一种碲化锌/砷化镓（ZnTe/GaAs）异质外延层的制备方法，属半导体材料制备技术领域，采用金属有机化学气相外延工艺，以二甲基锌和二乙基碲为金属有机源，用氢气作为载气，用金属有机化学气相外延设备在砷化镓衬底上生长碲化锌外延层。本发明专利技术方法制备的ZnTe/GaAs外延层具有窄的带边束缚激子峰和较大的发光强度，并且没有出现深能级发射及与位错有关的Y线，这些结果表明外延层有很好的结晶质量。本发明专利技术方法制备的ZnTe/GaAs外延层，可用于绿光LED和太赫兹发射器等光电器件的制备，并可实现与GaAs基器件的集成，具有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，特别涉及一种通过控制生长温度来制备高质量碲化锌/砷化镓异质外延层的方法。
技术介绍
碲化锌(ZnTe)是一种重要的II-IV族化合物半导体材料。ZnTe是直接带隙，且具有较大的禁带宽度(室温2. 26eV)，因此在绿光LED、太赫兹探测器、太阳电池和光波导等光电器件中有很好的应用前景。砷化镓(GaAs)是重要的III-V族半导体材料。GaAs具有高饱和电子速率及高电子迁移率，是热和电的良导体，所以在通信系统和光电器件等方面有着广泛的应用。如果ZnTe能外延生长在GaAs上，就可以实现器件的集成。现在已有多种技术(如，分子束外延、热壁外延、脉冲激光烧蚀及金属有机化学气相外延等)被用来制备ZnTe/GaAs异质结构，其中金属有机化学气相外延(MOVPE)工艺具有可以控制外延层的生长速率、易于获得陡峭的界面结构、外延层均匀性好及适于大规模生产等优点，被认为是最具有发展前景的外延技术。MOVPE生长的碲化锌/砷化镓异质外延层存在的常见问题I、在外延层生长过程中杂质原子(包括来自衬底原子和金属有机源中的杂质等)的并入(incorporation)会影响外延层的结晶质量。2、通入金属有机源的比例不同，将导致碲化锌外延层偏离理想化学配比，形成空 位或填隙原子等，会降低外延层的结晶质量。3、衬底表面的氧化物会在外延层中形成氧束缚激子，这类深能级发射会影响ZnTe外延层的发光性能。文献“采用MOCVD方法在砷化镓衬底上生长的碲化锌薄膜中由应变引起的PL谱能量移动”(见日本学术期刊《Japanese Journal of Applied Physics》，1989年,第28卷，第L 1341页。)公开了一种用MOCVD在砷化镓衬底上生长碲化锌薄膜的方法，该方法制备的碲化锌薄膜即存在施主受主对(DAP)和深能级氧束缚激子的发光成分，这会影响其在发光器件中的应用。
技术实现思路
针对碲化锌/砷化镓外延层制备过程中存在的问题，本专利技术提供一种高质量碲化锌/砷化镓外延层的制备方法。本专利技术的技术方案是按以下方式实现的，采用金属有机化学气相外延(MOVPE)工艺，以二甲基锌和二乙基締为金属有机源,用氢气作为载气,用金属有机化学气相外延设备在砷化镓衬底上生长碲化锌外延层；其工艺条件如下 反应室本底真空度0· 5 — I. 5 X IO-7Torr ；生长时衬底温度390 — 440° C ；二甲基锌输运速率10 — 30ymol/min ;二乙基締输运速率10 — 30 μ mol/min ;生长时间I — 15小时；在上述制备工艺条件下，碲化锌外延层的生长速率为I. 4 一 4. 3um/h0上述制备方法的操作步骤如下UGaAs衬底的清洗将抛光的(100)GaAs进行化学清洗，在丙酮中超声清洗3 — 5分钟后，放到由H2S04、H202和H2O按5:1:1比例组成的溶液中在50 — 70° C下刻蚀20秒，最后用去离子水冲洗干净；2、将MOVPE设备反应室抽成高真空状态，真空度为O. 5 — I. 5 X 10_7Torr，将衬底加热到500 — 600° C保持20 - 40分钟，去除GaAs衬底表面的氧化物； 3、将衬底温度控制在390 - 440° C，调节氢气流量，使二甲基锌(DMZn)和二乙基碲(DETe)输运速率均维持在10 - 30ymol/min，生长时间I 一 15小时；4、生长结束，关闭锌源和碲源，停止加热衬底，在GaAs衬底上生长出ZnTe外延层，继续通入氢气20 - 30分钟，降至室温。优选的工艺条件如下反应室本底真空度I X KT7Torr ；生长时衬底温度420° C;二甲基锌输运速率15 μ mol/min ;二乙基締输运速率15 μ mol/min ;生长时间5小时。优选的，所述的二甲基锌纯度为99. 9999% ;二乙基碲纯度为99. 9999%。上述的MOVPE设备是金属有机化学气相外延设备。本专利技术方法由于在制备外延层过程中采取了如下措施，从而提高了外延层的结晶质量。