[发明专利]一种无应力层的二类超晶格红外探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种无应力层的二类超晶格红外探测器及制备方法，包括依次设置的P型电极、电子势垒层、吸收层、空穴势垒层和N型电极；其中，所述吸收层采用InAsSb/GaSb超晶格，所述空穴势垒层采用InAsSb/AlAsSb超晶格。本发明各层均与GaSb衬底晶格匹配，克服了层与层之间存在大失配的问题，可显著提高超晶格生长温度和超晶格材料质量，InAsSb/GaSb厚度组分决定了截止波长，InAsSb/AlAsSb厚度组分决定了空穴势垒高度，截止波长和空穴势垒的调节无需考虑层与层之间的失配问题，且没有复杂的界面问题，从而简化超晶格生长难度，提高超晶格红外探测器性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种无应力层的二类超晶格红外探测器及制备方法。

背景技术

InAs/GaSb二类超晶格由于拥有衬底尺寸大、材料均匀性好、截止波长容易调节、成本低的优势，在红外探测器领域被认为是碲镉汞的最佳替代者。现有红外探测器中，InAs/GaSb超晶格作为吸收层，InAs/AlSb超晶格作为空穴阻挡层，存在以下问题：

由于InAs与GaSb之间存在-6000ppm的晶格失配，通常引入InSb层来平衡应力，这样InAs/GaSb超晶格的生长温度就决定于InSb层的生长温度，InSb的最佳生长温度很低（390-410℃），但是在该温度下，高质量GaSb对生长条件（束流五三比、生长速率等）要求很精确（Sb/Ga束流比严格控制在1:1附近，2%的误差即可导致材料质量的迅速下降），因此InAs/GaSb超晶格生长温度窗口窄，InAs/GaSb超晶格中GaSb材料很难长好。

InAs/GaSb二类超晶格主要通过调节InAs厚度来改变截止波长，随着截止波长增加，所需的InAs厚度越大，产生的失配应力越大。造成的问题：第一，由于InAs和GaSb之间大的失配，厚的InAs层不容易长好；第二，InAs厚度增加，相应的应力补偿层InSb厚度就要增加，InSb和GaSb晶格失配高达62900ppm，厚的InSb层很容易弛豫，一旦弛豫，材料质量会急剧下降。因此，应力补偿层的存在导致高质量材料的获得和生长控制的难度增加。

空穴阻挡层中InAs与AlSb厚度比为1:1时，InAs/AlSb不需要应力补偿层即可与GaSb衬底匹配。一旦偏离1:1，就需要引入应力补偿层InSb（提高正失配）或AlAs（提高负失配），导致材料生长难度增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种无应力层的二类超晶格红外探测器及制备方法，无需引入应力补偿层克服层与层之间的失配问题，且各层的生长温度窗口接近，各层更容易得到高质量外延材料。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无应力层的二类超晶格红外探测器，包括依次设置的P型电极、电子势垒层、吸收层、空穴势垒层和N型电极；

其中，所述吸收层采用InAsSb/GaSb超晶格，所述空穴势垒层采用InAsSb/AlAsSb超晶格。

作为本发明的进一步改进，所述吸收层的厚度为500-10000nm；所述空穴势垒层的厚度为100-500nm，所述空穴势垒层中的AlAsSb厚度为0.5-5nm；所述空穴势垒层中的InAsSb厚度等于或大于所述吸收层中的InAsSb厚度2-10A。

作为本发明的进一步改进，所述P型电极和所述N型电极均采用InAsSb/GaSb超晶格。

作为本发明的进一步改进，所述电子势垒层采用Al_xGa_1-xAs_ySb_1-y，其中，x为Al的组分，y为As的组分，x、y满足：

。

作为本发明的进一步改进，所述吸收层和所述空穴势垒层中的InAsSb中Sb的组分为0.09；所述空穴势垒层具有的AlAsSb中As组分为0.08；所述电子势垒层中Al组分x为0.22。