[发明专利]InAs/InSb应变超晶格材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种InAs/InSb应变超晶格材料的制备方法，包括：S1，提供一衬底；S2，在所述衬底上外延生长缓冲层；S3，在所述缓冲层上外延生长若干个周期的InAs/InSb超晶格结构，每个周期的InAs/InSb超晶格结构包括InAs层和InSb层，其中，InAs层和InSb层的生长采用不同的In源炉。另外，本发明还提供基于该制备方法所获得的InAs/InSb应变超晶格材料。本发明在InAs/InSb超晶格结构的生长过程中，采用两个不同的In源炉，可以分别调整两种In源的速度，使之分别适合于InAs层和较薄的InSb层的生长模式，从而有效避免了生长InAs/InSb超晶格时三维岛状结构的形成，能显著地提高InAs/InSb超晶格结构的生产效率、降低生产成本，以及提高InAs/InSb应变超晶格材料的质量和性能。

技术领域

本发明属于半导体红外探测器材料领域，涉及一种InAs/InSb应变超晶格材料的制备方法以及基于该制备方法所获得的InAs/InSb应变超晶格材料。

背景技术

红外探测器由于自身优异的性能已经广泛应用于战略预警、导弹导引头、激光雷达、夜视、遥感、医学、大气监测等军民两用领域。InAs/GaSb II类超晶格材料是第三代红外焦平面探测器的优选材料，InAs/GaSb异质材料体系具有十分特殊的能带排列结构，InAs禁带宽度小于InAs/GaSb的价带偏移，因此InAs的导带底在GaSb的价带顶之下，构成II类超晶格。这就促使：（1）电子和空穴在空间上是分离的，电子限制在InAs层中，而空穴限制在GaSb层中，其有效禁带宽度为电子微带至重空穴微带的能量差；（2）改变超晶格周期厚度，可有效地调节InAs/GaSb超晶格的有效禁带宽度。

然而，这种材料制备的器件具有较高的产生复合（G-R）暗电流，从而使其没有展示出预期的性能。相对高的产生复合暗电流是由于低的Shockley-Read-Hall（SRH）寿命所造成，而低的SRH寿命又是由于在GaSb层所存在的原始缺陷。目前典型的中波吸收区材料是不含Ga的InAsSb体材料，但InAsSb体材料的探测波段4.2µm，探测窗口较窄，且与GaSb衬底晶格匹配时的Sb组分仅占9%，导致实际生长时束流较小难以控制。InAs/InSb超晶格作为吸收区可将探测波段扩展为4.1-4.8µm，解决了InAsSb探测窗口较窄的技术问题，同时，InAs/InSb是二元合金组成的超晶格，只需控制好InAs层和InSb层的厚度即可，不存在组分控制不均匀的问题。理论上，由于InAs和InSb的能带位置所致，InAs/InSb超晶格结构在中波波段有着优异的性能，InAs的导带顶和InSb的价带底同样是错开的，这就使得InAs/InSb同样具备InAs/GaSb的II类超晶格的优点，并且没有与Ga相关的本征缺陷。此外，成熟的III-V族化合物的分子束外延生长技术可使得超晶格中各膜层材料的生长速率和组分高度可控，这为InAs/InSb应变II类超晶格的成功制备提供了技术支持。

目前GaSb基InAs/InSb应变超晶格结构主要包含GaSb层、InAs层和InSb层。其中As源和Sb源分别是由As带阀的裂解炉和Sb带阀的裂解炉提供的。而InAs/InSb超晶格生长难度较大的原因是：（1）InAs和InSb的晶格常数差距过大，所以称之为应变超晶格，1ML InSb带来的应力大约需要9ML InAs去补偿，导致了InSb层必须很薄，这样在外延生长时就极易形成三维岛状结构，使得良好质量的InSb层的形成非常困难；（2）生长过程中As和Sb容易互相扩散从而形成InAs_xSb_1-x/InAs_ySb_1-y；（3）在超晶格的外延生长过程中，生长InSb时的速度要非常慢，如果速度快了极易成岛，而速度慢了又对InAs的生长模式不利，所以需要InAs和InSb的生长速度不同，但是生长速度取决于源炉温度，常规MBE系统中只有1个In源炉，源炉温度无法在生长超晶格的较短时间内改变。

发明内容

本发明涉及一种InAs/InSb应变超晶格材料的制备方法以及基于该制备方法所获得的InAs/InSb应变超晶格材料，至少可解决现有技术的部分缺陷。