[發(fā)明專利]甚長波InAs/GaSb二類超晶格紅外探測器材料的制備方法

無效

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• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102544229A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 衛(wèi)煬;馬文全;張艷華;曹玉蓮
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發(fā)明涉及半導體紅外探測技術領域，尤其是涉及一種甚長波波段(12～20微米)InAs/GaSb二類超晶格紅外探測器材料的制備方法。

背景技術

波段為12～20微米的甚長波紅外探測器在戰(zhàn)略預警、大氣溫度及相對濕度輪廓探測、大氣少量元素分布及空間探測方面具有重要的應用。傳統(tǒng)的碲鎘汞探測器有優(yōu)異的探測性能，但隨著波長的增加，其材料難度急劇增加，在甚長波段遇到極大挑戰(zhàn)。量子阱紅外探測器較易實現(xiàn)甚長波段的探測，但其量子效率較低，器件的性能受到一定的限制。而二類超晶格是一理想的甚長波探測材料，其優(yōu)勢主要有：材料均勻性好，漏電流低，俄歇復合受到極大抑制，載流子壽命長，工作溫度高等，而且GaSb襯底相比碲鎘汞所用的碲鋅鉻襯底便宜且面積大。這使其在甚長波段波段有著顯著的優(yōu)勢。

但是，甚長波InAs/GaSb二類超晶格紅外探測器材料的制備非常困難，這是因為吸收截止波長在甚長波波段的超晶格材料，其一個周期中的InAs厚度一般需要達到5nm左右，而InAs和襯底材料GaSb之間存在0.6％的晶格失配。這就需要引入更多的InSb材料來平衡應力，而InSb和GaSb之間存在7％的晶格失配，大量InSb的引入很容易造成界面質量的惡化，從而影響材料質量。

針對以上難題，本發(fā)明提供了一種通過精確控制的“直接InSb生長”，“Sb浸泡”和“生長中斷”相結合的方法，實現(xiàn)了高質量的甚長波InAs/GaSb二類超晶格材料制備。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種甚長波InAs/GaSb二類超晶格紅外探測器材料的制備方法，以實現(xiàn)高質量的甚長波InAs/GaSb二類超晶格材料的制備。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種制備甚長波InAs/GaSb二類超晶格紅外探測器材料的方法，該方法是在半絕緣GaSb襯底上依次生長P型摻雜的GaSb緩沖層、P型摻雜的中波InAs/GaSb二類超晶格層、非摻雜的甚長波InAs/GaSb二類超晶格層、N型摻雜的中波InAs/GaSb二類超晶格層以及N型摻雜的InAs上接觸層，得到甚長波InAs/GaSb二類超晶格紅外探測器材料。

上述方案中，所述在半絕緣GaSb襯底上依次生長P型摻雜的GaSb緩沖層、P型摻雜的中波InAs/GaSb二類超晶格層、非摻雜的甚長波InAs/GaSb二類超晶格層、N型摻雜的中波InAs/GaSb二類超晶格層以及N型摻雜的InAs上接觸層，是使用分子束外延方法實現(xiàn)的。

上述方案中，所述P型摻雜的中波InAs/GaSb二類超晶格層和所述N型摻雜的中波InAs/GaSb二類超晶格層均是采用吸收截止波長為5微米的中波超晶格結構，且二者的厚度都是500nm。

上述方案中，所述非摻雜的甚長波InAs/GaSb二類超晶格層是由300周期吸收截止波長為14.5微米的超晶格周期組成的，總厚度為2.5微米。所述非摻雜的甚長波InAs/GaSb二類超晶格層的超晶格周期中，兩個界面都為InSb界面，且是通過“直接InSb生長”，“Sb浸泡”和“生長中斷”實現(xiàn)的。所述通過“直接InSb生長”，“Sb浸泡”和“生長中斷”生長一個超晶格周期的過程如下：打開Ga、Sb源，生成11個GaSb原子層；關閉Ga源，打開In源0.8秒，生成InSb界面層；關閉In源，保持Sb源打開2秒，使表面穩(wěn)定；關閉所有源1秒，使環(huán)境中的Sb元素散去；打開In、As源，生成16個InAs原子層；關閉所有源1秒，使環(huán)境中的As散去；打開Sb源浸泡表面3秒，形成一定InSb界面，同時穩(wěn)定Sb源；以及打開In源2秒，形成InSb界面。并且，所述超晶格周期均在380℃生長。

上述方案中，所述P型摻雜的GaSb緩沖層的厚度是1微米，所述N型摻雜的InAs上接觸層的厚度是20nm。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：

1.利用本發(fā)明，由于p區(qū)和n區(qū)使用了中波InAs/GaSb二類超晶格結構，相當于在導帶和價帶分別增添了勢壘，所以減小了暗電流。

2.利用本發(fā)明，由于使用了兩側InSb的界面設計，一方面避免了單側InSb層過厚而出現(xiàn)的界面質量惡化現(xiàn)象，另一方面實驗證實，兩側InSb的界面設計具有更好的光學性質。

3.利用本發(fā)明，由于在界面設計中增加了精心設計的“Sb-soak”和“生長中斷”，所以超晶格材料質量進一步得到提高。

附圖說明