[發(fā)明專利]分子束外延生長AlInAsSb超晶格材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811470805.7
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109616403B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝瑞亭;常發(fā)冉;郭杰;李勇;劉欣星;顧康;劉斌;王璐
• 申請（專利權(quán)）人: 云南師范大學(xué)
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/67;H01L31/18;H01L31/0304;H01L31/0352
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 王華

本發(fā)明公開了一種分子束外延生長短波紅外AlInAsSb超晶格的優(yōu)化方法，其步驟為：測定AlInAsSb中三族元素的源爐溫度及相應(yīng)的束流值，及其五族元素相應(yīng)的束流值以及分子束外延生長的基準(zhǔn)溫度T_c，并定義五族元素與三族元素的束流值比值分別為Sb/Al和As/In；設(shè)定Sb/Al取值為固定值A(chǔ)，As/In取值為變量值x，通過對比不同x值的Xrd圖譜分析確定As/In的最佳值x_i；同樣地，設(shè)定As/In取值為最佳值x_i，Sb/Al取值為變量值y，通過對比不同y值的Xrd圖譜分析確定Sb/Al的最佳值y_i;根據(jù)基準(zhǔn)溫度T_c對AlInAsSb超晶格在GaSb襯底上的生長溫度以15°C為步長進(jìn)行調(diào)節(jié)，并根據(jù)AFM圖譜的表面粗糙度確定其最佳生長溫度。通過該優(yōu)化方法可以得到材料質(zhì)量良好的AlInAsSb材料，所述方法簡單，高效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種利用分子束外延技術(shù)生長短波紅外探測材料AlInAsSb超晶格的優(yōu)化方法，屬于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

如今，1至3微米波段的短波紅外（SWIR）探測器在軍民領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，這些領(lǐng)域包括保密通訊、天文觀測、氣體分析、地球科學(xué)等。搭載SWIR成像的相機(jī)可得到比傳統(tǒng)可見光相機(jī)更高分辨率的圖像。此外，該波段成像可以進(jìn)行被動和主動成像。因此，它在軍事和民用領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用價值。到目前為止，很多材料體系，如碲鎘汞HgCdTe（MCT）和銦鎵砷In_xGa_1-xAs，已經(jīng)在這個波段內(nèi)解決了很多問題。他們通過調(diào)節(jié)材料的組分使材料截止波長響應(yīng)短波范圍。然而，基于In_xGa_1-xAs紅外探測器對截止波長的范圍具有一些限制，當(dāng)截止波長超過1.7μm時，由于晶格失配引起的缺陷使探測器的性能迅速下降。基于HgCdTe的紅外探測器可以通過改變Cd的摩爾組分覆蓋1-3μm范圍。然而這種紅外探測器材料生長工藝要求高，還需要復(fù)雜的器件制造工藝，材料的大面積均勻性差，使得該類器件的應(yīng)用受到很大限制。

相比之下，基于Al_xIn_1-xAs_ySb_1-y（以下稱為AlInAsSb）的四元化合物紅外探測器是一類很有潛力的光電器件，因?yàn)樗梢酝ㄟ^調(diào)整x、y的值以達(dá)到與InP、InAs、GaSb等襯底相匹配。改變鋁組分還可以將帶隙從0.25 eV（0％的鋁）調(diào)至1.18 eV（72％的鋁），這對應(yīng)于5至1.05μm的截止波長范圍。

AlInAsSb材料具有許多優(yōu)點(diǎn)，如材料無毒、生長工藝簡單、制造成本低、帶寬靈活可調(diào)，以及由于其具有很大的電子有效質(zhì)量從而能有效抑制俄歇復(fù)合。該超晶格材料由InAs和AlSb交替生長組成，可顯著降低GR暗電流、陷阱輔助和帶間隧道暗電流，這將會提高材料的光電性能。但是AlInAsSb是一種四元合金材料，生長難度比三元材料大，所以本發(fā)明從優(yōu)化材料的制備入手，著重解決高質(zhì)量材料的生長問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種分子束外延技術(shù)生長短波紅外探測材料AlInAsSb超晶格的優(yōu)化方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：分子束外延生長AlInAsSb超晶格材料的優(yōu)化方法，包括如下步驟：

A、首先測定生長AlInAsSb材料時三族元素Al、In的源爐溫度及相應(yīng)的束流值，及五族元素As、Sb的束流值以及分子束外延生長的基準(zhǔn)溫度，并定義五族元素與三族元素的束流值的比值（五三比值）分別為Sb/Al比值和As/In比值。