[發(fā)明專利]InAs/InSb/GaSb/InSbⅡ類超晶格材料制造方法及產(chǎn)品

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610361608.6
• 申請(qǐng)日: 2016-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105932106B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋國(guó)峰;于海龍;吳浩越;徐云;朱海軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體紅外探測(cè)器材料領(lǐng)域，更具體地涉及一種InAs/InSb/GaSb/InSb II類超晶格材料制造方法及由此得到的產(chǎn)品。

背景技術(shù)

近二十年以來(lái)，紅外探測(cè)技術(shù)在軍事領(lǐng)域、科學(xué)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生以及日常生活方面都得到了廣泛的應(yīng)用。占傳統(tǒng)主導(dǎo)地位的碲鎘汞探測(cè)器材料存在著一些固有的缺點(diǎn)，其位錯(cuò)密度相對(duì)較高，在生長(zhǎng)過(guò)程中容易受到外界影響產(chǎn)生缺陷，同時(shí)低溫生長(zhǎng)造成的原子遷移率低也給外延材料質(zhì)量帶來(lái)一定的影響；工藝難度高，可重復(fù)性較差。量子阱紅外探測(cè)器(QWIP)則是子帶躍遷，量子效率低，且不能吸收正入射光，電子壽命短，探測(cè)率低；需要制冷設(shè)備提供較低的工作溫度，成本高。

InAs/GaSbII類超晶格材料有許多優(yōu)點(diǎn)，由于電子束縛在InAs層，空穴束縛在GaSb層，使得此種材料具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)可通過(guò)調(diào)節(jié)InAs層或者GaSb層厚度，使得探測(cè)波長(zhǎng)在3微米到30微米之間連續(xù)可調(diào)；

(2)可通過(guò)能帶設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)，提高材料的吸收系數(shù)，能帶結(jié)構(gòu)的重輕空穴的分離又可以抑制俄歇復(fù)合，降低相關(guān)暗電流，提高工作溫度；

(3)電子有效質(zhì)量大，降低了隧穿電流，可獲得較高的探測(cè)率；

(4)對(duì)垂直入射的光有強(qiáng)烈的吸收，可以獲得較高探測(cè)率。

InAs/GaSb II類超晶格材料也有許多缺陷，主要的不足有：

(1)InAs和GaSb材料之間存在元素互溶現(xiàn)象，這使得材料生長(zhǎng)難度加大；

(2)InAs和GaSb襯底間存在晶格失配，雖然失配小，但是因?yàn)橥暾Y(jié)構(gòu)往往會(huì)有500-1000個(gè)周期，總厚度在幾個(gè)微米，導(dǎo)致整體出現(xiàn)應(yīng)變；

(3)為了補(bǔ)償應(yīng)變，需要在InAs和GaSb之間插入InSb界面層，但是因?yàn)镮nSb與GaSb的晶格失配較大，容易形成三維島狀結(jié)構(gòu)，這就使得良好質(zhì)量的InSb層的形成非常困難。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種InAs/InSb/GaSb/InSb II類超晶格材料的制備方法及由此得到的產(chǎn)品，以便解決上述技術(shù)問(wèn)題中的至少之一。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種InAs/InSb/GaSb/InSb II類超晶格材料的制造方法，包括如下步驟：

步驟1：準(zhǔn)備襯底，作為外延層的載體；

步驟2：對(duì)所述襯底進(jìn)行除氣、脫氧處理；

步驟3：在所述襯底上外延生長(zhǎng)緩沖層和80-100個(gè)周期的InAs/InSb/GaSb/InSb結(jié)構(gòu)的材料。

其中，步驟1中所述襯底為GaSb(001)襯底。

其中，步驟3中所述緩沖層的材料為GaSb。

其中，所述100個(gè)周期的InAs/InSb/GaSb/InSb結(jié)構(gòu)的材料中，每一個(gè)周期包括InAs層、InSb層和GaSb層。

其中，步驟2中所述對(duì)襯底進(jìn)行除氣、脫氧處理的步驟，是指將所述襯底先在除氣室進(jìn)行350℃-380℃兩個(gè)小時(shí)的除氣，然后傳進(jìn)生長(zhǎng)室在熱偶顯示溫度為605-610℃條件下脫氧7-10分鐘，再升溫至630-640℃進(jìn)行除氣7-10分鐘。

其中，步驟3中所述在襯底上外延生長(zhǎng)緩沖層和80-100個(gè)周期的InAs/InSb/GaSb/InSb結(jié)構(gòu)的材料的步驟包括：將在630-640℃除氣7-10分鐘的所述襯底降溫至594-604℃外延生長(zhǎng)所述緩沖層，然后降溫至462-467℃進(jìn)行InAs/InSb/GaSb/InSb結(jié)構(gòu)材料的外延生長(zhǎng)。

其中，步驟3中所述80-100個(gè)周期的InAs/InSb/GaSb/InSb結(jié)構(gòu)材料的每個(gè)周期包括InAs層、InSb層和GaSb層，所述InAs層、InSb層和GaSb層外延生長(zhǎng)時(shí)間分別是34.2s、0.8s和14s。

其中，步驟3中所述InAs層、InSb層和GaSb層的周期外延生長(zhǎng)通過(guò)爐源快門來(lái)控制，所述爐源快門的順序?yàn)椋?/p>

(1)同時(shí)關(guān)閉In、As、Ga、Sb四種源爐的快門，并且快速調(diào)節(jié)As針口閥至2％，保持此狀態(tài)2.5s；

(2)開(kāi)啟In和Sb快門，保持InSb生長(zhǎng)0.8s；

(3)重復(fù)(1)過(guò)程；

(4)同時(shí)開(kāi)啟In和As快門，As針口閥快速變至30％，保持此狀態(tài)34.2s：

(5)重復(fù)(1)過(guò)程；

(6)重復(fù)(2)過(guò)程；

(7)重復(fù)(1)過(guò)程；

(8)同時(shí)打開(kāi)Ga和Sb快門，保持此狀態(tài)14s。