一种超晶格材料生长界面控制方法技术

本超晶格材料生长界面控制方法

【技术实现步骤摘要】
一种超晶格材料生长界面控制方法、加工设备及探测器


[0001]本专利技术涉及半导体材料
，具体指一种超晶格材料生长界面控制方法
、
加工设备及探测器
。

技术介绍

[0002]在现有技术中，通常选用
GaSb
衬底，在
390
‑
410℃
的条件下采用
InAs/GaSb
超晶格作为吸收层
、InAs/AlSb
超晶格作为空穴势垒层制备红外探测器
。InAs/GaSb
超晶格必须引入
InSb
或高
Sb
组分
InAsSb
应力补偿层来实现和衬底的晶格匹配
。
对于
InAs/AlSb
超晶格，当
InAs
与
AlSb
厚度比为
1:1
时，可以实现自发晶格匹配，一旦二者厚度比例偏离
1:1
，就需要引入
InSb、
高
Sb
组分的
InAsSb、
或
AlAs
作为应力补偿层来实现晶格匹配
。
[0003]在引入补偿层之后，
InAs/GaSb
超晶格的生长温度就受到了
InSb
层生长温度的限制
。
而
InSb
的最佳生长温度通常为
390
‑
410℃
之间，在该温度下，高质量
GaSb
对束流比
、
生长速率等生长条件要求就变得更为严苛，如，
Sb/Ga
束流比需要严格控制在
1:1
附近，如果误差达到
2%
即可能导致材料质量的迅速下降
。
因此，其生长条件窗口十分狭窄，相应地，整体材料也难以实现高质量生长
。
[0004]目前行业内已经尝试制备无应力层的超晶格材料，即：采用吸收层为
InAsSb/GaSb
超晶格，且空穴势垒层为
InAsSb/AlAsSb
超晶格进行整体制备，这两种超晶格材料都可以在高温（
450
‑
510℃
）条件下生长，尤其是在高温条件下，
InAsSb、GaSb、AlAsSb
对五三比要求更加宽松，材料生长更加趋向二维模式生长，由此更容易得到高质量材料
。
[0005]但是对于
InAsSb
x
/GaSb
超晶格来说，高温下生长有两个问题需要克服，其一，由于
InSb
界面层一旦形成，其在高温下会迅速弛豫，进而导致材料质量急剧下降，因此，如何抑制
InAsSb
x
和
GaSb
之间形成
InSb
界面层是材料生长的关键
。
其二，
InAsSbx
层生长结束后需要大
As
束流的保护，因此加工腔体内
As
的浓度很高，但是
GaSb
的生长需要腔体内
As
背景浓度尽可能小，否则形成的就是
GaAsxSb
材料，因此加工腔体内的
As
浓度会对
GaSb
的生长质量造成严重影响
。
同样地，在
InAsSb
x
/AlAs
y
Sb
超晶格生长中也有类似问题
。
因此
InAsSb
x
/GaSb
超晶格以及
InAsSb
x
/AlAs
y
Sb
超晶格的生长都需要特殊的界面设计
。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中
InAsSb
x
/GaSb
，
InAsSbx/AlAs
y
Sb
超晶格界面不清晰
、
超晶格中
GaSb
和
AlAsySb
材料纯度不够
、InSb
界面层容易出现且严重影响材料质量的问题，提供一种超晶格材料生长界面控制方法
、
加工设备及探测器
。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种超晶格材料生长界面控制方法，其用以控制生长吸收层为
InAsSb
x
/GaSb
超晶格且空穴势垒层为
InAsSb
x
/AlAs
y
Sb
超晶格的超晶格材料的生长过程，其中，生长所述吸收层时包括如下步骤：在生长前需要分别确认所需的
As
‑1束流
、Sb
‑1束流
、Sb
‑2束流对应的阀位，生长时始终维持
Sb
‑1炉
、Sb
‑2炉在目标阀位；
S1、
打开
In
快门，生长第一周期的
InAsSb
x
层，生长结束后关闭
In
快门，此时生长表面处于
As
‑1束流和
Sb
‑1束流氛围保护；
S2、
同时打开
Ga
炉快门和
Sb
‑2炉快门
、
关闭
Sb
‑1炉快门和
