CN113358677A - 在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，公开了一种在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法，采用分子束外延法生长InAs层，该方法包括步骤：S1：打开Ga源炉快门和Sb源炉快门在GaSb衬底上生长GaSb缓冲层，之后关闭Ga源炉快门和Sb源炉快门；S2：同时打开In源炉快门和As源炉快门在GaSb缓冲层上生长InAs层；S3：生长一段时间后，保持As源炉快门打开，关闭In源炉快门，以形成InAs平滑层，预定时间段后再次打开In源炉快门生长InAs层，再次生长InAs层的过程中利用反射式高能电子衍射强度振荡曲线测得InAs层生长速度。本发明的方法在InAs平滑层基础上生长在InAs层时测定生长速度，更容易得到振荡周期较多且较光滑的RHEED强度振荡曲线，使得InAs层生长速度测定结果更准确。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法。
背景技术
与GaSb衬底晶格常数相近的InAs(晶格常数为6.058埃)、GaSb(晶格常数为6.096埃)和AlSb(晶格常数为6.136埃)组成的6.1埃族材料在红外波段有广泛的应用。以InAs/GaSb、InAs/InAsSb二类超晶格为吸收材料的光电探测器能够覆盖2～30微米的红外波段，以InAs/GaSb/AlSb构成的材料广泛应用于量子级联激光器和带间级联激光器中。上述材料需要精确控制各层的生长厚度，以达到材料所设计的能带结构。
在分子束外延(Molecular beam epitaxy，MBE)生长中，通常利用反射式高能电子衍射(reflection high-energy electron diffraction，RHEED)的强度振荡曲线来测定外延层的生长速度，RHEED强度振荡曲线的一个周期对应一个原子层的生长。在GaSb衬底上测试InAs层生长速度时，常规InAs层测速快门序列如图1所示，时间点a，即Sb源炉关闭后立即开始测试InAs层生长的RHEED强度振荡曲线。由于GaSb和InAs层没有共用原子，会导致InAs层生长不平整，因此所测得的RHEED强度振荡曲线(如图2所示)振荡周期少且不光滑，不易确定波峰波谷的位置，从而影响InAs层生长速度测试，导致InAs层生长速度测试误差大、不准确。
发明内容
本发明提出一种在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法，解决现有技术中GaSb衬底上测试InAs层生长速度不准确的问题。
本发明的一种在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法，采用分子束外延法生长InAs层，其特征在于，包括步骤：
S1：打开Ga源炉快门和Sb源炉快门在GaSb衬底上生长GaSb缓冲层，之后关闭Ga源炉快门和Sb源炉快门；
S2：同时打开In源炉快门和As源炉快门在GaSb缓冲层上生长InAs层；
S3：生长一段时间后，保持As源炉快门打开，关闭In源炉快门，以形成InAs平滑层，预定时间段后再次打开In源炉快门生长InAs层，再次生长InAs层的过程中利用反射式高能电子衍射强度振荡曲线测得InAs层生长速度。
其中，所述步骤S2中，生长InAs平滑层厚度为一个原子层以上。
其中，所述步骤S2中，生长InAs平滑层厚度为10nm。
其中，所述预定时间段为0.1秒以上。
其中，所述预定时间段为2～30秒。
其中，所述预定时间段为10秒。
其中，所述步骤S3中，采用分子束外延设备中的反射式高能电子衍射原位监控设备测定反射式高能电子衍射强度振荡曲线，且测定过程中分子束外延设备的样品衬底架处于非旋转状态。
其中，所述步骤S1包括：
将所述GaSb衬底加热到695℃以除去表面的氧化层；
降低所述GaSb衬底温度至630℃，同时打开所述Ga源炉快门和Sb源炉快门生长厚度为20nm以上的GaSb缓冲层；
关闭所述Ga源炉快门，保持Sb源炉打开，降低所述GaSb衬底温度到550℃时，关闭Sb源炉快门。
本发明的方法中，在GaSb缓冲层上生长InAs层，生长一段时间InAs层，之后保持As源炉快门打开，关闭In源炉快门，在关闭In源炉快门后，GaSb衬底温度为InAs表面原子的迁移提供了足够的能量，使InAs表面趋于平滑，从而形成表面光滑平整的InAs平滑层，在形成InAs平滑层的过程中，保持As源炉快门打开进行As保护以防止InAs蒸发，预定时间段后再打开In源炉快门，后续在InAs平滑层基础上生长InAs层，有共用原子，且InAs平滑层表面光滑平整，再次生长InAs层时测定生长速度，更容易得到振荡周期较多且较光滑的RHEED强度振荡曲线，使得InAs层生长速度测定结果相对传统的测定方式更准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中对InAs层测速时源炉快门序列图；
图2为按图1的源炉快门序列得到的RHEED强度振荡曲线；
图3为本发明的在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法中源炉快门序列图；
图4为按图3的源炉快门序列得到的RHEED强度振荡曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例的在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法，采用分子束外延法生长InAs层，各源炉快门的序列图如图3所示，该方法包括以下步骤：
步骤S1：打开Ga源炉快门和Sb源炉快门在GaSb衬底上生长GaSb缓冲层，之后关闭Ga源炉快门和Sb源炉快门。
