一种梯度掺杂的Ⅱ类超晶格材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种梯度掺杂的Ⅱ类超晶格材料及其制备方法，其中，该方法包括：在具有缓冲层的GaSb衬底上生长N型下电极层xMLInAs/yMLGaSb；在生长了N型下电极层上继续生长N型梯度掺杂超晶格层xMLInAs/yMLGaSb；在生长N型梯度掺杂超晶格层上继续进行本征层i层生长xMLInAs/yMLGaSb；在本征层上继续进行P型梯度掺杂超晶格层生长xMLInAs/yMLGaSb；在P型梯度掺杂超晶格层上进行P型上电极层生长xMLInAs/yMLGaSb，以得到梯度掺杂的Ⅱ类超晶格材料。通过该方法得到的材料，解决了现有无法满足暗电流和量子效率的要求的问题。
【专利说明】一种梯度掺杂的II类超晶格材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体及红外探测器领域，特别是涉及一种梯度掺杂的II类超晶格材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]红外探测器由于其在特殊条件下优于可见光的特性，已经被广泛应用于卫星监测系统、导弹预警、激光雷达、通信、夜视和红外成像等方面，并将发挥越来越为重要的作用。
[0003]为满足对红外探测器大面阵、高分辨率的高性能要求，第三代红外探测器的技术发展显得极为重要。在三代红外探测器的候选中，碲镉汞(HgCdTe，简称MCT)探测器成本高、长波和双色器件制备难度大，量子阱红外探测器(简称QWIP)不能吸收垂直入射红外光，导致其量子效率非常低。
[0004]相对前两种材料，InAs/GaSb II类超晶格材料由于具有较高的电子和空穴有效质量、轻重空穴带较大的能量差等特点，能够有效降低遂穿电流，减小俄歇复合，提高载流子寿命，被认为制作第三代红外探测器的首选。
[0005]虽然InAs/GaSb II类超晶格红外探测器在理论上性能超越MCT红外探测器，但目前制备出来的器件性能与理论值有较大差距，无法满足暗电流和量子效率的要求，因此，减小暗电流和提高量子效率成为目前研究InAs/GaSb II类超晶格红外探测器的重点。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种梯度掺杂的II类超晶格材料及其制备方法，用以解决现有技术中，InAs/GaSb II类超晶格红外探测器器件性能与理论值有较大差距，无法满足暗电流和量子效率的要求的问题。
[0007]为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种梯度掺杂的II类超晶格材料的制备方法，包括:在具有缓冲层的GaSb衬底上生长N型下电极层XMLInAs/yMLGaSb ;在生长了 N型下电极层上继续生长N型梯度掺杂超晶格层xMLInAs/yMLGaSb ;在生长N型梯度掺杂超晶格层上继续进行本征层i层生长xMLInAs/yMLGaSb ;在本征层上继续进行P型梯度掺杂超晶格层生长xMLInAs/yMLGaSb ;在P型梯度掺杂超晶格层上进行P型上电极层生长xMLInAs/yMLGaSb,以得到梯度掺杂的II类超晶格材料；其中，ML为一个分子层厚度，x和y为分子层个数，各个层的厚度周期数根据II类超晶格材料需求的性能确定。
[0008]进一步,所述方法包括:
[0009]在生长完缓冲层后的GaSb衬底降温至超晶格生长温度的情况下，生长N型下电极层xMLInAs/yMLGaSb，厚度为75±2个周期，其中，在生长过程中，交替开启各源炉快门，按照预定浓度对InAs进行掺杂，浓度由掺杂源温度决定，InAs层生长速率为0.1-0.3ML/s,GaSb层生长速率为0.5ML/s，其中，各源炉包括:In源、As源、Ga源、Sb源和掺杂源；
[0010]生长N型梯度掺杂超晶格层xMLInAs/yMLGaSb，厚度为25 ± 2个周期，其中，在生长过程中对InAs掺杂，生长过程掺杂源进行均匀降温，以实现在生长过程中达到掺杂浓度由高到低的变化；
[0011]生长本征层i层xMLInAs/yMLGaSb，生长厚度为2±0.5 μ m，其中，生长过程中关闭掺杂源快门；
