一种在GaSb衬底上外延生长InAs/GaSbII类超晶格的方法

本发明涉及半导体材料分子束外延生长制造，特别是涉及一种在gasb衬底上外延生长inas/gasb ii类超晶格的方法。

背景技术：

1、gasb衬底的广泛应用和sb化物半导体易生长、高迁移率的特点使得族化合物半导体在异质结结构设计上更为灵活，在高速低功耗中长波探测器及激光器中有着广泛的应用。

2、目前，在gasb衬底上外延生长的inas/gasb ii类超晶格由于其分离的能带结构，能有效抑制其体内的俄歇复合过程，使其在长波范围内探测能力有望超越传统的碲镉汞探测器。但超晶格材料在实际外延过程中会产生大量深能级缺陷，这将大大促进器件内部的shockley-read-hall(srh)产生复合过程以及缺陷辅助遂穿过程，从而制约器件性能。因此，亟需开展一种新的超晶格材料外延生长方法的研究，应用在红外探测军事和民用领域。

3、分子束外延在富v族元素中生长inas/gasb ii类超晶格时，升华态的as一般以四聚体as4形式存在，其生长模式要比as2或as单体要复杂的多。因此，用裂解的as2能够生长出更高质量的材料。as束流大小与阀门位置是线性关系，而与源炉温度是指数关系，因此通过精确控制生长过程中as阀门的打开时间可以更为有效降低材料内部缺陷，提高外延晶格质量。

4、基于inas/gasb ii类超晶格的中长波红外探测器可以广泛应用于红外制导、导弹预警、航空航天、红外成像、生化气体检测等领域。然而在材料外延过程中ⅴ族元素as的比例会直接影响外延片的结晶质量，缺as易使材料表面形成缺陷，在gasb缓冲层上逐层生长inas/gasb ii类超晶格，其表面存在明显的针状“亮点”缺陷，通过实验发现该针状缺陷对外延生长时as束流的大小有着强烈的依赖性。目前常见的解决方法是在生长时调整as/in束流比，通过提高as元素比例使其可以在材料表面充分的迁移，形成原子台阶。然而在实验中发现，单纯调整as/in束流比并不能完全解决由于缺as造成的材料表面缺陷形成的问题。

5、目前，国际上关于在gasb缓冲层上生长inas/gasb材料时由于缺as形成纳米级针状缺陷的成因，以及如何解决此类缺陷的报道相对较少。

6、针对上述的问题，本发明提出一种在gasb衬底上外延生长inas/gasb ii类超晶格的方法，有效消除超晶格表面由于缺as形成的针状“亮点”缺陷问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中在gasb缓冲层上逐层生长inas/gasb ii类超晶格，其表面存在明显的针状“亮点”缺陷的技术问题，本发明的一个目的在于提供一种在gasb衬底上外延生长inas/gasb ii类超晶格的方法，所述方法包括如下方法步骤：

2、s1、取厚度为500μm的两英寸的gasb衬底置于分子束外延设备的生长腔；

3、s2、对gasb衬底升温至300℃进行高温除气，除气时间不少于两小时；

4、s3、对gasb衬底升温至520℃脱氧，直至gasb衬底表面形貌点线清晰，保持三分钟；

5、s4、对gasb衬底降温至440℃，在gasb衬底上生长厚度为500nm的gasb缓冲层；

6、s5、对gasb衬底和gasb缓冲层降温至420℃，在gasb缓冲层上生长inas/gasb ii类超晶格；

7、其中，在gasb缓冲层上生长inas/gasb ii类超晶格的过程中，as/in束流比为7～11。

8、优选地，在步骤s5中，在gasb缓冲层上生长inas/gasb ii类超晶格的过程中，as/in束流比为11。

9、优选地，在步骤s5中，在gasb缓冲层上生长inas/gasb ii类超晶格时，提前打开as阀门。

10、优选地，在步骤s5中，在gasb缓冲层上生长inas/gasb ii类超晶格时，提前打开as阀门，并且as/in束流比为8。

11、优选地，在步骤s5中，在gasb缓冲层上生长inas/gasb ii类超晶格的过程中，sb/ga的束流比为5。

12、本发明提供的一种在gasb衬底上外延生长inas/gasb ii类超晶格的方法，在gasb缓冲层上生长inas/gasb ii类超晶格的过程中，通过控制as阀门的打开时间和as/in束流比，有效限制由于缺as引起的超晶格表面缺陷的形成，提高在gasb衬底上生长红外探测材料inas/gasb ii类超晶格的质量。

13、本发明提供的一种在gasb衬底上外延生长inas/gasb ii类超晶格的方法，在gasb缓冲层生长结束后就逐渐增大as阀门的大小，直至达到预设值，保证inas/gasb ii类超晶格生长时as束流达到稳定值，最后进行衬底及生长材料降温处理，完成在gasb衬底材料上逐层生长具有层状结构无“亮点”状缺陷的inas/gasb ii类超晶格的制备。本发明优化as/in的束流比，在生长inas/gasb ii类超晶格时提前打开as阀门，解决了由于缺as导致的inas/gasb ii类超晶格表面易形成针状“亮点”缺陷的问题。

技术特征：

1.一种在gasb衬底上外延生长inas/gasb ii类超晶格的方法，其特征在于，所述方法包括如下方法步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s5中，在gasb缓冲层上生长inas/gasb ii类超晶格的过程中，as/in束流比为11。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s5中，在gasb缓冲层上生长inas/gasb ii类超晶格时，提前打开as阀门。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤s5中，在gasb缓冲层上生长inas/gasb ii类超晶格时，提前打开as阀门，并且as/in束流比为8。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s5中，在gasb缓冲层上生长inas/gasb ii类超晶格的过程中，sb/ga的束流比为5。

技术总结
本发明提供了一种在GaSb衬底上外延生长InAs/GaSb II类超晶格的方法，包括如下方法步骤：S1、取厚度为500μm的两英寸的GaSb衬底置于分子束外延设备的生长腔；S2、对GaSb衬底升温至300℃进行高温除气，除气时间不少于两小时；S3、对GaSb衬底升温至520℃脱氧，直至GaSb衬底表面形貌点线清晰，保持三分钟；S4、对GaSb衬底降温至440℃，在GaSb衬底上生长厚度为500nm的GaSb缓冲层；S5、对GaSb衬底和GaSb缓冲层降温至420℃，在GaSb缓冲层上生长InAs/GaSb II类超晶格；在GaSb缓冲层上生长InAs/GaSb II类超晶格的过程中，As/In束流比为7～11。本发明优化As/In的束流比，在生长InAs/GaSb II类超晶格时提前打开As阀门，解决了由于缺As导致的InAs/GaSb II类超晶格表面易形成针状“亮点”缺陷的问题。

技术研发人员：祝连庆,陈雨豪,鹿利单,董明利,何彦霖,陈伟强,张旭
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31