[实用新型]一种InGaAsP四元系材料外延生长中III族元素的定标结构

说明书

本实用新型公开了一种InGaAsP四元系材料外延生长中III族元素的定标结构，具体是一种III族元素速率和组分配比定标结构；该结构包括InP衬底、InP缓冲层、In_xGa_1‑xP外延层和InP帽层。该定标结构的X射线衍射摇摆曲线对InP帽层厚度、In_xGa_1‑xP外延层厚度和组分配比敏感，测试精度高，可以同时精确获得镓、铟束源的速率以及组分配比信息。

技术领域

本实用新型涉及一种用分子束外延技术在磷化铟(InP)衬底上生长InGaAsP四元系材料时速率及组分配比的定标结构，属于半导体制造领域。

背景技术

外延生长在InP衬底上的InxGa1-xAsyP1-y材料是制作光电及微波器件的重要材料,其发光波长涵盖1.0-1.7μm，覆盖了石英光纤通讯1.3μm和1.55μm两个低损耗窗口。因此InGaAsP被广泛应用于制造光纤通讯领域中的重要元器件，如调制器、激光器，探测器等等。

当今主流的外延生长技术有两类：金属有机化学气相沉积(MOCVD)以及分子束外延(MBE)。分子束外延技术低毒性使得它在安全、费用和环保上具有相对的优势。

相比于三元化合物中A1-xBxC禁带宽度和晶格常数由同一个组分参数x决定，而四元化合物A1-xBxCyD1-y则可以分别调整组分参数x和y以分别选择不同的禁带宽度和晶格常数。这就增加了材料的外延生长的变量和不确定性。对于外延生长的四元系材料，除非器件特殊要求，一般都要求与衬底晶格匹配以避免晶格失配带来的生长缺陷。对于像In_xGa1-xAs_yP_1-y这样的四元系材料，因为有III、V族元素两个组分配比，因此可以有无数多的x、y组合满足同一种衬底的晶格匹配要求，这就对四元系外延材料参数的调整、校准带来额外的难度。

当用分子束外延方法生长III-V化合物半导体外延材料时，在一般常规的生长条件下，III族元素分子束在衬底生长表面的黏附系数基本接近100％，而V族元素黏附系数则很小，因此V族元素束流是以过量形式提供的。只有极小部分的V族元素会与III族元素在衬底表面发生化学反应，生成外延层，而大部分V族元素会脱离生长表面而浪费掉。因此，在一般情况下III-V外延材料的生长速率是由III族元素的束流决定的。对于生长与InP衬底晶格匹配的InGaAsP材料，可以利用III族元素黏附系数接近100％，III族元素之间组分配比比较稳定重复的特点，首先校准III族元素In、Ga的组分配比，然后再逐步调整校准V族元素之间的组分配比，最后得到与InP衬底晶格匹配的InGaAsP外延材料。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对InGaAsP四元系材料的分子束外延生长设计一种校准III族元素速率和组分配比的定标结构，通过拟合定标外延片的X射线衍射摇摆曲线得出定标结构中各外延层的组分及厚度，结合各层生长时间进而得出生长速率和组分配比。

本实用新型采用的技术方案为一种InGaAsP四元系材料外延生长中III族元素的定标结构，具体是一种III族元素速率和组分配比定标结构；该结构包括InP衬底、InP缓冲层、In_xGa_1-xP外延层和InP帽层。在InP衬底上依次生长InP缓冲层、In_xGa_1-xP外延层、InP帽层。

所述InP衬底是2吋至4吋及以上的衬底片，衬底片是掺Fe半绝缘衬底或摻杂导电衬底。

InP缓冲层的厚度是0.1-0.5微米。

所述的InP帽层的厚度是30-150纳米。