一種基于砷化銦襯底的ii類超晶格結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于砷化銦襯底的II類超晶格結構。其結構自下而上依次為鎵砷銻層和砷化銦層。與傳統的II類超晶格結構相比，其特點在于：(1)原有的GaSb襯底被InAs襯底替代，使得超晶格生長溫度大幅度提高，生長溫度的提高有利于表面原子擴散長度的增加，因此更有利于材料的二維生長和材料缺陷密度的降低；(2)原有的四層結構生長模式(InAs/InSb/GaSb/InSb)被兩層結構生長模式(InAs/GaAsSb)替代，結構更加簡單,更有利于實現高質量超晶格的生長；(3)砷化銦層厚度的變化對InAs基II類超晶格的失配影響較小，極大地降低了長波、尤其是甚長波材料的生長難度，更易于提高材料的性能和質量。
【專利說明】
一種基于砷化銦襯底的11類超晶格結構
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種II類超晶格材料，特別涉及一種基于砷化銦襯底的新型II類超晶格結構及制備方法，它應用于長波、甚長波紅外焦平面探測器。
【背景技術】
[0002]InAs/GaSb II類超晶格材料是第三代紅外焦平面探測器的優選材料，近年來，美國、德國、日本等國都在大力發展基于該II類超晶格的紅外探測技術。InAs/GaSb異質材料體系具有十分特殊的能帶排列結構，InAs禁帶寬度小于InAs/GaSb的價帶偏移，因此InAs的導帶底在GaSb的價帶頂之下，構成II類超晶格。這就導致(I)電子和空穴在空間上是分離的，電子限制在InAs層中，而空穴限制在GaSb層中，其有效禁帶寬度為電子微帶至重空穴微帶的能量差；(2)改變超晶格周期厚度，可有效地調節InAs/GaSb超晶格的有效禁帶寬度。InAs/GaSb II類超晶格的優勢還在于能吸收正入射光，具有高的量子效率、低的俄歇復合和漏電流，易于實現高的工作溫度。此外，成熟的II1-V族化合物的分子束外延生長技術為高性能II類超晶格的制備提供了技術支持，采用分子束外延技術制備超晶格可使得超晶格中各膜層材料的生長速率和組分高度可控。
[0003]目前GaSb基InAs/GaSb II類超晶格結構主要包含GaSb層、InAs-on-GaSb界面層、InAs層和GaSb-on-1nAs界面層。其中As源和Sb源分別是由As帶閥的裂解爐和Sb帶閥的裂解爐提供的。但(I)由于InAs與襯底GaSb之間存在著0.6%的晶格失配，故需要晶格常數比GaSb大的InSb界面層進行應變補償，而InSb與GaSb之間的晶格失配高達6.3%，因此要生長厚的InSb界面層必會引起更多的缺陷和位錯，從而降低材料的質量；(2) InAs/GaSb為應變超晶格，對于實現光學厚度的吸收層難度很大；(3)由于InAs和GaSb之間沒有共同原子，故其界面處的互擴散現象比較嚴重；(4)Sb的蒸氣壓較低、迀移率較小，易于形成團簇，而Sb晶格空位又容易被Ga占據，形成雙受主Ga反位(Gasb)缺陷。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種基于砷化銦襯底的新型InAs/GaAsSbII類超晶格結構，解決目前存在的以下技術問題:
[0005]1.由于InSb界面補償層存在導致的超晶格生長溫度低的問題；
[0006]2.砷化銦層厚度增加需要厚的InSb層進行補償，而生長厚InSb界面層會引起較多缺陷和位錯的問題；
[0007]3.成千上萬個界面層極大增加了超晶格生長難度的問題；
[0008]4.各膜層界面處互擴散現象嚴重的技術問題。
[0009]如附圖1所示，本實用新型的II類超晶格結構為:由InAs襯底自下而上依次為鎵砷銻層I和砷化銦層2。其中:
[0010]所述的鎵砷銻層I的厚度為2.lnm-3.6nm，組分x為0.0-0.5；
[0011 ] 所述的砷化銦層2的厚度為2.lnm-10.5nm;
[0012]具體制備方法步驟如下:
[0013]I)將In爐和Ga爐調至所需生長溫度；
[0014]2)將InAs襯底裝入分子束外延真空系統；
[0015]3)將InAs襯底溫度升至InAs/GaAsSb II類超晶格生長溫度；
[0016]4)將As閥和Sb閥開至II類超晶格生長所用閥位；
[0017]5)采用分子束外延方法在InAs襯底上依次外延鎵砷銻層I和砷化銦層2。
[0018]本實用新型的優點在于:(I)InAs襯底替代GaSb襯底使得超晶格的生長溫度大幅度提高，生長溫度的提高有利于表面原子擴散長度的提高，因此更有利于材料的二維生長和材料缺陷密度的降低；(2)InAs/GaAsSb兩層超晶格結構替代InAs/InSb/GaSb/InSb四層超晶格結構，結構更加簡單，更有利于實現高質量超晶格的生長；(3)InAs層厚度的變化對InAs基II類超晶格的失配沒有影響，這一點極大地降低了長波、尤其是甚長波材料的生長難度；(4)GaAsSb與InAs襯底晶格匹配，因此InAs/GaAsSb是晶格匹配的超晶格結構，而目前通用的InAs/GaSb超晶格是應變材料，晶格匹配材料更易于提尚材料的性能和質量；(5)As原子表面活性劑作用，增加了 Sb原子的迀移率，降低了 Sb團簇的形成幾率，減少了材料本身的缺陷，提尚了材料性能。
【附圖說明】
:
[0019]圖1是基于InAs襯底的新型InAs/GaAsSbII類超晶格兩層結構模型:(I)為鎵砷銻層，(2)為砷化銦層。
[0020]圖2是InAs基InAs/GaAsSbII類超晶格材料一個生長周期內快門開關示意圖。如圖2所示，在InAs/GaAsSb II類超晶格的一個生長周期內，第一步將Ga、Sb的快門打開，第二步將Ga、Sb快門關閉，將In、As快門打開。之后循環往復，直至材料生長結束。在整個超晶格生長過程中，As閥位不變，只有As快門的開關。故第一步形成了鎵砷銻層，第二步形成了砷化銦層。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
[0022]根據
【發明內容】
，我們制備了第一種II類超晶格材料，其具體結構為:
[0023]鎵砷銻層I的厚度為2.1nm，組分X為0.0;
[0024]砷化銦層2的厚度為2.1nm;
[0025]實施例2
[0026]根據
【發明內容】
，我們制備了第二種II類超晶格材料，其具體結構為:
[0027]鎵砷銻層I的厚度為2.7nm，組分x為0.2 ；
[0028]砷化銦層2的厚度為6.6nm;
[0029]實施例3
[0030]根據
【發明內容】
，我們制備了第三種II類超晶格材料，其具體結構為:
[0031]鎵砷銻層I的厚度為3.6nm，組分x為0.5 ；
[0032]砷化銦層2的厚度為10.5nmo
【主權項】
1.一種基于砷化銦襯底的II類超晶格結構，其結構自下而上依次為鎵砷銻層(I)和砷化銦層(2)，其特征在于: 所述的鎵砷鋪層(I)的厚度為2.lnm-3.6nm ； 所述的砷化銦層(2)的厚度為2.lnm-10.5nmo
【文檔編號】H01L31/0304GK205542814SQ201620028541
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月13日
【發明人】王芳芳, 陳建新, 徐志成, 周易
【申請人】中國科學院上海技術物理研究所