[发明专利]提高锑化物基Ⅱ类超晶格材料质量的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料与器件技术领域，具体是一种提高锑化物基Ⅱ类超晶格材料质量的方法，它可被应用于锑化物基Ⅱ类超晶格相关材料的高质量制备。

背景技术

基于Ⅲ-Ⅴ族半导体的锑化物基Ⅱ类超晶格材料是一种新型的红外探测器材料，能同时满足第三代红外探测器对高探测率、大面阵、多波段、低功耗、低成本等要求，因此成为了第三代红外探测器材料的最佳选择而被国际上广泛看好。

锑化物基Ⅱ类超晶格是由两种或以上的基于InAs、GaSb的二元或多元化合物半导体薄层，按一定的设计顺序周期性地重复沉积而成。在超晶格材料(尤其是p-i-n结构探测器件的i层)中，杂质与缺陷会散射载流子、影响少子寿命，对其电学性能影响显著。另一方面，由于在超晶格的生长过程中腔室里的As分压和Sb分压较高，在这两种Ⅴ族源频繁交替切换的过程中，生长的超晶格各层之间的界面容易发生As、Sb元素互混，降低两种材料界面处的纯度，从而降低界面质量。因此，要提高锑化物基Ⅱ类超晶格红外探测器的探测率、良品率和稳定性，必须设法在超晶格材料的生长过程中提高其纯度及界面质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高锑化物基Ⅱ类超晶格材料质量的方法,采用原子氢来辅助超晶格材料的分子束外延生长过程，可提高材料纯度与界面质量。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：

提高锑化物基Ⅱ类超晶格材料质量的方法，包括以下步骤：

步骤一：在高真空腔室中，执行材料的生长；

步骤二：对于需要提高材料质量的部分，在生长过程进行到该部分时，开启原子氢源的束流覆盖材料表面，原子氢源的激发功率为50-200W，期间的真空度为1×10^-8-1×10^-6Torr；

步骤三：高质量材料的部分生长完毕后，关闭原子氢源，之后可继续执行后续的材料生长工艺。

进一步的，所述步骤一中的材料为锑化物基Ⅱ类超晶格相关的Ⅲ-Ⅴ族锑化物及砷化物材料。

进一步的，所述步骤一中的材料生长方法为分子束外延。

进一步的，所述步骤一中的高真空腔室，其本底真空度高于1×10^-9Torr。

与现有技术相比，本发明提高锑化物基Ⅱ类超晶格材料质量的方法的有益效果是：1)在生长过程中引入原子氢可即时钝化杂质，提高载流子迁移率，并且材料经过热退火后性能不退化；2)原子氢有助于外延生长时材料逐层在二维平面成核，促进了超晶格材料的二维生长模式，从而提升外延原子层的平整度并抑制缺陷、位错、层错的形成，提高外延材料质量；3)在生长过程中引入原子氢时，可以使用更低的As分压和Sb分压，减弱界面Ⅴ族元素互混现象，易于得到界面质量更好的超晶格材料。

具体实施方式

下面用实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明的提高锑化物基Ⅱ类超晶格材料质量的方法可应用于锑化物基Ⅱ类超晶格相关材料的生长工艺。为了更明显地表现本发明的使用效果，下面对本发明的一个优选实施例进行详细描述，本实施例选择了生长锑化物基Ⅱ类超晶格InAs/GaSb中的InAs以展示应用本发明后的材料生长结果。本实施例的步骤包括：

步骤一：在本底真空度为5×10^-10Torr的高真空腔室中，以GaAs为衬底，采用分子束外延方法生长InAs材料；

步骤二：生长开始时，同步开启原子氢源的束流覆盖材料表面，原子氢源的激发功率为150W，期间的真空度为2×10^-7Torr；

步骤三：在开启原子氢源的状态下生长6微米InAs之后，关闭原子氢源。

作为对比例，另取GaAs衬底生长InAs材料，重复执行上述步骤，不同之处仅在于：在步骤二、三中，不开启原子氢源，生长过程中真空度为5×10^-9Torr。

实施例和对比例各生长了6微米厚的InAs材料，测得77K温度下对比例样品的载流子迁移率为62000cm²/V·s，而实施例样品的载流子迁移率可达98000cm²/V·s，并且经过400摄氏度的热退火之后，实施例样品的载流子迁移率不变。

对比可见，采用本发明的方法，以原子氢来辅助超晶格材料的分子束外延生长过程，有效地提高了样品的载流子迁移率，这表明本发明的方法钝化了材料中的杂质、抑制了缺陷的形成，可得到高质量的Ⅱ类超晶格材料。

以上所述的仅是本发明的一种实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。