[发明专利]直接或间接带隙组成的Ⅲ－V族含铝化合物的掺杂及方法

摘要

本发明涉及由直接带隙二元系和间接带隙二元系组成的三元系III－V族含铝砷化物和锑化物的掺杂及方法，具体涉及AlInAs、AlGaAs和AlGaAsSb多元系外延材料及其在全铝组份变化范围的施主掺杂及方法。其特征包括了在磷化铟、砷化镓衬底上用气态源或固态源分子束外延生长的三种含铝多元系III－V族化合物外延材料铝铟砷、铝镓砷、铝镓砷锑在全全铝组份变化范围(0≤X_Al≤1)的施主掺杂方法。在全Al组份范围内存在施主掺杂隙，在保持恒定的施主束流强度下，其施主浓度随铝组份变化可相差2至4个数量级。本发明三种含铝三元系材料为中红外、远红外(THz)激光器势叠层和波导层材料，也是高速器件的垒层材料。

主权项

1、一种直接或间接带隙组成的III-V族含铝化合物的施主掺杂方法，采用气态源分子束外延方法在半绝缘InP衬底上外延生长AlxIn1-xAs材料，其特征在于具体生长的步骤是：(1)将装在钼托上的掺Fe半绝缘InP衬底装进气态源分子束外延系统的进样室，并用涡轮分子泵抽真空；(2)待进样室真空度达10-6Torr时，将衬底传递至气态源分子束外延系统预处理室的加热台上、升温至250℃ ，維持2小时，脱去表面吸附的水气，然后降至50-100℃；束源除气：在预处理室除气时，生长室的铟、铝、掺杂剂硅、磷烷裂解炉同时除气；除气时束源炉快门打开，除气时间15-30分钟；通常除气温度比生长时采用的温度高30-50℃ ；束源铟在900℃，铝在1200℃分别除气20-30分钟；用束流计测铟和铝的束流，得出铟、铝炉温度与铟、铝束流强度的关系以及与AlxIn1-xAs生长速率的关系；硅炉除气温度为1230-1250℃，除气半小时，然后降至1190℃；在所述的气态源分子束外延系统中，PH3的裂解温度为1000℃，除气温度为1050℃，除气半小时；除气结束，关闭束源炉开门；(3)将衬底传递至气态源分子束外延系统生长室的样品加热台上，用RHEED观察InP表面光斑后关闭，开始升温，待升至300℃时，通入500Torr磷烷，生长室的真空度为1-3×10-5，升至450-480℃时用RHEED监控表面解吸，待表面结构由2×2转为4×4时，吸收在表面的CO，CO2和P2O5已解吸，仃留3-5分使其充分解吸；通常掺Fe半绝缘InP的解吸温度为480-500℃；(4)将衬底温度降455℃，即为AlxIn1-xAs生长温度时，同时将样品架转向面对束源炉，待生长温度和铟炉温度、铝炉温度、硅炉温度稳定后，打开In、Al和Si束源炉快门，开始外延生长AlxIn1-xAs，外延生长速率为0.7-0.9μm/小时；外延生长结束，关闭铟炉、温度、硅炉快门，同时降至500℃。衬底加热器降温至300℃时关掉磷烷，同时泵走生长室剩余磷烷，磷烷裂解炉维持在1000℃ ；当衬底温度降50-100℃，将外延片传递至进样室；此时磷烷裂解炉温度降至600℃。