步骤S2：同时打开In源炉快门和As源炉快门在GaSb缓冲层上生长InAs层，在时间点a同时打开In源炉快门和As源炉快门。
步骤S3：生长一段时间后，保持As源炉快门打开，关闭In源炉快门，以形成InAs平滑层，即关闭In源炉快门时已生长的InAs层为InAs平滑层，预定时间段后再次打开In源炉快门生长InAs层，再次生长InAs层的过程中利用反射式高能电子衍射强度振荡曲线测得InAs层生长速度。图3中，在时间点b时关闭In源炉快门，时间点a到时间点b之间生长InAs平滑层，在时间点c时再次打开In源炉快门，此时开始测试InAs层生长的RHEED强度振荡曲线，即预定时间段为b到c的时间段。得到的RHEED强度振荡曲线如图4所示，得到的RHEED强度振荡曲线具有振荡周期更多，曲线光滑的特点，使得InAs层生长速度的测定更加准确。
本实施例的方法中，在GaSb缓冲层上生长InAs层，生长一段时间InAs层，之后保持As源炉快门打开，关闭In源炉快门，由于在生长GaSb缓冲层时GaSb缓冲层表面有较高的温度，在关闭In源炉快门后，GaSb衬底温度为InAs表面原子的迁移提供了足够的能量，使InAs表面趋于平滑，从而形成表面光滑平整的InAs平滑层，在形成InAs平滑层的过程中，保持As源炉快门打开进行As保护以防止InAs蒸发，预定时间段后再打开In源炉快门，后续在InAs平滑层基础上生长InAs层，有共用原子，且InAs平滑层表面光滑平整，再次生长InAs层时测定生长速度，更容易得到振荡周期较多且较光滑的RHEED强度振荡曲线，使得InAs层生长速度测定结果相对于传统的测定方式更准确。
所述步骤S2中，生长InAs平滑层厚度为一个原子层以上，优选地，生长InAs平滑层厚度为10nm。所述预定时间段为0.1秒以上，根据InAs平滑层适宜的厚度选择2～30秒，优选地，所述预定时间段为10秒。在InAs平滑层厚度为10nm，预定时间段为10秒时测定InAs层生长速度得到的RHEED强度振荡曲线如图4所示，振荡周期更多，曲线更光滑，波峰和波谷更容易确定。
所述步骤S3中，采用分子束外延设备中的反射式高能电子衍射原位监控设备测定反射式高能电子衍射强度振荡曲线，且测定过程中分子束外延设备的样品衬底架处于非旋转状态。由于衬底旋转时，RHEED衍射斑点也会随着衬底的旋转而旋转，这样便无法监控RHEED衍射斑点某一位置的振荡强度随时间的变化，从而无法用来测定InAs层生长速度。
本实施例中，所述步骤S1包括：
将所述GaSb衬底加热到695℃以上以除去表面的氧化层。
降低所述GaSb衬底温度至630℃，同时打开所述Ga源炉快门和Sb源炉快门生长厚度为20nm以上的GaSb缓冲层，优选200nm。
关闭所述Ga源炉快门，保持Sb源炉打开进行Sb保护，降低所述GaSb衬底温度到550℃时，关闭Sb源炉快门。
上述生长GaSb缓冲层的步骤可看出，最后GaSb衬底温度降到550℃，即后续生长InAs平滑层和测定InAs层生长速度的衬底温度为550℃，GaSb缓冲层下面是GaSb衬底，可以认为整个GaSb是良好的导热体，温度是一样，因此，GaSb缓冲层也是550℃，该温度为表面的InAs原子迁移提供了足够的动能，使InAs表面趋于平滑，以形成表面光滑平整的InAs平滑层。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法，采用分子束外延法生长InAs层，其特征在于，包括步骤：
S1：打开Ga源炉快门和Sb源炉快门在GaSb衬底上生长GaSb缓冲层，之后关闭Ga源炉快门和Sb源炉快门；
S2：同时打开In源炉快门和As源炉快门在GaSb缓冲层上生长InAs层；
S3：生长一段时间后，保持As源炉快门打开，关闭In源炉快门，以形成InAs平滑层，预定时间段后再次打开In源炉快门生长InAs层，再次生长InAs层的过程中利用反射式高能电子衍射强度振荡曲线测得InAs层生长速度。
2.如权利要求1所述的在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法，其特征在于，所述步骤S2中，生长InAs平滑层厚度为一个原子层以上。
3.如权利要求2所述的在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法，其特征在于，所述步骤S2中，生长InAs平滑层厚度为10nm。
4.如权利要求1所述的在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法，其特征在于，所述预定时间段为0.1秒以上。
5.如权利要求4所述的在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法，其特征在于，所述预定时间段为2～30秒。
6.如权利要求5所述的在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法，其特征在于，所述预定时间段为10秒。
7.如权利要求1所述的在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用分子束外延设备中的反射式高能电子衍射原位监控设备测定反射式高能电子衍射强度振荡曲线，且测定过程中分子束外延设备的样品衬底架处于非旋转状态。
8.如权利要求1～7中任一项所述的在GaSb衬底上生长InAs层的生长速度测定方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
将所述GaSb衬底加热到695℃以除去表面的氧化层；
降低所述GaSb衬底温度至630℃，同时打开所述Ga源炉快门和Sb源炉快门生长厚度为20nm以上的GaSb缓冲层；
关闭所述Ga源炉快门，保持Sb源炉打开，降低所述GaSb衬底温度到550℃时，关闭Sb源炉快门。
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