[发明专利]在锑化镓衬底上生长InAsxSb1-x薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及晶体外延生长技术领域，是一种在锑化镓衬底上生长InAsxSb1-x薄膜的方法。

背景技术

远红外线(λ>8μm)探测器在民用和军用上都有广泛的用途，如热成像仪、驾驶员夜视增强观察仪和各种遥感设备等。现在实用化的远红外线探测材料就只有Hg_xCd_1-xTe一种，而Hg_xCd_1-xTe又有稳定性和大面积均匀性差的缺点，所以人们一直在致力于寻找Hg_xCd_1-xTe的替代材料，InAs_xSb_1-x是其中非常理想的一种。InAs_xSb_1-x的禁带宽度可随x从0.36eV变化到0.099eV(对应波长范围为3.1～12.5μm)，也像Hg_xCd_1-xTe一样有很高的载流子迁移率和低的介电常数，但它的化学稳定性好，自扩散系数低，而且III—V族半导体的外延生长和加工处理工艺相对容易并高度发达。

一些III-V族化合物半导体材料如GaAs、GaSb、InAs和InSb都可以作为外延InAs_xSb_1-x薄膜的衬底，但由于InAs和InSb之间有6.9％的晶格失配，外延中间成分的InAs_xSb_1-x薄膜就变得比较困难。与其它材料相比，GaSb与InAs_xSb_1-x薄膜的晶格失配较小且熔点较高，因此GaSb可作为较为理想的生长衬底。但由于GaSb和InAs_xSb_1-x之间仍有晶格失配，使得在GaSb上生长高质量的InAs_xSb_1-x薄膜也比较困难。目前人们主要是用分子束外延(MBE)和低压有机金属化学气相沉积(LP-MOCVD)法来生长，但由于这两种方法生长的薄膜都比较薄(一般厚度都小于1μm)，以至于薄膜材料性能严重受到界面晶格失配的影响。而已有报道称若InAs_xSb_1-x外延薄膜厚度超过2μm时，界面晶格失配对整体的性能影响已经很小。液相外延法生长的外延薄膜厚度一般都有几微米甚至更厚，但是若晶格失配大外延生长就很困难。目前有文献报道的液相外延法生长InAs_xSb_1-x薄膜，其成分范围为x<10％，还不能达到红外长波长探测要求。所以设计适当的工艺使用液相外延法能在GaSb衬底上外延生长出能实用的InAs_xSb_1-x薄膜有很大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在GaSb衬底上外延生长出能实用的InAs_xSb_1-x薄膜的液相外延生长工艺。液相外延是指在液相外延炉中，含溶质的溶液(或熔体)借助过冷而使溶质在衬底上以薄膜形式外延生长的方法。液相外延是在动力学平衡条件下生长的，其优点是外延层化学稳定性高，设备简单，生长费用低。

本发明的技术方案是：

一种在锑化镓(GaSb)衬底上外延生长InAs_xSb_1-x薄膜的液相外延生长方法，其特征在于，步骤包括：

1)用石磨或石英制成生长舟，作为生长容器；

2)将一衬底置于生长容器中，用于在其上进行外延生长；

3)将含有铟(In)、锑(Sb)和砷(As)的源按原子数比In:Sb:As＝1:y:(1-y)配制成生长母源，并将它们放入生长容器中，在外延炉中经充分熔解并均匀混合后，在过冷度为1—10K的条件下进行外延生长，得到生长薄膜；

进一步，所述衬底是锑化镓单晶片。

进一步，所述衬底是在GaSb单晶片衬底上生长的缓冲层。

进一步，所述生长薄膜厚度在10～100μm之间。

进一步，所述生长过程的温度范围是673K—873K。

进一步，所述生长母源的成分y的取值范围为：0.5<y<1.0。