[0012]生长P型梯度掺杂超晶格层xMLInAs/yMLGaSb，厚度为25 ± 2个周期，其中，生长过程对GaSb进行掺杂，生长过程掺杂源进行均匀升温，实现在生长过程达到掺杂浓度由低到高的变化；
[0013]生长P型上电极层XMLInAs/yMLGaSb，厚度为25 ± 2个周期，其中，在生长过程中对GaSb进行掺杂；
[0014]生长完成后，除了 Sb源保护外，关闭所有源炉快门进行降温，直到温度降至350°C后，关闭Sb源快门。
[0015]进一步，按照预定浓度对InAs进行掺杂中，所述预定浓度为2 X 118Cm 3_4 X 118Cm 3。
[0016]进一步，在生长N型梯度掺杂超晶格层，对InAs掺杂时，生长过程掺杂源进RT1-T2的均匀降温，以实现在生长过程中达到掺杂浓度由4X 118CnT3?IX 116CnT3的变化，其中，T1实现高掺杂浓度4X 1018cm_3，T2实现低掺杂浓度I X 116CnT3 ;在生长P型梯度掺杂超晶格层，对GaSb进行掺杂时，生长过程掺杂源进行T3-T4的均匀升温，实现在生长过程达到掺杂浓度由I X 116CnT3?4X 118CnT3的变化，其中T3实现低掺杂浓度I X 1016cm_3，T4实现高掺杂浓度 4 X 118CnT3。
[0017]进一步，在生长P型上电极层，对GaSb进行掺杂时，掺杂源温度为T3，掺杂浓度为2 X 118Cm 3_4 X 118Cm 3。
[0018]进一步，生长有缓冲层的GaSb衬底包括如下过程:将外延级GaSb衬底装入在分子束外延设备缓冲室设备内，进行第一预定温度和第一预定时长的预处理；将预处理好的GaSb衬底装入分子束外延设备生长室，进行升温，在所述GaSb衬底温度高于350°C的情况下，开Sb束流保护，并按照第二预定温度和第二预定时长进行去氧化层的操作，以完成外延前热脱附氧化层工艺；将去除氧化层后的GaSb衬底降温至500°C，按照预定生长速率和生长厚度进行缓冲层GaSb生长，其中，生长速率为0.5ML/s左右，生长厚度为0.5 μ m。
[0019]进一步，第一预定温度为300°C，第一预定时长为30分钟-60分钟。
[0020]进一步，第二预定温度为530_580°C，第二预定时长为15-30分钟。
[0021]另一方面，本发明还提供一种梯度掺杂的II类超晶格材料，通过上述的方法进行制备，所述材料各个层由下至上的顺序包括=GaSb缓冲层、N型下电极层、N型梯度掺杂的InAs/GaSb超晶格层、本征层、P型梯度掺杂的InAs/GaSb超晶格层和P型上电极层。
[0022]进一步，所述GaSb缓冲层的厚度为0.5 μ m，所述N型下电极层的厚度为75±2个周期的xMLInAs/yMLGaSb，所述N型梯度掺杂的InAs/GaSb超晶格层的厚度为25±2个周期，所述本征层的厚度为2 ±0.5 μ m，所述P型梯度掺杂的InAs/GaSb超晶格层的厚度为25±2个周期，所述P型上电极层的厚度为25±2个周期，其中，ML为一个分子层厚度，x和y为分子层个数。
[0023]本发明在形成II类超晶格材料的过程中，通过通过梯度掺杂的方式逐层建立了不同层级，最后形成II类超晶格材料，通过此方法得到的II类超晶格材料，减小暗电流的同时提高了量子效率，解决了现有技术中，InAs/GaSb II类超晶格红外探测器器件性能与理论值有较大差距，无法满足暗电流和量子效率的要求的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明实施例中梯度掺杂的II类超晶格材料的制备方法的流程图；
[0025]图2是本发明实施例中梯度掺杂的II类超晶格材料的结构示意图；
[0026]图3是本发明优选实施例中梯度掺杂的II类超晶格材料的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]为了解决现有技术中，InAs/GaSb II类超晶格红外探测器器件性能与理论值有较大差距，无法满足暗电流和量子效率的要求的问题，本发明提供了一种梯度掺杂的II类超晶格材料及其制备方法，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