As
‑1炉快门且将
As
‑1炉阀门关到0，在此条件下生长第一单原子层
GaSb
；
S3、
关闭
Ga
炉快门，在
Sb
‑2束流作用下保护所述第一单原子层
GaSb
第一预设时间；
S4、
打开
Ga
炉快门，在此条件下生长第二单原子
GaSb
层；
S5、
关闭
Ga
炉快门，在
Sb
‑2束流作用下保护所述第二单原子层
GaSb
第二预设时间；
S6、
重复步骤
S4
和
S5
，直至单原子
GaSb
生长至预设层数；
S7、
打开
Ga
炉快门，生长
GaSb
至目标厚度，所述
GaSb
目标厚度为步骤
S2
至步骤
S5
中所有所述单原子层
GaSb
厚度之和与步骤
S7
中生长的
GaSb
层总厚度；
S8、
关闭
Ga
炉快门，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超晶格材料生长界面控制方法，其特征在于：用以控制生长吸收层为
InAsSb
x
/GaSb
超晶格且空穴势垒层为
InAsSb
x
/AlAs
y
Sb
超晶格的超晶格材料的生长过程，其中，生长所述吸收层时包括如下步骤：在生长前需要分别确认所需的
As
‑1束流
、Sb
‑1束流
、Sb
‑2束流对应的阀位，生长时始终维持
Sb
‑1炉
、Sb
‑2炉在目标阀位；
S1、
打开
In
快门，生长第一周期的
InAsSb
x
层，生长结束后关闭
In
快门，此时生长表面处于
As
‑1束流和
Sb
‑1束流氛围保护；
S2、
同时打开
Ga
炉快门和
Sb
‑2炉快门
、
关闭
Sb
‑1炉快门和
As
‑1炉快门且将
As
‑1炉阀门关到0，在此条件下生长第一单原子层
GaSb
；
S3、
关闭
Ga
炉快门，在
Sb
‑2束流作用下保护所述第一单原子层
GaSb
第一预设时间；
S4、
打开
Ga
炉快门，在此条件下生长第二单原子
GaSb
层；
S5、
关闭
Ga
炉快门，在
Sb
‑2束流作用下保护所述第二单原子层
GaSb
第二预设时间；
S6、
重复步骤
S4
和
S5
，直至单原子
GaSb
生长至预设层数；
S7、
打开
Ga
炉快门，生长
GaSb
至目标厚度，所述
GaSb
目标厚度为步骤
S2
至步骤
S5
中所有所述单原子层
GaSb
厚度之和与步骤
S7
中生长的
GaSb
层总厚度；
S8、
关闭
Ga
炉快门，在
Sb
‑2束流保护下，将
As
‑1炉阀门调整至初始位置；
S9、
打开
As
‑1炉快门
、Sb
‑1炉快门，关闭
Sb
‑2炉快门后，重复步骤
S1
到
S9
若干次，即可得到需要厚度的
InAsSbx/GaSb
超晶格材料；生长所述空穴势垒层时包括如下步骤：在生长前需要分别确认所需的
As
‑1束流
、As
‑2束流
、Sb
‑1束流以及
Sb
‑2束流对应的阀位，生长时始终维持
Sb
‑1束流
、Sb
‑2束流
、As
‑2束流在目标阀位；
a、
打开
In
快门，生长第一周期的
InAsSb
x
层，生长结束后关闭
In
快门，此时生长表面处于
As
‑1束流和
Sb
‑1束流氛围保护；
b、
同时打开
Al
炉快门
、As
‑2炉快门以及
Sb
‑2炉，同时关闭
Sb
‑1炉快门和
As
‑1炉快门且将
As
‑1炉阀门关到0，在此条件下生长第一单原子层
AlAsSyb
；
c、
关闭
Al
炉快门和
As
‑2炉快门，在
Sb
‑2束流作用下保护第一单原子层
AlAsySb
第三预设时间；
d、
打开
Al
炉快门和
As
‑2炉快门，在此条件下生长第二单原子
AlAsySb
层；
e、
关闭
Al
炉快门和
As
‑2炉快门，在
Sb
‑2束流作用下保护所述第二单原子层
AlAsySb
第四预设时间；
f、
重复步骤
d
和
e
，直至单原子
AlAsySb
生长至预设层数；
g、
打开
Al
和
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国祯，陈意桥，
申请(专利权)人：苏州焜原光电有限公司，
类型：发明
国别省市：