[发明专利]甚长波InAs/GaSb二类超晶格红外探测器材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体红外探测技术领域，尤其是涉及一种甚长波波段(12～20微米)InAs/GaSb二类超晶格红外探测器材料的制备方法。

背景技术

波段为12～20微米的甚长波红外探测器在战略预警、大气温度及相对湿度轮廓探测、大气少量元素分布及空间探测方面具有重要的应用。传统的碲镉汞探测器有优异的探测性能，但随着波长的增加，其材料难度急剧增加，在甚长波段遇到极大挑战。量子阱红外探测器较易实现甚长波段的探测，但其量子效率较低，器件的性能受到一定的限制。而二类超晶格是一理想的甚长波探测材料，其优势主要有：材料均匀性好，漏电流低，俄歇复合受到极大抑制，载流子寿命长，工作温度高等，而且GaSb衬底相比碲镉汞所用的碲锌铬衬底便宜且面积大。这使其在甚长波段波段有着显著的优势。

但是，甚长波InAs/GaSb二类超晶格红外探测器材料的制备非常困难，这是因为吸收截止波长在甚长波波段的超晶格材料，其一个周期中的InAs厚度一般需要达到5nm左右，而InAs和衬底材料GaSb之间存在0.6％的晶格失配。这就需要引入更多的InSb材料来平衡应力，而InSb和GaSb之间存在7％的晶格失配，大量InSb的引入很容易造成界面质量的恶化，从而影响材料质量。

针对以上难题，本发明提供了一种通过精确控制的“直接InSb生长”，“Sb浸泡”和“生长中断”相结合的方法，实现了高质量的甚长波InAs/GaSb二类超晶格材料制备。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种甚长波InAs/GaSb二类超晶格红外探测器材料的制备方法，以实现高质量的甚长波InAs/GaSb二类超晶格材料的制备。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种制备甚长波InAs/GaSb二类超晶格红外探测器材料的方法，该方法是在半绝缘GaSb衬底上依次生长P型掺杂的GaSb缓冲层、P型掺杂的中波InAs/GaSb二类超晶格层、非掺杂的甚长波InAs/GaSb二类超晶格层、N型掺杂的中波InAs/GaSb二类超晶格层以及N型掺杂的InAs上接触层，得到甚长波InAs/GaSb二类超晶格红外探测器材料。

上述方案中，所述在半绝缘GaSb衬底上依次生长P型掺杂的GaSb缓冲层、P型掺杂的中波InAs/GaSb二类超晶格层、非掺杂的甚长波InAs/GaSb二类超晶格层、N型掺杂的中波InAs/GaSb二类超晶格层以及N型掺杂的InAs上接触层，是使用分子束外延方法实现的。

上述方案中，所述P型掺杂的中波InAs/GaSb二类超晶格层和所述N型掺杂的中波InAs/GaSb二类超晶格层均是采用吸收截止波长为5微米的中波超晶格结构，且二者的厚度都是500nm。

上述方案中，所述非掺杂的甚长波InAs/GaSb二类超晶格层是由300周期吸收截止波长为14.5微米的超晶格周期组成的，总厚度为2.5微米。所述非掺杂的甚长波InAs/GaSb二类超晶格层的超晶格周期中，两个界面都为InSb界面，且是通过“直接InSb生长”，“Sb浸泡”和“生长中断”实现的。所述通过“直接InSb生长”，“Sb浸泡”和“生长中断”生长一个超晶格周期的过程如下：打开Ga、Sb源，生成11个GaSb原子层；关闭Ga源，打开In源0.8秒，生成InSb界面层；关闭In源，保持Sb源打开2秒，使表面稳定；关闭所有源1秒，使环境中的Sb元素散去；打开In、As源，生成16个InAs原子层；关闭所有源1秒，使环境中的As散去；打开Sb源浸泡表面3秒，形成一定InSb界面，同时稳定Sb源；以及打开In源2秒，形成InSb界面。并且，所述超晶格周期均在380℃生长。

上述方案中，所述P型掺杂的GaSb缓冲层的厚度是1微米，所述N型掺杂的InAs上接触层的厚度是20nm。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1.利用本发明，由于p区和n区使用了中波InAs/GaSb二类超晶格结构，相当于在导带和价带分别增添了势垒，所以减小了暗电流。

2.利用本发明，由于使用了两侧InSb的界面设计，一方面避免了单侧InSb层过厚而出现的界面质量恶化现象，另一方面实验证实，两侧InSb的界面设计具有更好的光学性质。

3.利用本发明，由于在界面设计中增加了精心设计的“Sb-soak”和“生长中断”，所以超晶格材料质量进一步得到提高。

附图说明