I、使用高纯(99.9999%)的DMZn和DETe作为金属有机源，避免因引入过多杂质而降低结晶质量。2、提高反应室真空度，并加热衬底去除表面氧化物，以避免外延层PL谱中出现氧束缚激子发射。3、维持DMZn和DETe的输运速率为15 μ mol/min,使ZnTe保持理想化学配比。4、通过增加生长时间，获得较大厚度的外延层，可使外延层表面远离异质界面处的位错，避免在外延层的PL谱中出现由这些位错引起的深能级Y线。5、通过优化生长温度来提高其结晶质量。当生长温度较低时(低于390° C)，由于没有足够的活化能，所以被衬底吸附的前体(precursor)不能占据最小势能位置，从而造成结晶质量的下降。升高的生长温度(420° C左右)可以增强吸附前体的重结晶并能促进岛与岛之间的合并过程，提高外延层的结晶质量。然而，由于外延层的生长速率随生长温度呈指数性增加，过高的生长温度(大于440° C)会使反应速度变得过快，使得前体来不及调整位置就立即反应生成ZnTe，容易形成空位和混入杂质，从而使结晶质量下降。本专利技术方法制备的ZnTe/GaAs外延层，其低温PL谱显示其具有窄的带边束缚激子峰和较大的发光强度，并且没有出现深能级发射及与位错有关的Y线。这些结果表明外延层有很好的结晶质量。本专利技术方法制备的ZnTe/GaAs外延层，可用于绿光LED和太赫兹发射器等光电器件的制备，并可实现与GaAs基器件的集成，具有广泛的应用前景。附图说明图I是用本专利技术方法制备的不同生长温度(390、420和440° C)的ZnTe/GaAs外延层的低温PL谱。激发功率为O. 2mff,激光斑点直径为250 μ m,测量温度为6K。其中，横坐标光子能量/eV (Photon Energy/eV);纵坐标发光强度/任意单位(PL Intensity/a. U)。所有外延层的PL谱均显示具有窄的束缚激子峰，没有出现深能级发射及与位错有关的Y线。图2是本专利技术方法制备的不同生长温度的ZnTe/GaAs外延层PL谱的束缚激子半高宽随激发功率的变化曲线。测量温度为6K，激发功率范围为O. I μ W — lmW。390、420和 440° C生长的ZnTe/GaAs外延层，其束缚激子的半高宽基本上都分别是一个常数，其数值分别为4、I和I. 5meV。图3是本专利技术方法制备的不同生长温度的ZnTe/GaAs外延层的PL积分强度随激发功率的变化关系。测量温度为6K。其中，横坐标激发功率/mW(Excitation Power/mff)；纵坐标积分发光强度/任意单位(Integrated PL Intensity/a. U)。曲线说明在3 — 30mW的激发功率范围内，420°C生长的ZnTe/GaAs外延层的发光强度最大。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术做进一步说明，但不限于此。实施例I :—种締化锌/砷化镓异质外延层的制备方法，米用金属有机化学气相外延工艺，以二甲基锌和二乙基締为金属有机源，用氢气作为载气，用金属有机化学气相外延设备在砷化镓衬底上生长碲化锌外延层；其工艺条件如下反应室本底真空度I X KT7Torr ；生长时衬底温度420° C;二甲基锌输运速率1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种締化锌/砷化镓异质外延层的制备方法,米用金属有机化学气相外延工艺，以二甲基锌和二乙基締为金属有机源，用氢气作为载气，用金属有机化学气相外延设备在砷化镓衬底上生长碲化锌外延层；其工艺条件如下 反应室本底真空度:0. 5-1. 5 X 10_7Torr ； 生长时衬底温度390 — 440° C ； 二甲基锌输运速率10 — 30 ii mol/min ； 二乙基締输运速率10 — 30 ii mol/min ； 生长时间1 一 15h ； 在上述制备工艺条件下，碲化锌外延层的生长速率为I. 4 一 4.3um/h02.如权利要求I所述的一种碲化锌/砷化镓异质外延层的制备方法，其特征在于其操作步骤如下 DGaAs衬底的清洗将抛光的(100) GaAs进行化学清洗，在丙酮中超声清洗3 — 5分钟后，放到由H2S04、H202和H2O按5:1:1比例组成的溶液中在50 — 70。C下刻蚀20秒，最后用去离子水冲洗干净； 2)将MOVPE设备的反...
【专利技术属性】
技术研发人员：冀子武，黄树来，赵雪琴，张磊，郭其新，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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