一种梯度掺杂的Ⅱ类超晶格材料及其制备方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，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
本专利技术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。
技术介绍
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。 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。 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。 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。
技术实现思路
本专利技术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。 为解决上述技术问题，一方面，本专利技术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。 进一步,所述方法包括: 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。 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。 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。 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。 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。 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。 进一步，第二预定温度为530_580°C，第二预定时长为15-30分钟。 另一方面，本专利技术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。 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。 本专利技术在形成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】 图1是本专利技术实施例中梯度掺杂的II类超晶格材料的制备方法的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢伟荣，刘铭，尚林涛，周朋，巩锋，周立庆，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11