[發明專利]一種基于砷化銦襯底的II類超晶格結構及制備方法

在審

• 申請號: 201610020793.2
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105514189A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 王芳芳;陳建新;徐志成;周易
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/0304
• 分類號: H01L31/0304;H01L31/0236;H01L31/18
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及一種II類超晶格材料，特別涉及一種基于砷化銦襯底的新型II 類超晶格結構及制備方法，它應用于長波、甚長波紅外焦平面探測器。

背景技術

InAs/GaSbII類超晶格材料是第三代紅外焦平面探測器的優選材料，近年 來，美國、德國、日本等國都在大力發展基于該II類超晶格的紅外探測技術。 InAs/GaSb異質材料體系具有十分特殊的能帶排列結構，InAs禁帶寬度小于 InAs/GaSb的價帶偏移，因此InAs的導帶底在GaSb的價帶頂之下，構成II 類超晶格。這就導致(1)電子和空穴在空間上是分離的，電子限制在InAs層 中，而空穴限制在GaSb層中，其有效禁帶寬度為電子微帶至重空穴微帶的能 量差；(2)改變超晶格周期厚度，可有效地調節InAs/GaSb超晶格的有效禁 帶寬度。InAs/GaSbII類超晶格的優勢還在于能吸收正入射光，具有高的量子 效率、低的俄歇復合和漏電流，易于實現高的工作溫度。此外，成熟的III-V 族化合物的分子束外延生長技術為高性能II類超晶格的制備提供了技術支持， 采用分子束外延技術制備超晶格可使得超晶格中各膜層材料的生長速率和組 分高度可控。

目前GaSb基InAs/GaSbII類超晶格結構主要包含GaSb層、InAs-on-GaSb 界面層、InAs層和GaSb-on-InAs界面層。其中As源和Sb源分別是由As帶 閥的裂解爐和Sb帶閥的裂解爐提供的。但(1)由于InAs與襯底GaSb之間存 在著0.6％的晶格失配，故需要晶格常數比GaSb大的InSb界面層進行應變補 償，而InSb與GaSb之間的晶格失配高達6.3％，因此要生長厚的InSb界面層 必會引起更多的缺陷和位錯，從而降低材料的質量；(2)InAs/GaSb為應變超 晶格,對于實現光學厚度的吸收層難度很大；(3)由于InAs和GaSb之間沒有 共同原子，故其界面處的互擴散現象比較嚴重；(4)Sb的蒸氣壓較低、遷移 率較小，易于形成團簇，而Sb晶格空位又容易被Ga占據，形成雙受主Ga反 位(Ga_Sb)缺陷。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于砷化銦襯底的新型InAs/GaAsSbII類超晶格 結構，解決目前存在的以下技術問題：

1.由于InSb界面補償層存在導致的超晶格生長溫度低的問題；

2.InAs層厚度增加需要厚的InSb層進行補償，而生長厚InSb界面層會引 起較多缺陷和位錯的問題；

3.成千上萬個界面層極大增加了超晶格生長難度的問題；

4.各膜層界面處互擴散現象嚴重的技術問題。

如附圖1所示，本發明的II類超晶格結構為：由InAs襯底自下而上依次 為GaAs_xSb_1-x層1和InAs層2。其中：

所述的GaAs_xSb_1-x層1的厚度為2.1nm-3.6nm，組分x為0.0-0.5；

所述的InAs層2的厚度為2.1nm-10.5nm；

具體制備方法步驟如下：

1)將In爐和Ga爐調至所需生長溫度；

2)將InAs襯底裝入分子束外延真空系統；

3)將InAs襯底溫度升至InAs/GaAsSbII類超晶格生長溫度；

4)將As閥和Sb閥開至II類超晶格生長所用閥位；

5)采用分子束外延方法在InAs襯底上依次外延GaAs_xSb_1-x層1和InAs層 2。