[發(fā)明專利]一種無應(yīng)力層的二類超晶格紅外探測器及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210582015.8
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN114664960A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張國禎;陳意橋;于天
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州焜原光電有限公司
• 主分類號: H01L31/0304
• 分類號: H01L31/0304;H01L31/0352;H01L31/105;H01L31/18
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 朱振德

本發(fā)明公開了一種無應(yīng)力層的二類超晶格紅外探測器及制備方法，包括依次設(shè)置的P型電極、電子勢壘層、吸收層、空穴勢壘層和N型電極；其中，所述吸收層采用InAsSb/GaSb超晶格，所述空穴勢壘層采用InAsSb/AlAsSb超晶格。本發(fā)明各層均與GaSb襯底晶格匹配，克服了層與層之間存在大失配的問題，可顯著提高超晶格生長溫度和超晶格材料質(zhì)量，InAsSb/GaSb厚度組分決定了截止波長，InAsSb/AlAsSb厚度組分決定了空穴勢壘高度，截止波長和空穴勢壘的調(diào)節(jié)無需考慮層與層之間的失配問題，且沒有復雜的界面問題，從而簡化超晶格生長難度，提高超晶格紅外探測器性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無應(yīng)力層的二類超晶格紅外探測器及制備方法。

背景技術(shù)

InAs/GaSb二類超晶格由于擁有襯底尺寸大、材料均勻性好、截止波長容易調(diào)節(jié)、成本低的優(yōu)勢，在紅外探測器領(lǐng)域被認為是碲鎘汞的最佳替代者。現(xiàn)有紅外探測器中，InAs/GaSb超晶格作為吸收層，InAs/AlSb超晶格作為空穴阻擋層，存在以下問題：

由于InAs與GaSb之間存在-6000ppm的晶格失配，通常引入InSb層來平衡應(yīng)力，這樣InAs/GaSb超晶格的生長溫度就決定于InSb層的生長溫度，InSb的最佳生長溫度很低（390-410℃），但是在該溫度下，高質(zhì)量GaSb對生長條件（束流五三比、生長速率等）要求很精確（Sb/Ga束流比嚴格控制在1:1附近，2%的誤差即可導致材料質(zhì)量的迅速下降），因此InAs/GaSb超晶格生長溫度窗口窄，InAs/GaSb超晶格中GaSb材料很難長好。

InAs/GaSb二類超晶格主要通過調(diào)節(jié)InAs厚度來改變截止波長，隨著截止波長增加，所需的InAs厚度越大，產(chǎn)生的失配應(yīng)力越大。造成的問題：第一，由于InAs和GaSb之間大的失配，厚的InAs層不容易長好；第二，InAs厚度增加，相應(yīng)的應(yīng)力補償層InSb厚度就要增加，InSb和GaSb晶格失配高達62900ppm，厚的InSb層很容易弛豫，一旦弛豫，材料質(zhì)量會急劇下降。因此，應(yīng)力補償層的存在導致高質(zhì)量材料的獲得和生長控制的難度增加。

空穴阻擋層中InAs與AlSb厚度比為1:1時，InAs/AlSb不需要應(yīng)力補償層即可與GaSb襯底匹配。一旦偏離1:1，就需要引入應(yīng)力補償層InSb（提高正失配）或AlAs（提高負失配），導致材料生長難度增大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種無應(yīng)力層的二類超晶格紅外探測器及制備方法，無需引入應(yīng)力補償層克服層與層之間的失配問題，且各層的生長溫度窗口接近，各層更容易得到高質(zhì)量外延材料。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種無應(yīng)力層的二類超晶格紅外探測器，包括依次設(shè)置的P型電極、電子勢壘層、吸收層、空穴勢壘層和N型電極；

其中，所述吸收層采用InAsSb/GaSb超晶格，所述空穴勢壘層采用InAsSb/AlAsSb超晶格。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述吸收層的厚度為500-10000nm；所述空穴勢壘層的厚度為100-500nm，所述空穴勢壘層中的AlAsSb厚度為0.5-5nm；所述空穴勢壘層中的InAsSb厚度等于或大于所述吸收層中的InAsSb厚度2-10A。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述P型電極和所述N型電極均采用InAsSb/GaSb超晶格。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述電子勢壘層采用Al_xGa_1-xAs_ySb_1-y，其中，x為Al的組分，y為As的組分，x、y滿足：

。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述吸收層和所述空穴勢壘層中的InAsSb中Sb的組分為0.09；所述空穴勢壘層具有的AlAsSb中As組分為0.08；所述電子勢壘層中Al組分x為0.22。