[發明專利]一種InAs/GaSb超晶格生長方法

有效

• 申請號: 202210049044.8
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114457419B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 胡雨農;周朋;邢偉榮;劉銘
• 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: C30B25/14
• 分類號: C30B25/14;C30B25/16;C30B25/18;C30B29/40;C30B29/68;H01L31/0352;H01S5/32
• 代理公司: 工業和信息化部電子專利中心 11010
• 代理人: 焉明濤

本發明公開了一種InAs/GaSb超晶格生長方法，包括：在Sb源提供的Sb束流保護下，基于GaSb襯底生長緩沖層；打開As源針閥至第一開度，將生長氛圍從Sb束流保護轉變為As束流保護，其中，所述第一開度大于所需的目標開度，所述目標開度對應于所需的As束流，以及在第一開度的As束流保護氛圍下浸潤預設時長后，降低As針閥開度至所述目標開度；執行第一周期的InAs/GaSb超晶格生長；在所述第一周期結束前，將As源針閥開啟至所述目標開度，以在As束流保護保護下，執行第二周期的InAs/GaSb超晶格生長。本公開的方法先將打開As源針閥至第一開度，并持續指定的時長，再調整至所需的目標開度，從而能夠使As束流快速達到期望水平，提高InAs/GaSb超晶格的生長效率。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種InAs/GaSb超晶格生長方法。

背景技術

銻化物III-V族二類超晶格材料在光電探測和激光領域發揮越來越關鍵的作用，代表材料體系有InAs/GaSb二類超晶格紅外探測器、InAs/InAsSb nBn結構紅外探測器、InAs/AlSb量子級聯激光器等。由于超晶格結構對單層材料厚度要求在原子量級，需使用可以在原子級別精確控制速率的分子束外延生長方法，將生長速率控制在2-4秒每單層，同時使用較低的生長溫度，從而形成陡峭的交界面，防止交界面互擴散。交界面良好的超晶格材料可有效降低器件暗電流密度，提升截止波長，提高器件性能。

實際使用中束流監測器(BFM)監測到的As束流在針閥和擋板打開之后需要一定時間才能達到飽和，在飽和之前生長含砷的超晶格結構會造成結構下部的InAs層和結構上部的InAs層所用As束流不一致。

對于InAs/GaSb超晶格材料體系，在GaSb襯底上生長。含銻的襯底在去氧化層步驟和生長緩沖層步驟采用Sb束流做保護。而生長GaSb緩沖層和InAs/GaSb超晶格層內的首層GaSb結束后，需要切換到InAs/GaSb超晶格層內的InAs層，根據結構設計波長要求不同，此時InAs層所需生長時間約在30-70秒左右，而As束流完全飽和穩定所需時間為2-3分鐘起，甚至可達到十幾分鐘。如此長的穩定時間會造成InAs/GaSb交替生長的超晶格層內的前幾個InAs層組分不一致，晶格質量不一，交界面不均勻，從而對最終形成的器件結構帶來性能上的缺陷。

發明內容

本發明實施例提供一種InAs/GaSb超晶格生長方法，用以顯著提升束流穩定時間，同時保證生長的任意InAs/GaSb超晶格均在As束流完全飽和穩定的狀態下執行，保證生長的晶格質量統一、穩定。

本發明實施例提供一種InAs/GaSb超晶格生長方法，包括：

在Sb源提供的Sb束流保護下，基于GaSb襯底生長緩沖層；

打開As源針閥至第一開度，打開As源擋板并關閉Sb源擋板，以將生長氛圍從Sb束流保護轉變為As束流保護，其中，所述第一開度大于所需的目標開度，所述目標開度對應于所需的As束流，以及在第一開度的As束流保護氛圍下浸潤預設時長后，降低As針閥開度至所述目標開度；

執行第一周期的InAs/GaSb超晶格生長；

在所述第一周期結束前，將As源針閥開啟至所述目標開度，并打開As源擋板，以實現在As束流保護下，執行第二周期的InAs/GaSb超晶格生長。

在一些實施例中，所述預設時長是基于測試襯底按照如下過程確定的：

利用測試襯底，在各生長源的目標生長速率下測定對應的束流需求；

基于測定的束流需求確定所需的As束流；

調節As源針閥至其射出的束流超過所需的As束流指定閾值后，即刻調小As源針閥至所需的As束流；