[0028]本发明实施例提供了一种梯度掺杂的II类超晶格材料的制备方法，该方法的流程如图1所示，包括步骤SlOl至步骤S105:
[0029]S101，在具有缓冲层的GaSb衬底上生长N型下电极层xMLInAs/yMLGaSb ；
[0030]S102，在生长了 N型下电极层上继续生长N型梯度掺杂超晶格层xMLInAs/yMLGaSb ；
[0031]S103，在生长N型梯度掺杂超晶格层上继续进行本征层i层生长xMLInAs/yMLGaSb ；
[0032]S104，在本征层上继续进行P型梯度掺杂超晶格层生长xMLInAs/yMLGaSb ；
[0033]S105，在P型梯度掺杂超晶格层上进行P型上电极层生长xMLInAs/yMLGaSb，以得到梯度掺杂的II类超晶格材料，其中，ML为一个分子层厚度，X和I为分子层个数，各个层的厚度周期数根据II类超晶格材料需求的性能确定。
[0034]本发明实施例在形成II类超晶格材料的过程中，通过通过梯度掺杂的方式逐层建立了不同层级，最后形成II类超晶格材料，通过此方法得到的II类超晶格材料，减小暗电流的同时提高了量子效率，解决了现有技术中，InAs/GaSb II类超晶格红外探测器器件性能与理论值有较大差距，无法满足暗电流和量子效率的要求的问题。
[0035]在实现的过程中，上述方法进一步包括如下过程:
[0036](I)将外延级GaSb衬底装入在分子束外延设备缓冲室设备内，进行第一预定温度和第一预定时长的预处理；
[0037](2)将预处理好的GaSb衬底装入分子束外延设备生长室，进行升温，在GaSb衬底温度高于350°C的情况下，开Sb束流保护，并按照第二预定温度和第二预定时长进行去氧化层的操作，以完成外延前热脱附氧化层工艺；
[0038](3)将去除氧化层后的GaSb衬底降温至500°C，按照预定生长速率和生长厚度进行缓冲层GaSb生长，其中，生长速率为0.5ML/s左右，生长厚度为0.5 μ m ;
[0039](4)在生长完缓冲层后的GaSb衬底降温至超晶格生长温度的情况下，生长N型下电极层xMLInAs/yMLGaSb，厚度为75±2个周期，其中，在生长过程中，交替开启各源炉快门，按照预定浓度对I n A s进行掺杂，浓度由掺杂源温度决定，I n A s层生长速率为
0.1-0.3ML/S，GaSb层生长速率为0.5ML/s，其中，各源炉包括:In源、As源、Ga源、Sb源和惨杂源；
[0040](5)生长N型梯度掺杂超晶格层XMLInAS/yMLGaSb，厚度为25±2个周期，其中，在生长过程中对InAs掺杂，生长过程掺杂源进行均匀降温，以实现在生长过程中达到掺杂浓度由高到低的变化；
[0041](6)生长本征层i层xMLInAs/yMLGaSb，生长厚度为2±0.5 μ m，其中，生长过程中关闭掺杂源快门；
[0042](7)生长？型梯度掺杂超晶格层111^1^8八^11^513，厚度为25±2个周期，其中，生长过程对GaSb进行掺杂，生长过程掺杂源进行均匀升温，实现在生长过程达到掺杂浓度由低到高的变化；
[0043](8)生长？型上电极层111^1^8/7^6&513，厚度为25±2个周期，其中，在生长过程中对GaSb进行掺杂；
[0044](9)生长完成后，除了 Sb源保护外，关闭所有源炉快门进行降温，直到温度降至350°C后，关闭Sb源快门。
[0045]在(I)中，第一预定温度为300°C，第一预定时长为30分钟-60分钟；在(2)中，第二预定温度为530-580°C，第二预定时长为15-30分钟；在(4)中，，按照预定浓度对InAs进行掺杂中，预定浓度为2X1018cm_3-4X1018cm_3 ;在(5)中，在生长N型梯度掺杂超晶格层，对InAs掺杂时，生长过程掺杂源进行T1-T2的均匀降温，以实现在生长过程中达到掺杂浓度由4X 118CnT3?IX 116CnT3的变化，其中，T1实现高掺杂浓度4X 1018cm_3，T2实现低掺杂浓度IXlO16cnT3 ;在(7)中，在生长P型梯度掺杂超晶格层，对GaSb进行掺杂时，生长过程掺杂源进ST3-T4的均匀升温，实现在生长过程达到掺杂浓度由I X 116CnT3?4X 118CnT3的变化，其中T3实现低掺杂浓度IX 1016cm_3，T4实现高掺杂浓度4X 118CnT3 ;在⑶中，在生长P型上电极层，对GaSb进行掺杂时，掺杂源温度为T3，掺杂浓度为2X 1018cm_3-4X 1018cm_3。
