一种InAs基InGaAs/InAsSb超晶格材料及其生长方法和应用

摘要

本发明属于半导体材料领域，具体涉及一种InAs基InGaAs/InAsSb超晶格材料及其生长方法和应用。该超晶格材料包括依次堆叠的若干In

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料领域，具体涉及一种InAs基InGaAs/InAsSb超晶格材料及其生长方法和应用。

背景技术

锑化物II类超晶格由于拥有生长技术成熟、量子效率高以及能带调控灵活等优点，成为红外光电器件的优选材料之一。现有技术中常采用InAs/InAsSb与InAs/GaSb等其他锑化物II类超晶格材料。其中InAs/InAsSb材料主要用于中波红外（3-5μm）光电器件，一般8nm以上的超晶格周期厚度才能够达到5μm的截止波长，而根据II类超晶格光吸收特点，超晶格周期厚度越长会造成量子效率衰减，因此InAs/InAsSb材料体系一直存在量子效率较低的缺陷。另一类InAs/GaSb材料体系截止波长可以覆盖中波至长波红外波段（3-12μm），但是超晶格中包含的GaSb材料存在本征P型缺陷，限制了该材料体系的载流子迁移率。另外由于InAs/GaSb超晶格两种组成材料均是二元化合物，调节截止波长只有改变超晶格层厚这一种手段，这在器件设计与材料生长方面造成了很大限制。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种InAs基InGaAs/InAsSb超晶格材料及其生长方法和应用，该大应变超晶格材料晶体质量优异，缺陷密度低，且不含有GaSb材料，可获得较高载流子迁移率与光电性能。

按照本发明的技术方案，所述InAs基InGaAs/InAsSb超晶格材料，包括依次堆叠的若干In

优选的，0.6≤x≤0.9，0.6≤y≤0.9；进一步优选为：0.7≤x≤0.8，0.7≤y≤0.8。

本发明InAs基InGaAs/InAsSb超晶格材料中电子被限制在In

对于相同截止波长的In

为获得高质量InAs基In

S1、标定InAs衬底脱氧及InAs缓冲层生长条件；

S2、根据步骤A标定的InAs衬底脱氧温度T

S3、选定单层In

S4、获得In

S5、使用步骤S1-S4所得超晶格生长参数，以及不同的Sb束流生长In

S6、使用步骤S1-S5所得超晶格生长参数生长In

S7、使用超晶格材料最佳生长温度，以及步骤S1-S5所得其他超晶格生长参数，生长所述InAs基InGaAs/InAsSb超晶格材料；

所述步骤S3、S4和步骤S1-S2的顺序不限。

进一步的，所述步骤S1的具体操作如下：

S11、将除气后的InAs衬底送入生长室，在As束流保护下升温至脱氧，将脱氧温度T

S12、调整In炉温度获得InAs生长速率r

进一步的，所述步骤S11中，将InAs衬底在进样室及缓冲室中进行除气。

进一步的，所述步骤S11中，以（T

进一步的，根据InAs衬底脱氧温度T

进一步的，所述步骤S3中，单层In

其中a

优选的，In

进一步的，所述步骤S4中，调整Ga炉温度获得GaAs在InAs衬底上生长速率r

进一步的，所述步骤S5中，根据所生长超晶格材料的XRD图谱分析得到InAs

进一步的，所述步骤S6中，获取超晶格材料最佳生长温度的方法如下：

如果超晶格材料表面缺陷密度不高于500cm

所得超晶格材料表面缺陷密度大于500cm

本发明的第三方面提供了一种中波红外光电器件，包括上述InAs基InGaAs/InAsSb超晶格材料。

采用该方法得到的参数生长In

本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明超晶格材料可用于中波红外光电器件，通过改变超晶格原胞内各层厚度与组分可使其红外吸收截止波长在3-7μm范围内调节；本发明生长方法得到的参数生长In

附图说明

图1是InAs

图2是InAs

图3是本发明的In

图4是本发明的实施例1步骤E2中超晶格材料XRD图谱。

图5是本发明的实施例1超晶格材料XRD图谱。

图6是本发明的实施例1超晶格材料表面AFM扫描照片。

图7是本发明的实施例1超晶格材料光吸收谱。

图8是本发明的实施例2步骤E2中超晶格材料XRD图谱。

图9是本发明的实施例2超晶格材料XRD图谱。

图10是本发明的实施例2超晶格材料表面AFM扫描照片。

图11是本发明的实施例2超晶格材料光吸收谱。

附图标记说明：1- In

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图3所示，本发明的InAs基InGaAs/InAsSb超晶格材料，包括依次堆叠的若干In

实施例1

本实施例提供一种InAs基大应变In

超晶格结构中In

材料采用分子束外延技术在InAs衬底上外延生长，步骤包括：

A、标定InAs衬底脱氧及InAs缓冲层生长条件

A1、将InAs衬底在进样室及缓冲室中除气；

A2、将InAs衬底送入生长室，在As束流保护下升温至脱氧，将脱氧温度610℃记为后续外延生长的基准温度；

A3、调整In炉温度获得InAs生长速率1Å/s对应束流8.7E-8Torr，调整As炉状态以获得InAs缓冲层生长所需As束流9.2E-7Torr；

A4、在580℃衬底温度下，生长InAs缓冲层；

B、根据InAs

超晶格材料实际生长温度选取为520℃；

C、为达到超晶格原胞对InAs衬底的应力补偿条件，晶格原胞内In

将In

D、调整Ga炉温度获得GaAs在InAs衬底上生长速率0.43Å/s对应束流8.0E-8Torr，调整As炉状态以获得In

E、获得InAs

E1、使用上述步骤所得超晶格生长参数，分别使用1.6E-8Torr与2.3E-8Torr的Sb束流生长超晶格材料中的InAs

E2、根据XRD图谱分析得到：使用1.6E-8Torr Sb束流生长InAs

E3、根据线性拟合方法选取超晶格材料相对InAs衬底应零应变对应的InAs

F、使用上述步骤所得超晶格生长参数，生长In

使用以上方法所得生长参数生长得到In

实施例2

本实施例提供一种InAs基大应变In

超晶格结构中In

材料采用分子束外延技术在InAs衬底上外延生长，步骤包括：

A、标定InAs衬底脱氧及InAs缓冲层生长条件

A1、将InAs衬底在进样室及缓冲室中除气；

A2、将InAs衬底送入生长室，在As束流保护下升温至脱氧，将脱氧温度610℃记为后续外延生长的基准温度；

A3、调整In炉温度获得InAs生长速率0.85Å/s对应束流7.4E-8Torr，调整As炉状态以获得InAs缓冲层生长所需As束流8.0E-7Torr；

A4、在590℃衬底温度下，生长InAs缓冲层；

B、根据InAs

超晶格材料实际生长温度选取为550℃；

C、为达到超晶格原胞对InAs衬底的应力补偿条件，晶格原胞内In

将In

D、调整Ga炉温度获得GaAs在InAs衬底上生长速率0.37Å/s对应束流6.8E-8Torr，调整As炉状态以获得In

E、获得InAs

E1、使用上述步骤所得超晶格生长参数，分别使用3.25E-8Torr与2.5E-8Torr的Sb束流生长超晶格材料中的InAs

E2、根据XRD图谱分析得到：使用3.25E-8Torr Sb束流生长InAs

E3、根据线性拟合方法选取超晶格材料相对InAs衬底应零应变对应的InAs

F、使用上述步骤所得超晶格生长参数，生长In

使用以上方法所得生长参数生长得到In

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。