本發明專利技術提供一種半導體材料、半導體薄膜及其制備方法，通過在生長磷化銦(InP)材料時加入少量鎵(Ga)和鉍(Bi)元素形成全新的InGaPBi材料，通過改變Ga元素的百分比含量實現晶格常數的調控，室溫下短波紅外區域光致發光譜波長覆蓋范圍極寬的材料。比如當Bi和Ga的元素百分含量分別為1.6％和2.3％時，該材料室溫光致發光譜的波長覆蓋范圍可以達到1.4～2.7μm，半峰寬達到600nm，同時在Ga元素的補償作用下，其晶格常數與InP襯底接近匹配。本發明專利技術報道的InGaPBi單晶材料為世界上首次成功合成。此InGaPBi紅外光源材料可采用常規分子束外延、金屬有機物化學氣相沉積等多種方法進行生長，結構和操作工藝簡單，易于控制。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體光電材料制備領域，特別涉及一種使室溫半導體材料發光光譜明顯展寬并且晶格常數可調以此制備超輻射光源的材料及其應用。
技術介紹
寬光譜光源在光學相干層析成像技術有很重要的應用。相干層析成像技術作為現代流行的無痛無創診斷技術的一種，是通過探測生物體內微弱的背反射光實現生物體內部成像。該技術中采用的寬光譜光源，光源的半峰寬和系統的成像分辨率有密切關系，半峰寬越寬，分辨率越高。目前運用最廣泛的是超輻射發光二極管作為光源，其系統分辨率最高可以達到10微米。如果需要達到更高的分辨率，則需要發光峰更寬的光源。近年來，稀鉍半導體材料由于其獨特而重要的材料性能引起國際上廣泛關注。研宄發現，在II1-V半導體中摻入Bi能顯著縮小材料的禁帶寬度，例如在GaAsBi中，每百分之一的Bi能使帶隙縮小83meV，基于此，人們嘗試研制GaAsBi室溫連續工作的光纖通訊激光器。在InPBi中每百分之一的Bi能使帶隙縮小40meV，除此之外，Bi的摻入還能顯著影響材料的發光性質，在InPBi單層或InPBi多層異質結材料中，其室溫下極寬的短波紅外發光譜，使其在寬光譜光源上有很大的應用潛力。如當Bi元素的原子百分比為1.1%時，該類材料具有極寬的室溫光致發光譜，發光譜峰值在1.63微米，半峰寬為757nm。然而，由于InPBi晶格常數比InP的大，在異質結中，晶格失配產生的應力成為制備此類材料和器件的一個難題，特別是對制備超輻射發光二極管，大的晶格失配限制了有源區的生長厚度。
技術實現思路
鑒于以上所述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供，用于解決現有技術中半導體二極管發光波長較短、且光譜范圍較窄等冋題。為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術提供一種半導體材料，所述半導體材料至少包括:In元素、Ga元素、P元素及Bi元素，其中Bi元素的原子百分含量為0.1?2.4%，Ga兀素的原子百分含量0.1?2.4%。為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術還提供一種半導體薄膜，所述半導體薄膜至少包括:襯底及制備于所述襯底上的半導體材料層，其中，所述半導體材料層包括上述的半導體材料。優選地，所述襯底包括InP襯底、GaAs襯底或InAs襯底。為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術還提供一種上述半導體薄膜的制備方法，所述半導體薄膜的制備方法包括以下步驟:提供一襯底、反應腔以及分別裝有In、Ga、Bi和PH3的爐腔，將所述襯底放置于所述反應腔內；設置所述In爐腔、Ga爐腔、Bi爐腔的溫度以及所述PH3爐腔內PH3的壓強以調控各元素在薄膜中的含量，并控制所述襯底的生長速率；打開所述PH3爐腔使PH 3進入所述反應腔，設定所述襯底的溫度；控制所述反應腔中的PH3的壓強；同時打開所述In爐腔、Ga爐腔、Bi爐腔，在所述襯底的表面生長InGaPBi薄膜；關閉所述In爐腔、Ga爐腔、Bi爐腔及？比的爐腔關閉，待所述反應腔的溫度降至室溫，制備過程結束。優選地，所述In爐腔的溫度設定為800?1000 °C，所述Ga爐腔的溫度設定為800-900 °C，所述Bi爐腔的溫度設定為430-530 °C，所述PH3爐腔內PH 3的壓強設定為200-700Torro優選地，所述襯底的生長速率控制為10?2000nm/h。優選地，所述反應腔內通入？!13后，所述襯底的溫度設定為220?370 °C。優選地，所述反應腔中的PH3的壓強控制在200?480Torr。優選地，所述InGaPBi薄膜的厚度設定為50?3000nm。