[0046]本发明实施例还提供了一种梯度掺杂的II类超晶格材料，该材料是通过上述方法进行制备而来的，其结构示意如图2所示，材料各个层由下至上的顺序包括=GaSb缓冲层、N型下电极层、N型梯度掺杂的InAs/GaSb超晶格层、本征层、P型梯度掺杂的InAs/GaSb超晶格层和P型上电极层。其中，GaSb缓冲层的厚度为0.5 μ m，N型下电极层的厚度为75±2个周期的xMLInAs/yMLGaSb，N型梯度掺杂的InAs/GaSb超晶格层的厚度为25±2个周期，本征层的厚度为2±0.5 μ m，P型梯度掺杂的InAs/GaSb超晶格层的厚度为25±2个周期，P型上电极层的厚度为25±2个周期，其中，ML为一个分子层厚度，X和y为分子层个数。
[0047]优选实施例
[0048]本发明实施例提供一种梯度掺杂结构的InAs/GaSb II类超晶格材料的设计及其制备方法，用以提高InAs/GaSb II类超晶格材料载流子输运性能、降低暗电流。
[0049]本发明提供的GaSb基梯度掺杂的InAs/GaSb II类超晶格材料的结构包括=GaSb缓冲层、下电极层、梯度惨杂的InAs/GaSb超晶格层、本征层i层InAs/GaSb、梯度惨杂的InAs/GaSb超晶格层和上电极层。具体完整材料结构如图3所示，如下:
[0050]第一层是GaSb缓冲层，目的是提高材料平整度，厚度为0.5 μ m。
[0051]第二层是N型下电极层，75周期的xMLInAs/yMLGaSb，对InAs层进行掺杂，掺杂元素为Si或Te、GaTe，掺杂浓度为(2-4) X 11W30
[0052]第三层是N型梯度掺杂超晶格层，厚度为25个xMLInAs/yMLGaSb，对InAs层进行掺杂，掺杂元素为Si或Te、GaTe(N型材料的掺杂元素)，其中，从底层到顶层的浓度变化范围为 I X 116Cm 3 ?(2-4) X 118Cm 3。
[0053]第四层是本征吸收层i层xMLInAs/yMLGaSb，为了达到高的量子效率，厚度在2 μ m以上，周期数为几百个周期的超晶格。
[0054]第五层是P型梯度掺杂超晶格层，厚度为25个xMLInAs/yMLGaSb，对GaSb层进行掺杂，掺杂元素为Be (P型材料的掺杂元素)，其中从底层到顶层的浓度变化范围为I X 116CnT3 ?(2-4) X 118CnT3。
[0055]第六层是P型上电极层，25周期的xMLInAs/yMLGaSb，对GaSb层进行掺杂，掺杂元素为Be,掺杂浓度为(2-4) X 1018cnT3。
[0056]在上述结构中，涉及到的超晶格层由InAs/GaSb两种材料交替生长组成，每个周期厚度由所设计的截止波长所确定，InAs层厚度设定为xML(其中ML代表一个分子层厚度)，GaSb层厚度yML，所设计的截止波长覆盖3 μ m-30 μ m。
[0057]下面介绍上述GaSb基梯度掺杂的InAs/GaSb II类超晶格材料的生长方法:
[0058]1、将外延级GaSb衬底装入在分子束外延设备缓冲室设备进行预处理，缓冲室300 °C预处理30分钟-60分钟。
[0059]2、将经预处理好的GaSb衬底装入分子束外延设备生长室进行升温完成外延前热脱附氧化层工艺，当衬底温度高于350°C开Sb束流(束流大小I X I(T6Torr)保护，去氧化层温度为530-580°C，时间15-30分钟。
[0060]3、将去除氧化层后的GaSb降温至500°C进行缓冲层GaSb生长，生长速率为
0.5ML/s左右，生长厚度为0.5 μ m左右。
[0061]4、将生长完缓冲层后的衬底降温至超晶格生长温度390_420°C左右，首先生长N型电极层75个周期xMLInAs/yMLGaSb，生长过程中对InAs进行掺杂，掺杂浓度为(2-4)X1018cm_3，浓度由掺杂源Si (或Te、GaTe)源温度决定，InAs层生长速率为
