[发明专利]一种基于InAs/GaSb的长红外超晶格的制备方法

说明书

本发明提供了一种基于InAs/GaSb的长红外超晶格的制备方法包括：在465℃的温度下，在脱氧处理后的GaSb衬底生长GaSb缓冲层，其中，Sb与Ga的五三束流比为5；在420℃的温度下，在GaSb缓冲层上生长100个周期的InAs/GaSb超晶格，其中，包括：在GaSb缓冲层上生长GaSb超晶格，其中，Sb与Ga的五三束流比为2；间隔一段时间后，在GaSb超晶格上生长第一InSb层；间隔一段时间后，在第一InSb层上生长InAs超晶格，其中，As与In的五三束流比为7；间隔一端时间后，在InAs超晶格上生长第二InSb层。本发明通过在InAs/GaSb超晶格中主动插入InSb层用以平衡InAs层和GaSb层晶格失配带来的影响。同时在不同层间生长时加入中断时间，使得原子在材料表面有足够时间进行迁移，使表面形貌更好。

技术领域

本发明涉及半导体光电技术领域，特别是涉及一种基于InAs/GaSb的长红外超晶格的制备方法。

背景技术

8-12μm波长的红外成像在医疗、工业、军事等领域应用甚广，是远距离成像和自用空间通信的理想光谱波段，具体方面可应用于气体探测、红外遥感、红外预警、夜视等方面。对于长波(8～12μm)InAs/GaSb超晶格红外探测器，占据市场大部分比例的材料仍然是碲镉汞(HgCdTe)。尽管在过去几十年里HgCdTe光伏技术有了很大进步，但是HgCdTe材料体系生长中缺陷密度相对较高、表面泄露电流相对较大且只能低温生长等原因，使得材料均匀性较差，特别是在长波范围，波长大于10μm时，长波红外器件性能受限于其具有的隧穿暗电流，以及为精确确定带隙而需要精确控制成分的关系，综上原因导致碲镉汞探测器成本较高。研制高性能低成本的长波红外探测器具有极其重要的意义和挑战性。对于InAs/GaSbII类超晶格，InAs层和GaSb层存在较大的价带带阶，波函数耦合程度高，光吸收系数大，量子效率高。而随着器件的波长不断增加，InAs层在超晶格结构中不断变厚，对于GaSb层所承受的应变将会逐渐增加，这将导致表面形貌变差，使得InAs/GaSb材料的外延生长带来更大挑战。

尽管与碲镉汞材料相比，使用InAs/GaSb制备长波红外超晶格材料具有很多优势，但在制备过程中，通过原子力显微镜观测到表面形貌具有较多亮斑，具有很大起伏，很难将其在表面彻底消除，但表面形貌的好坏又对超晶格材料质量有着直接的影响。

发明内容

为了解决现有技术中InAs/GaSb超晶格材料表面形貌起伏较大，晶体质量不好的技术问题，本发明的一个目的在于提供一种基于InAs/GaSb的长红外超晶格的制备方法，所述制备方法包括：

步骤S1、对GaSb衬底除气；

步骤S2、对GaSb衬底进行脱氧处理；

步骤S3、在465℃的温度下，在脱氧处理后的GaSb衬底生长GaSb缓冲层，其中，Sb与Ga的五三束流比为5；

步骤S4、在420℃的温度下，在GaSb缓冲层上生长100个周期的InAs/GaSb超晶格，其中，包括：

步骤S41、在GaSb缓冲层上生长GaSb超晶格，其中，Sb与Ga的五三束流比为2；

步骤S42、间隔一段时间后，在GaSb超晶格上生长第一InSb层；

步骤S43、间隔一段时间后，在第一InSb层上生长InAs超晶格，其中，As与In的五三束流比为7；

步骤S44、间隔一端时间后，在InAs超晶格上生长第二InSb层。

优选地，Ga源炉温度为955℃，In源炉温度为840℃。

优选地，GaSb缓冲层为500nm的GaSb缓冲层。

优选地，在步骤S1中，对GaSb衬底除气包括：