[发明专利]一种基于GaAs衬底制备InP薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种基于GaAs衬底制备InP薄膜的方法，包括以下步骤：（1）选择一GaAs衬底；（2）在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；（3）在GaAs缓冲层上制备复合缓冲层，复合缓冲层由石墨烯层和Gasubgt;x/subgt;Insubgt;1‑x/subgt;P材料层交替生长形成，最下层为石墨烯层，最上层为Gasubgt;x/subgt;Insubgt;1‑x/subgt;P材料层；（4）在复合缓冲层上生长InP薄膜。本发明基于单晶GaAs衬底，采用石墨烯和带有均匀分布纳米柱结构的Gasubgt;x/subgt;Insubgt;1‑/subgt;subgt;x/subgt;P材料相结合的复合缓冲层制备InP薄膜，可消除在GaAs衬底上外延生长InP材料层时产生的失配应力，降低材料层缺陷密度，改善InP薄膜的晶体质量。本发明可以基于技术成熟、成本较低的GaAs衬底来制备InP材料，最终实现在GaAs衬底上制备InP光电子器件。

技术领域

本发明属于半导体薄膜技术领域，尤其涉及一种基于GaAs衬底制备InP薄膜的方法。

背景技术

III-V族化合物材料InP可应用于太阳电池、半导体激光器等多种光电器件。基于InP材料可以制作键合五结太阳电池，其空间光谱理论效率可达36%以上。基于InP材料还可以制作长波长半导体激光器，可应用于长波通讯、长距离探测等领域，有着巨大的市场需求。然而采用传统技术来制备InP光电材料主要是基于昂贵的InP衬底来制备，这使得InP光电器件的制造成本偏高。III-V族材料中最为成熟的衬底材料是GaAs，目前GaAs衬底已经广泛地应用于半导体发光二极管（LED）和半导体激光器中。基于GaAs衬底制备InP材料可以显著降低InP光电器件的成本，但由于InP和GaAs的晶格常数相关较大，采用GaAs衬底来生长InP薄膜会引入较多的材料缺陷，还需要克服诸多技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提出了一种基于GaAs衬底制备InP薄膜的方法，采用石墨烯与GaInP相结合的复合缓冲层，基于石墨烯二维材料可以使原子排列重组的特点，并通过在GaInP缓冲层材料上制备纳米柱来减小外延层界面产生的应力，最终消除在GaAs衬底上生长InP材料时所产生的失配应力，改善InP外延层的晶体质量，生长得到一定厚度的高质量InP薄膜。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于GaAs衬底制备InP薄膜的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）选择一GaAs衬底；

（2）在所述GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；

（3）在所述GaAs缓冲层上制备复合缓冲层，所述复合缓冲层由石墨烯层和Ga_xIn_1-xP材料层交替生长形成，最下层为所述石墨烯层，最上层为所述Ga_xIn_1-xP材料层；

（4）在所述复合缓冲层上生长InP薄膜。

在上述技术方案中，在步骤（3）中，每层所述Ga_xIn_1-xP材料层为不同组分材料形成。

在上述技术方案中，在步骤（3）中，所述石墨烯层中石墨烯原子层数为2-5层，所述Ga_xIn_1-xP材料层中每层的Ga组分x由下至上逐步减小，0＜x＜0.5，x减小步长为0.05-0.1。

在上述技术方案中，在步骤（3）中，交替生长对数为5-10对。

在上述技术方案中，在步骤（3）中，每层所述Ga_xIn_1-xP材料层上表面设有纳米柱。