0.1-0.3ML/S, GaSb层生长速率为0.5ML/s左右，其中超晶格层生长过程中，交替开关Ga、Sb、In、As等源炉快门实现InAs/GaSb生长。
[0062]5、随后进行N型梯度掺杂超晶格层生长xMLInAs/yMLGaSb，厚度为25周期，生长过程对InAs掺杂，生长过程掺杂源进行均匀降温(T1-T2的变化)，实现在生长过程达到掺杂浓度在IX 116CnT3?(2-4) X 118CnT3之间变化，其中T1实现高掺杂浓度(2-4) X 11W3,T2头现低惨杂浓度1X10 cm。
[0063]6、随后进行本征层i层生长，生长过程关闭掺杂源快门，进行xMLInAs/yMLGaSb生长，生长厚度2 μ m左右。
[0064]7、随后进行P型梯度掺杂超晶格层生长xMLInAs/yMLGaSb，厚度为25周期，生长过程对GaSb进行掺杂，生长过程掺杂源Be进行均匀升温(T3-T4的变化)，实现在生长过程达到掺杂浓度在I X 116CnT3?(2-4) X 118CnT3之间变化，其中T3实现低掺杂浓度I X 11W3,T4实现高掺杂浓度(2-4) X 118CnT3 ；
[0065]8、最后是P型上电极层生长xMLInAs/yMLGaSb，厚度为25周期左右，生长过程对GaSb进行掺杂，掺杂源温度为T3，掺杂浓度为(2-4) X 11W30
[0066]9、生长完以后，除了 Sb源保护外，关闭所有源炉快门进行降温，降温至350°C后，关闭Sb源快门。
[0067]由本发明实施例的方法制备的InAs/GaSb超晶格器件提高了量子效率，降低了电极制备难度，有利于载流子的输运，提高InAs/GaSb II类超晶格红外探测器的性能。下面结合具体实例进行说明。
[0068]实例一
[0069]本发明实施例提供的II类超晶格材料的生长方法包括如下过程:
[0070]1、将外延级GaSb衬底装入在分子束外延设备缓冲室设备进行预处理，缓冲室300°C预处理30分钟；
[0071]2、将经预处理好的GaSb衬底装入分子束外延设备生长室进行升温完成外延前热脱附氧化层工艺，当衬底温度高于350°C开Sb束流(束流大小I X I(T6Torr)保护，去氧化层温度为530°C，时间15分钟；
[0072]3、将去除氧化层后的GaSb降温至500°C进行缓冲层GaSb生长，生长速率为
0.4ML/s，生长厚度为0.45 μ m ;
[0073]4、将生长完缓冲层后的衬底降温至超晶格生长温度390°C，首先生长N型电极层75个周期，生长过程中对InAs进行掺杂，掺杂浓度为(2-4) X1018cm_3，浓度由掺杂源Si (或TeXdTe)源温度决定，InAs层生长速率为0.1-0.3ML/s，GaSb层生长速率为0.5ML/s左右，其中超晶格层生长过程中，交替开关Ga、Sb、In、As等源炉快门实现InAs/GaSb生长；
[0074]5、随后进行N型梯度掺杂超晶格层生长，厚度为25周期，生长过程掺杂源进行均匀降温(T「T2的变化)，实现在生长过程达到掺杂浓度I X 116CnT3?(2-4) X 118CnT3的变化，其中T1实现高掺杂浓度(2-4) X 11W3, T2实现低掺杂浓度I X 116CnT3 ；
[0075]6、随后进行本征层i层生长，生长过程关闭掺杂源快门，进行xMLInAs/yMLGaSb生长，生长厚度1.8μπι;
[0076]7、随后进行P型梯度掺杂超晶格层生长，厚度为25周期，生长过程掺杂源Be进行均匀升温(T3-T4的变化)，实现在生长过程达到掺杂浓度I X 116CnT3?(2-4) X 118CnT3的变化，其中T3实现低掺杂浓度IX 1016cm_3，T4实现高掺杂浓度(2-4) X 1018cm_3 ；
[0077]8、最后是P型上电极层生长，厚度为25周期左右，掺杂源温度为T3,掺杂浓度为(2-4) X 118CnT3 ；
[0078]9、生长完以后，除了 Sb源保护外，关闭所有源炉快门进行降温，降温至350°C后，关闭Sb源快门。
[0079]实例二
[0080]本发明实施例提供的II类超晶格材料的生长方法包括如下过程:
[0081]1、将外延级GaSb衬底装入在分子束外延设备缓冲室设备进行预处理，缓冲室300 °C预处理60分钟；
