[發明專利]一種梯度摻雜的Ⅱ類超晶格材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410323310.7
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104134712A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 邢偉榮;劉銘;尚林濤;周朋;鞏鋒;周立慶
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十一研究所
• 主分類號: H01L31/0304
• 分類號: H01L31/0304;H01L31/105;H01L31/18
• 代理公司: 工業和信息化部電子專利中心 11010
• 代理人: 梁軍

技術領域

本發明涉及半導體及紅外探測器領域，特別是涉及一種梯度摻雜的Ⅱ類超晶格材料及其制備方法。

背景技術

紅外探測器由于其在特殊條件下優于可見光的特性，已經被廣泛應用于衛星監測系統、導彈預警、激光雷達、通信、夜視和紅外成像等方面，并將發揮越來越為重要的作用。

為滿足對紅外探測器大面陣、高分辨率的高性能要求，第三代紅外探測器的技術發展顯得極為重要。在三代紅外探測器的候選中，碲鎘汞(HgCdTe，簡稱MCT)探測器成本高、長波和雙色器件制備難度大，量子阱紅外探測器(簡稱QWIP)不能吸收垂直入射紅外光，導致其量子效率非常低。

相對前兩種材料，InAs/GaSb?II類超晶格材料由于具有較高的電子和空穴有效質量、輕重空穴帶較大的能量差等特點，能夠有效降低遂穿電流，減小俄歇復合，提高載流子壽命，被認為制作第三代紅外探測器的首選。

雖然InAs/GaSb?II類超晶格紅外探測器在理論上性能超越MCT紅外探測器，但目前制備出來的器件性能與理論值有較大差距，無法滿足暗電流和量子效率的要求，因此，減小暗電流和提高量子效率成為目前研究InAs/GaSb?II類超晶格紅外探測器的重點。

發明內容

本發明提供一種梯度摻雜的Ⅱ類超晶格材料及其制備方法，用以解決現有技術中，InAs/GaSb?II類超晶格紅外探測器器件性能與理論值有較大差距，無法滿足暗電流和量子效率的要求的問題。

為解決上述技術問題，一方面，本發明提供一種梯度摻雜的Ⅱ類超晶格材料的制備方法，包括：在具有緩沖層的GaSb襯底上生長N型下電極層xMLInAs/yMLGaSb；在生長了N型下電極層上繼續生長N型梯度摻雜超晶格層xMLInAs/yMLGaSb；在生長N型梯度摻雜超晶格層上繼續進行本征層i層生長xMLInAs/yMLGaSb；在本征層上繼續進行P型梯度摻雜超晶格層生長xMLInAs/yMLGaSb；在P型梯度摻雜超晶格層上進行P型上電極層生長xMLInAs/yMLGaSb，以得到梯度摻雜的Ⅱ類超晶格材料；其中，ML為一個分子層厚度，x和y為分子層個數，各個層的厚度周期數根據Ⅱ類超晶格材料需求的性能確定。

進一步，所述方法包括：

在生長完緩沖層后的GaSb襯底降溫至超晶格生長溫度的情況下，生長N型下電極層xMLInAs/yMLGaSb，厚度為75±2個周期，其中，在生長過程中，交替開啟各源爐快門，按照預定濃度對InAs進行摻雜，濃度由摻雜源溫度決定，InAs層生長速率為0.1-0.3ML/s，GaSb層生長速率為0.5ML/s，其中，各源爐包括：In源、As源、Ga源、Sb源和摻雜源；

生長N型梯度摻雜超晶格層xMLInAs/yMLGaSb，厚度為25±2個周期，其中，在生長過程中對InAs摻雜，生長過程摻雜源進行均勻降溫，以實現在生長過程中達到摻雜濃度由高到低的變化；

生長本征層i層xMLInAs/yMLGaSb，生長厚度為2±0.5μm，其中，生長過程中關閉摻雜源快門；

生長P型梯度摻雜超晶格層xMLInAs/yMLGaSb，厚度為25±2個周期，其中，生長過程對GaSb進行摻雜，生長過程摻雜源進行均勻升溫，實現在生長過程達到摻雜濃度由低到高的變化；

生長P型上電極層xMLInAs/yMLGaSb，厚度為25±2個周期，其中，在生長過程中對GaSb進行摻雜；

生長完成后，除了Sb源保護外，關閉所有源爐快門進行降溫，直到溫度降至350℃后，關閉Sb源快門。

進一步，按照預定濃度對InAs進行摻雜中，所述預定濃度為2×10¹⁸cm^-3-4×10¹⁸cm^-3。