一个主要因素，避免光学灾变的关键因素之一是减少表面态密度和非辐射复合中心。

采用常规的InP表面清洗流程，InP表面自体氧化物不能被完全清除，清洗过后，清洁的InP表面暴露于空气中，使表面进一步被氧化，发生如下反应：

3O₂+2InP=P₂O₃+In₂O₃              (1)

In₂O₃+2InP=In₂O₃+4P               (2)

4O₂+2InP=P₂O₅+In₂O₃              (3)

3In₂O₅+10InP=5In₂O₃+16P           (4)

自从1978年Sandroff等发现硫化物的水溶液可以有效去除III-V族半导体材料表而本征氧化层并能将其活性表面钝化硫化成为III- V族半导体表而钝化技术中的主要研究对象，并且发展了多种硫化法。使用硫化铵对InP进行硫化处理非常有效，硫化铵对于所有的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体都有普遍的钝化效应。

 由于InP材料的钝化需要在沸腾的硫化铵溶液中进行，受热的不均匀会导致钝化的不均匀，从而在材料表面产生损伤缺陷，析出的单质硫也会覆盖在材料表面。快速热退火可以有效消除材料表面的损伤缺陷，同时具有杂质激活率高、再分布小等特点。同时，退火过程中InP表面覆盖的多余单质硫层挥发掉并被氮气带出退火炉。

原子层淀积(ALD)是通过将气相分子源(前躯体) 脉冲交替通入反应腔内并在淀积基体上吸附形成淀积膜的一种新型薄膜生长技术,ALD 生长的薄膜有着组分和厚度能够达到原子层级的控制,大面积表面上保持良好的薄膜均匀性,良好的台阶覆盖能力和保型性等优点,能够完全满足微纳尺度器件制备的要求。此外，ALD 技术拥有较宽的反应温度窗口,而且反应的温度较低,一般在200～400 ℃,是一种很有发展前景的薄膜制备方法。

氮化铝(AlN) 是一种性能优良的宽能隙直接能带结构Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，AlN薄膜因其具有高硬度、高热传导率、抗化学腐蚀性的特性，适用于半导体上作为绝缘层，与Si有相似的热膨胀系数，被认为是封装的最佳材料。

本发明提出了一种ALD制备InP基半导体激光器中的表面钝化方法，是采用硫钝化技术、快速热退火技术以及ALD制备AlN保护膜相结合钝化InP衬底的方法。能够在很大程度上降低InP表面的表面态，降低表面非辐射复合速率，改善InP的电学及光学特性，提高InP基半导体激光器的性能及寿命。 

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种ALD制备InP基半导体激光器中的表面钝化方法，采用硫钝化技术、快速热退火技术以及ALD制备AlN保护膜相结合钝化InP衬底，能够在很大程度上降低InP表面的表面态，降低表面非辐射复合速率，改善InP的电学及光学特性，提高InP基半导体激光器的性能及寿命。

采用(NH₄)₂S溶液对InP衬底进行钝化能够有效去除InP表面自体氧化物，同时在表面生成In的硫化物，由于In-S键强于In-P键，InP表面稳定性得以提高。

快速热退火可以有效消除硫钝化过程中材料表面产生的损伤缺陷，同时具有杂质激活率高、再分布小等特点。同时，退火过程中InP表面覆盖的多余单质硫层挥发掉并被氮气带出退火炉。