[0082]2、将经预处理好的GaSb衬底装入分子束外延设备生长室进行升温完成外延前热脱附氧化层工艺，当衬底温度高于350°C开Sb束流(束流大小I X I(T6Torr)保护，去氧化层温度为580°C，时间30分钟；
[0083]3、将去除氧化层后的GaSb降温至500°C进行缓冲层GaSb生长，生长速率为
0.5ML/s，生长厚度为0.5 μ m ;
[0084]4、将生长完缓冲层后的衬底降温至超晶格生长温度420°C，首先生长N型电极层75个周期，生长过程中对InAs进行掺杂，掺杂浓度为(2-4) X1018cm_3，浓度由掺杂源Si (或TeXdTe)源温度决定，InAs层生长速率为0.1-0.3ML/s，GaSb层生长速率为0.5ML/s左右，其中超晶格层生长过程中，交替开关Ga、Sb、In、As等源炉快门实现InAs/GaSb生长；
[0085]5、随后进行N型梯度掺杂超晶格层生长，厚度为25周期，生长过程掺杂源进行均匀降温(T「T2的变化)，实现在生长过程达到掺杂浓度I X 116CnT3?(2-4) X 118CnT3的变化，其中T1实现高掺杂浓度(2-4) X 11W3, T2实现低掺杂浓度I X 116CnT3 ；
[0086]6、随后进行本征层i层生长，生长过程关闭掺杂源快门，进行xMLInAs/yMLGaSb生长，生长厚度2μπι;
[0087]7、随后进行P型梯度掺杂超晶格层生长，厚度为25周期，生长过程掺杂源Be进行均匀升温(T3-T4的变化)，实现在生长过程达到掺杂浓度I X 116CnT3?(2-4) X 118CnT3的变化，其中T3实现低掺杂浓度IX 1016cm_3，T4实现高掺杂浓度(2-4) X 1018cm_3 ；
[0088]8、最后是P型上电极层生长，厚度为25周期左右，掺杂源温度为T3，掺杂浓度为(2-4) X 118CnT3 ；
[0089]9、生长完以后，除了 Sb源保护外，关闭所有源炉快门进行降温，降温至350°C后，关闭Sb源快门.
[0090]本发明实施例提供的梯度掺杂的InAs/GaSb II类超晶格材料及其制备方法，可增强载流子在吸收层的迁移距离，有利于减小暗电流，提高了器件探测器率和量子效率。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不限于各层的厚度、梯度掺杂的各层掺杂浓度、电极层和上下掺杂层间的材料类型，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0091]尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。
【权利要求】
1.一种梯度掺杂的II类超晶格材料的制备方法，其特征在于，包括: 在具有缓冲层的GaSb衬底上生长N型下电极层xMLInAs/yMLGaSb ； 在生长了 N型下电极层上继续生长N型梯度掺杂超晶格层xMLInAs/yMLGaSb ； 在生长N型梯度掺杂超晶格层上继续进行本征层i层生长xMLInAs/yMLGaSb ； 在本征层上继续进行P型梯度掺杂超晶格层生长xMLInAs/yMLGaSb ； 在P型梯度掺杂超晶格层上进行P型上电极层生长xMLInAs/yMLGaSb，以得到梯度掺杂的II类超晶格材料； 其中，ML为一个分子层厚度，X和y为分子层个数，各个层的厚度周期数根据II类超晶格材料需求的性能确定。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括: 在生长完缓冲层后的GaSb衬底降温至超晶格生长温度的情况下，生长N型下电极层xMLInAs/yMLGaSb，厚度为75±2个周期，其中，在生长过程中，交替开启各源炉快门，按照预定浓度对InAs进行掺杂，浓度由掺杂源温度决定，InAs层生长速率为0.1-0.3ML/s，GaSb层生长速率为0.5ML/s，其中，各源炉包括:In源、As源、Ga源、Sb源和掺杂源； 生长N型梯度掺杂超晶格层xMLInAs/yMLGaSb，厚度为25 ± 