[发明专利]一种梯度掺杂的Ⅱ类超晶格材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体及红外探测器领域，特别是涉及一种梯度掺杂的Ⅱ类超晶格材料及其制备方法。

背景技术

红外探测器由于其在特殊条件下优于可见光的特性，已经被广泛应用于卫星监测系统、导弹预警、激光雷达、通信、夜视和红外成像等方面，并将发挥越来越为重要的作用。

为满足对红外探测器大面阵、高分辨率的高性能要求，第三代红外探测器的技术发展显得极为重要。在三代红外探测器的候选中，碲镉汞(HgCdTe，简称MCT)探测器成本高、长波和双色器件制备难度大，量子阱红外探测器(简称QWIP)不能吸收垂直入射红外光，导致其量子效率非常低。

相对前两种材料，InAs/GaSb II类超晶格材料由于具有较高的电子和空穴有效质量、轻重空穴带较大的能量差等特点，能够有效降低遂穿电流，减小俄歇复合，提高载流子寿命，被认为制作第三代红外探测器的首选。

虽然InAs/GaSb II类超晶格红外探测器在理论上性能超越MCT红外探测器，但目前制备出来的器件性能与理论值有较大差距，无法满足暗电流和量子效率的要求，因此，减小暗电流和提高量子效率成为目前研究InAs/GaSb II类超晶格红外探测器的重点。

发明内容

本发明提供一种梯度掺杂的Ⅱ类超晶格材料及其制备方法，用以解决现有技术中，InAs/GaSb II类超晶格红外探测器器件性能与理论值有较大差距，无法满足暗电流和量子效率的要求的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种梯度掺杂的Ⅱ类超晶格材料的制备方法，包括：在具有缓冲层的GaSb衬底上生长N型下电极层xMLInAs/yMLGaSb；在生长了N型下电极层上继续生长N型梯度掺杂超晶格层xMLInAs/yMLGaSb；在生长N型梯度掺杂超晶格层上继续进行本征层i层生长xMLInAs/yMLGaSb；在本征层上继续进行P型梯度掺杂超晶格层生长xMLInAs/yMLGaSb；在P型梯度掺杂超晶格层上进行P型上电极层生长xMLInAs/yMLGaSb，以得到梯度掺杂的Ⅱ类超晶格材料；其中，ML为一个分子层厚度，x和y为分子层个数，各个层的厚度周期数根据Ⅱ类超晶格材料需求的性能确定。

进一步，所述方法包括：

在生长完缓冲层后的GaSb衬底降温至超晶格生长温度的情况下，生长N型下电极层xMLInAs/yMLGaSb，厚度为75±2个周期，其中，在生长过程中，交替开启各源炉快门，按照预定浓度对InAs进行掺杂，浓度由掺杂源温度决定，InAs层生长速率为0.1-0.3ML/s，GaSb层生长速率为0.5ML/s，其中，各源炉包括：In源、As源、Ga源、Sb源和掺杂源；

生长N型梯度掺杂超晶格层xMLInAs/yMLGaSb，厚度为25±2个周期，其中，在生长过程中对InAs掺杂，生长过程掺杂源进行均匀降温，以实现在生长过程中达到掺杂浓度由高到低的变化；

生长本征层i层xMLInAs/yMLGaSb，生长厚度为2±0.5μm，其中，生长过程中关闭掺杂源快门；

生长P型梯度掺杂超晶格层xMLInAs/yMLGaSb，厚度为25±2个周期，其中，生长过程对GaSb进行掺杂，生长过程掺杂源进行均匀升温，实现在生长过程达到掺杂浓度由低到高的变化；

生长P型上电极层xMLInAs/yMLGaSb，厚度为25±2个周期，其中，在生长过程中对GaSb进行掺杂；

生长完成后，除了Sb源保护外，关闭所有源炉快门进行降温，直到温度降至350℃后，关闭Sb源快门。

进一步，按照预定浓度对InAs进行掺杂中，所述预定浓度为2×10¹⁸cm^-3-4×10¹⁸cm^-3。