[发明专利]一种长波铟砷锑材料及其生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，具体是一种长波铟砷锑材料及其生长方法，这种材料可以用于研制红外光子探测器。

背景技术

III-V族化合物半导体是制作光电器件的重要材料，具有相对成熟的材料制备和器件工艺技术。铟砷锑(InAsSb)三元合金在常规的III-V族化合物中具有最小的禁带宽度(0.1eV)，其截止波长能达到8～12μm。8～12μm波段是一个重要的红外大气窗口，工作在这一波段的红外探测器在红外制导、遥感、夜视、环境监测、工业探伤等方面有着广阔的应用前景。因此，生长这一波段的红外材料，研制红外探测器无论在民用上还是在军用上都有着十分重要的意义。但是，由于长波InAsSb外延层与二元化合物衬底之间的晶格失配度较大(例如与InAs衬底之间的晶格失配度＞6％，与GaAs衬底之间的晶格失配度＞14％)，因此用常规技术很难生长出截止波长8μm以上的高质量的InAsSb单晶材料。

近年来，国外用分子束外延(molecular beam epitaxy，MBE)、金属有机化学气相淀积(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)及液相外延(liquid phase epitaxy，LPE)技术生长出了截止波长8μm以上的InAsSb外延层，外延层的厚度均小于10μm。由于这些薄的外延层严重地受到大的晶格失配的影响，导致在这些薄膜中观察到的位错密度高达10⁷cm^-2量级，严重地影响了探测器的最终性能。用熔体外延(melt epitaxy，ME)技术制备的InAs_1-xSb_x厚膜，外延层的厚度可以达到100μm，但是由于材料的组份x≥0.95，导致InAs_0.05Sb_0.95材料的截止波长＜11μm。目前还没有一种位错密度低、制备工艺成熟、截止波长达到12.5μm的长波铟砷锑材料。

发明内容

本发明正是针对以上技术，提供一种位错密度低、制备工艺成熟、截止波长覆盖8～12μm波段的长波铟砷锑材料及其生长方法。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种长波铟砷锑材料，按以下化学式组成：InAs_1-xSb_x，其特征在于组份x满足以下条件：0.60≤x≤0.90，外延层的厚度为40～200μm。

按以上材料组份生长的铟砷锑材料，截止波长达到11μm以上。InAsSb的室温俄歇复合系数较低，因此在研制室温工作的红外光子探测器方面很有优势；而且其共价键结合力较强，因此具有较好的机械强度和化学稳定性。

本发明还提供一种制备上述长波铟砷锑材料的专用滑动舟，包括底板、滑块、推杆、原料井、空井、井盖、衬底槽，其特征在于原料井、空井设置在滑块前部，原料井、空井为贯通的中空结构，滑块的尾部为平底的压块，原料井、空井上设置井盖，滑块后端连接推杆，滑块放置在底板上并可以在底板上移动，底板上设置有衬底槽，滑块尾部的压块与底板接触部分大于衬底槽横截面。

本发明还提供前述长波铟砷锑材料的生长方法，主要包括以下步骤：

一、生长准备，把滑块放置在底板上，打开原料井的井盖，然后将InAs_1-xSb_x的原料放入原料井中，将衬底(基板)放入底板上的衬底槽内，把空井放置在衬底槽的上方；

二、原料溶化，将滑动舟放入液相外延系统，在680℃下停留1小时，使InAs_1-xSb_x的原料溶化成生长熔液，然后，使系统的温度以1℃／分钟的降温速率下降至生长温度510℃；

三、充填，通过推杆推动滑块，使原料井位于衬底槽上方，使InAs_1-xSb_x的生长熔液与衬底接触，再通过推杆推动滑块，使原料井中的InAs_1-xSb_x生长熔液残留部分在衬底的表面，并使原料井与衬底槽错开，滑块尾部的压块完全盖住衬底槽；

四、熔体外延生长，以0.5℃／分钟的降温速率降温10℃，使衬底上残留的InAs_1-xSb_x生长熔液在滑块尾部的压块下降温结晶，即可生长出长波铟砷锑材料。

在上述长波铟砷锑材料的生长方法中，衬底材料为砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、磷化铟(InP)中的一种。