2个周期，其中，在生长过程中对InAs掺杂，生长过程掺杂源进行均匀降温，以实现在生长过程中达到掺杂浓度由高到低的变化； 生长本征层i层xMLInAs/yMLGaSb，生长厚度为2±0.5 μ m，其中，生长过程中关闭掺杂源快门； 生长P型梯度掺杂超晶格层xMLInAs/yMLGaSb，厚度为25±2个周期，其中，生长过程对GaSb进行掺杂，生长过程掺杂源进行均匀升温，实现在生长过程达到掺杂浓度由低到高的变化； 生长P型上电极层xMLInAs/yMLGaSb，厚度为25±2个周期，其中，在生长过程中对GaSb进行掺杂； 生长完成后，除了 Sb源保护外，关闭所有源炉快门进行降温，直到温度降至350°C后，关闭Sb源快门。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，按照预定浓度对InAs进行掺杂中，所述预定浓度为 2 X 11WM X 11WO
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于， 在生长N型梯度掺杂超晶格层，对InAs掺杂时，生长过程掺杂源进行T1-T2的均匀降温，以实现在生长过程中达到掺杂浓度由4X 118CnT3?IX 116CnT3的变化，其中，T1实现高掺杂浓度4 X 1018cnT3，T2实现低掺杂浓度I X 116cnT3 ； 在生长P型梯度掺杂超晶格层，对GaSb进行掺杂时，生长过程掺杂源进行T3-T4的均匀升温，实现在生长过程达到掺杂浓度由IX 116CnT3?4 X 118CnT3的变化，其中T3实现低掺杂浓度I X 11W3, T4实现高掺杂浓度4X 1018cm_3。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于， 在生长P型上电极层，对GaSb进行掺杂时，掺杂源温度为T3,掺杂浓度为2 X 118Cm 3_4 X 118Cm 3。
6.如权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，生长有缓冲层的GaSb衬底包括如下过程: 将外延级GaSb衬底装入在分子束外延设备缓冲室设备内，进行第一预定温度和第一预定时长的预处理； 将预处理好的GaSb衬底装入分子束外延设备生长室，进行升温，在所述GaSb衬底温度高于350°C的情况下，开Sb束流保护，并按照第二预定温度和第二预定时长进行去氧化层的操作，以完成外延前热脱附氧化层工艺； 将去除氧化层后的GaSb衬底降温至500°C，按照预定生长速率和生长厚度进行缓冲层GaSb生长，其中，生长速率为0.5ML/s左右，生长厚度为0.5 μ m。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，第一预定温度为300°C，第一预定时长为30分钟-60分钟。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，第二预定温度为530-580°C，第二预定时长为15-30分钟。
9.一种梯度掺杂的II类超晶格材料，通过权利要求1至8中任一项所述的方法进行制备，其特征在于，所述材料各个层由下至上的顺序包括: GaSb缓冲层、N型下电极层、N型梯度掺杂的InAs/GaSb超晶格层、本征层、P型梯度掺杂的InAs/GaSb超晶格层和P型上电极层。
10.如权利要求9所述的梯度掺杂的II类超晶格材料，其特征在于， 所述GaSb缓冲层的厚度为0.5μπι，所述N型下电极层的厚度为75±2个周期的xMLInAs/yMLGaSb，所述N型梯度掺杂的InAs/GaSb超晶格层的厚度为25±2个周期，所述本征层的厚度为2 ±0.5 μ m，所述P型梯度掺杂的InAs/GaSb超晶格层的厚度为25 ±2个周期，所述P型上电极层的厚度为25±2个周期，其中，ML为一个分子层厚度，X和y为分子层个数。
【文档编号】H01L31/18GK104134712SQ201410323310
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】邢伟荣, 刘铭, 尚林涛, 周朋, 巩锋, 周立庆 申请人:中国电子科技集团公司第十一研究所