[发明专利]“W”型锑化物二类量子阱的外延生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，主要是一种在GaSb衬底上生长二类“W”型量子阱结构的方法。

背景技术

随着科学技术的发展，中红外2-5μm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2-5μm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2-3μm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3-5μm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/Ga_1-xIn_xSb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，而在本发明的“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Ga_xIn_1-xSb。这样做的优势在于：由于三元的Ga_xIn_1-xSb材料会有分凝、解吸附以及组分不均匀等情况发生，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。

发明内容

本发明的目的在于，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_1-xIn_xSb，通过控制GaSb和InSb的厚度来等效三元材料Ga_1-xIn_xSb中In和Ga的组分。

本发明提供一种“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。

其中该衬底为GaSb(001)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Al_0.35Ga_0.65Sb垒层，在Al_0.35Ga_0.65Sb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Al_0.35Ga_0.65Sb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℃，再将温度升至660℃除气，15分钟后降至610℃，生长5min的GaSb后降温至490℃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

为进一步说明本发明的技术特征，结合以下附图，对本发明作一详细的描述，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。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种“W”型锑化物二类量子阱的外延生长方法，包括如下步骤：