一種基于砷化銦襯底的ii類超晶格結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于砷化銦襯底的II類超晶格結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)自下而上依次為鎵砷銻層和砷化銦層。與傳統(tǒng)的II類超晶格結(jié)構(gòu)相比，其特點在于：(1)原有的GaSb襯底被InAs襯底替代，使得超晶格生長溫度大幅度提高，生長溫度的提高有利于表面原子擴散長度的增加，因此更有利于材料的二維生長和材料缺陷密度的降低；(2)原有的四層結(jié)構(gòu)生長模式(InAs/InSb/GaSb/InSb)被兩層結(jié)構(gòu)生長模式(InAs/GaAsSb)替代，結(jié)構(gòu)更加簡單,更有利于實現(xiàn)高質(zhì)量超晶格的生長；(3)砷化銦層厚度的變化對InAs基II類超晶格的失配影響較小，極大地降低了長波、尤其是甚長波材料的生長難度，更易于提高材料的性能和質(zhì)量。
【專利說明】
一種基于砷化銦襯底的11類超晶格結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種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(jié)構(gòu)及制備方法，它應(yīng)用于長波、甚長波紅外焦平面探測器。
【背景技術(shù)】
[0002]InAs/GaSb II類超晶格材料是第三代紅外焦平面探測器的優(yōu)選材料，近年來，美國、德國、日本等國都在大力發(fā)展基于該II類超晶格的紅外探測技術(shù)。InAs/GaSb異質(zhì)材料體系具有十分特殊的能帶排列結(jié)構(gòu)，InAs禁帶寬度小于InAs/GaSb的價帶偏移，因此InAs的導(dǎo)帶底在GaSb的價帶頂之下，構(gòu)成II類超晶格。這就導(dǎo)致(I)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(diào)節(jié)InAs/GaSb超晶格的有效禁帶寬度。InAs/GaSb II類超晶格的優(yōu)勢還在于能吸收正入射光，具有高的量子效率、低的俄歇復(fù)合和漏電流，易于實現(xiàn)高的工作溫度。此外，成熟的II1-V族化合物的分子束外延生長技術(shù)為高性能II類超晶格的制備提供了技術(shù)支持，采用分子束外延技術(shù)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。
[0003]目前GaSb基InAs/GaSb II類超晶格結(jié)構(gòu)主要包含GaSb層、InAs-on-GaSb界面層、InAs層和GaSb-on-1nAs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(I)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(shù)比GaSb大的InSb界面層進行應(yīng)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(zhì)量；(2) InAs/GaSb為應(yīng)變超晶格，對于實現(xiàn)光學(xué)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(xiàn)象比較嚴(yán)重；(4)Sb的蒸氣壓較低、迀移率較小，易于形成團簇，而Sb晶格空位又容易被Ga占據(jù)，形成雙受主Ga反位(Gasb)缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型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(jié)構(gòu)，解決目前存在的以下技術(shù)問題:
[0005]1.由于InSb界面補償層存在導(dǎo)致的超晶格生長溫度低的問題；
[0006]2.砷化銦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；
[0007]3.成千上萬個界面層極大增加了超晶格生長難度的問題；
[0008]4.各膜層界面處互擴散現(xiàn)象嚴(yán)重的技術(shù)問題。
[0009]如附圖1所示，本實用新型的II類超晶格結(jié)構(gòu)為:由InAs襯底自下而上依次為鎵砷銻層I和砷化銦層2。其中:
[0010]所述的鎵砷銻層I的厚度為2.lnm-3.6nm，組分x為0.0-0.5；
[0011 ] 所述的砷化銦層2的厚度為2.lnm-10.5nm;
[0012]具體制備方法步驟如下:
[0013]I)將In爐和Ga爐調(diào)至所需生長溫度；
[0014]2)將InAs襯底裝入分子束外延真空系統(tǒng)；
[0015]3)將InAs襯底溫度升至InAs/GaAsSb II類超晶格生長溫度；
[0016]4)將As閥和Sb閥開至II類超晶格生長所用閥位；
[0017]5)采用分子束外延方法在InAs襯底上依次外延鎵砷銻層I和砷化銦層2。
[0018]本實用新型的優(yōu)點在于:(I)InAs襯底替代GaSb襯底使得超晶格的生長溫度大幅度提高，生長溫度的提高有利于表面原子擴散長度的提高，因此更有利于材料的二維生長和材料缺陷密度的降低；(2)InAs/GaAsSb兩層超晶格結(jié)構(gòu)替代InAs/InSb/GaSb/InSb四層超晶格結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更加簡單，更有利于實現(xiàn)高質(zhì)量超晶格的生長；(3)InAs層厚度的變化對InAs基II類超晶格的失配沒有影響，這一點極大地降低了長波、尤其是甚長波材料的生長難度；(4)GaAsSb與InAs襯底晶格匹配，因此InAs/GaAsSb是晶格匹配的超晶格結(jié)構(gòu)，而目前通用的InAs/GaSb超晶格是應(yīng)變材料，晶格匹配材料更易于提尚材料的性能和質(zhì)量；(5)As原子表面活性劑作用，增加了 Sb原子的迀移率，降低了 Sb團簇的形成幾率，減少了材料本身的缺陷，提尚了材料性能。
【附圖說明】
:
[0019]圖1是基于InAs襯底的新型InAs/GaAsSbII類超晶格兩層結(jié)構(gòu)模型:(I)為鎵砷銻層，(2)為砷化銦層。
[0020]圖2是InAs基InAs/GaAsSbII類超晶格材料一個生長周期內(nèi)快門開關(guān)示意圖。如圖2所示，在InAs/GaAsSb II類超晶格的一個生長周期內(nèi)，第一步將Ga、Sb的快門打開，第二步將Ga、Sb快門關(guān)閉，將In、As快門打開。之后循環(huán)往復(fù)，直至材料生長結(jié)束。在整個超晶格生長過程中，As閥位不變，只有As快門的開關(guān)。故第一步形成了鎵砷銻層，第二步形成了砷化銦層。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
[0022]根據(jù)
【發(fā)明內(nèi)容】
，我們制備了第一種II類超晶格材料，其具體結(jié)構(gòu)為:
[0023]鎵砷銻層I的厚度為2.1nm，組分X為0.0;
[0024]砷化銦層2的厚度為2.1nm;
[0025]實施例2
[0026]根據(jù)
【發(fā)明內(nèi)容】
，我們制備了第二種II類超晶格材料，其具體結(jié)構(gòu)為:
[0027]鎵砷銻層I的厚度為2.7nm，組分x為0.2 ；
[0028]砷化銦層2的厚度為6.6nm;
[0029]實施例3
[0030]根據(jù)
【發(fā)明內(nèi)容】
，我們制備了第三種II類超晶格材料，其具體結(jié)構(gòu)為:
[0031]鎵砷銻層I的厚度為3.6nm，組分x為0.5 ；
[0032]砷化銦層2的厚度為10.5nmo
【主權(quán)項】
1.一種基于砷化銦襯底的II類超晶格結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)自下而上依次為鎵砷銻層(I)和砷化銦層(2)，其特征在于: 所述的鎵砷鋪層(I)的厚度為2.lnm-3.6nm ； 所述的砷化銦層(2)的厚度為2.lnm-10.5nmo
【文檔編號】H01L31/0304GK205542814SQ201620028541
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月13日
【發(fā)明人】王芳芳, 陳建新, 徐志成, 周易
【申請人】中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所