優選地，在生長所述InGaPBi薄膜的過程中，所述襯底的溫度設定在220?370°C。如上所述，本專利技術的半導體材料、半導體薄膜及其制備方法，具有以下有益效果:本專利技術的InGaPBi薄膜、異質結或納米結構可以用常規的分子束外延、金屬有機物化學氣相沉積和原子層沉積等方法進行生長，操作工藝簡單，易控制。本專利技術的InGaPBi材料具有非常好的材料質量，在室溫下展示了非常寬的發光光譜范圍。【附圖說明】圖1顯示為本專利技術的半導體薄膜結構示意圖。圖2顯示為本專利技術的半導體薄膜制備方法的流程示意圖。圖3顯示為參考樣品，本專利技術實施例一的InGaPBi薄膜以及本專利技術實施例二的InGaPBi薄膜的(004)晶面X射線衍射圖譜。其中，曲線(a)為參考樣品的(004)晶面X射線衍射圖譜，參考樣品中Bi元素的原子百分比為0，Ga元素的原子百分比為2.3%，用于參考；曲線(b)為實施例一的InGaPBi薄膜材料的(004)晶面X射線衍射圖譜，為Bi元素的原子百分比為0.5% ,Ga元素的原子百分比為2.3%;曲線(c)為實施例二的InGaPBi薄膜材料的(004)晶面X射線衍射圖譜，為Bi元素的原子百分比為1.6% ,Ga元素的原子百分比為2.3%。圖4顯示為參考樣品，本專利技術實施例一的InGaPBi薄膜以及本專利技術實施例二的InGaPBi薄膜的室溫光致發光譜示意圖。其中，曲線(a)為參考樣品的室溫光致發光譜，由于參考樣品中沒有InGaPBi材料的存在，PL峰是InP的光致發光峰；曲線(b)為實施例一InGaPBi薄膜材料的室溫光致發光譜圖；曲線(c)為實施例二 InGaPBi薄膜材料的室溫光致發光譜圖。元件標號說明10襯底20半導體材料層SI ?S6 步驟【具體實施方式】以下通過特定的具體實例說明本專利技術的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本專利技術的其他優點與功效。本專利技術還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本專利技術的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖1?圖4。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本專利技術的基本構想，遂圖式中僅顯示與本專利技術中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。本專利技術提供一種半導體材料，所述半導體材料至少包括:1η元素、Ga元素、P元素及Bi兀素，其中Bi兀素的原子百分含量為0.1?2.4%，Ga兀素的原子百分含量0.1?2.如圖1所示，本專利技術還提供一種半導體薄膜，所述半導體薄膜至少包括:襯底10及制備于所述襯底10上的半導體材料層20，其中，所述半導體材料層20包括上述的半導體材料 InGaPBi。具體地，所述襯底10包括InP襯底、GaAs襯底或InAs襯底，可根據具體應用做不同的選擇。如圖2所示，本專利技術還提供一種半導體薄膜的制備方法，所述半導體薄膜的制備方法包括以下步驟:步驟S1:提供一襯底、反應腔以及分別裝有In、Ga、Bi和PH3的爐腔，將所述襯底放置于所述反應腔內。具體地，在本實施例中采用氣態源分子束外延設備制備所述半導體薄膜，具體應用中可根據實際情況選擇制備工具，不以本實施例為限。所述氣態源分子束外延設備包括反應腔、裝有In源的In爐腔、裝有Ga源的Ga爐腔、裝有Bi源的Bi爐腔以及裝有P源的PH3爐腔，所述襯底被放置于所述反應腔內，所述襯底包括InP襯底、GaAs襯底或InAs襯底，可根據具體應用做不同的選擇。步驟S2:設置所述In爐腔、Ga爐腔、Bi爐腔的溫度以及所述PH3爐腔內PH 3的壓強以調控各元素在薄膜中的含量，并控制本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種半導體材料，其特征在于，所述半導體材料至少包括：In元素、Ga元素、P元素及Bi元素，其中Bi元素的原子百分含量為0.1～2.4％，Ga元素的原子百分含量0.1～2.4％。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：王庶民，潘文武，李耀耀，王朋，王凱，吳曉燕，崔健，
申請(專利權)人：中國科學院上海微系統與信息技術研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。