本發(fā)明涉及一種II類超晶格材料，特別涉及一種基于砷化銦襯底的新型II類超晶格結(jié)構(gòu)及制備方法，它應(yīng)用于中波、長波、甚長波紅外焦平面探測(cè)器。

背景技術(shù)：

InAs/GaSb II類超晶格材料是第三代紅外焦平面探測(cè)器的優(yōu)選材料，近年來，美國、德國、日本等國都在大力發(fā)展基于該II類超晶格的紅外探測(cè)技術(shù)。InAs/GaSb異質(zhì)材料體系具有十分特殊的能帶排列結(jié)構(gòu)，InAs禁帶寬度小于InAs/GaSb的價(jià)帶偏移，因此InAs的導(dǎo)帶底在GaSb的價(jià)帶頂之下，構(gòu)成II類超晶格。這就導(dǎo)致(1)電子和空穴在空間上是分離的，電子限制在InAs層中，而空穴限制在GaSb層中，其有效禁帶寬度為電子微帶至重空穴微帶的能量差；(2)改變超晶格周期厚度，可有效地調(diào)節(jié)InAs/GaSb超晶格的有效禁帶寬度。InAs/GaSb II類超晶格的優(yōu)勢(shì)還在于能吸收正入射光，具有高的量子效率、低的俄歇復(fù)合和漏電流，易于實(shí)現(xiàn)高的工作溫度。此外，成熟的III-V族化合物的分子束外延生長技術(shù)為高性能II類超晶格的制備提供了技術(shù)支持，采用分子束外延技術(shù)制備超晶格可使得超晶格中各膜層材料的生長速率和組分高度可控。

目前GaSb基InAs/GaSb II類超晶格結(jié)構(gòu)主要包含GaSb層、InAs-on-GaSb界面層、InAs層和GaSb-on-InAs界面層。其中As源和Sb源分別是由As帶閥的裂解爐和Sb帶閥的裂解爐提供的。但(1)由于InAs與襯底GaSb之間存在著0.6％的晶格失配，故需要晶格常數(shù)比GaSb大的InSb界面層進(jìn)行應(yīng)變補(bǔ)償，而InSb材料的生長溫度較低，從而嚴(yán)重限制了超晶格的生長溫度，進(jìn)而使得材料的二維生長較為困難，從而降低了材料的質(zhì)量；(2)由于超晶格紅外探測(cè)器的截止波長主要取決于InAs層的厚度，而InAs層厚度的變化對(duì)GaSb基II類超晶格的晶格失配影響較大；(3)由于InAs和GaSb之間沒有共同原子，故其界面處的互擴(kuò)散現(xiàn)象比較嚴(yán)重；(4)Sb的蒸氣壓較低、遷移率較小，易于形成團(tuán)簇，而Sb晶格空位又容易被Ga占據(jù)，形成雙受主Ga反位(Ga_Sb)缺陷；(5)在超晶格的生長過程中，As閥時(shí)開時(shí)關(guān)會(huì)造成As壓不穩(wěn)定，致使超晶格材料組分不均勻，質(zhì)量下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于砷化銦襯底的新型II類超晶格結(jié)構(gòu)，解決目前存在的以下技術(shù)問題：

1.由于InSb界面補(bǔ)償層存在導(dǎo)致的超晶格生長溫度低的問題；

2.InAs層厚度變化嚴(yán)重影響II類超晶格晶格失配的問題；

3.InAs層厚度增加需要厚的InSb層進(jìn)行補(bǔ)償，而生長厚InSb界面層會(huì)引起較多缺陷和位錯(cuò)的問題；

4.各膜層界面處互擴(kuò)散現(xiàn)象嚴(yán)重的技術(shù)問題；

5.As閥時(shí)開時(shí)關(guān)會(huì)造成As壓不穩(wěn)定，致使超晶格材料組分不均勻的問題。

如附圖1所示，本發(fā)明的II類超晶格結(jié)構(gòu)為：由InAs襯底自下而上依次為InAs層1、GaAs層2、GaAs_xSb_1-x層3和GaAs層4。其中：

所述的InAs層1的厚度為2.1nm-10.5nm；

所述的GaAs層2的厚度為0.0nm-0.15nm；

所述的GaAs_xSb_1-x層3的厚度為2.1nm-3.6nm，組分x為0.01-0.09；

所述的GaAs層4的厚度為0.0nm-0.15nm。

具體制備方法步驟如下：

1)將In爐和Ga爐調(diào)至所需生長溫度；

2)將InAs襯底裝入分子束外延真空系統(tǒng)；

3)將InAs襯底溫度升至InAs/GaSb II類超晶格生長溫度；

4)將As閥和Sb閥開至II類超晶格生長所用閥位；

5)采用分子束外延方法在InAs襯底上依次外延InAs層1、GaAs層2、GaAs_xSb_1-x層3和GaAs層4。

如圖2所示，步驟5)中InAs/GaSb II類超晶格的一個(gè)生長周期內(nèi)快門開關(guān)順序?yàn)椋旱谝徊綄n、As的快門打開，第二步只開As快門，第三步只開Ga快門，第四步將Ga、Sb快門打開，第五步只開Ga快門，第六步只開As快門。之后循環(huán)往復(fù)，直至材料生長結(jié)束。在整個(gè)超晶格生長過程中，As閥位不變，只有As快門的開關(guān)，故第一步形成了InAs層，第二步和第三步形成了第一個(gè)GaAs層，第四步形成了GaAs_xSb_1-x層，第五步和第六步形成了第二個(gè)GaAs層。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)InAs襯底替代GaSb襯底使得超晶格的生長溫度大幅度提高，生長溫度的提高有利于表面原子擴(kuò)散長度的提高，因此更有利于材料的二維生長和材料缺陷密度的降低；(2)InAs層厚度的變化對(duì)InAs基II類超晶格的失配沒有影響，這一點(diǎn)極大地降低了長波、尤其是甚長波材料的生長難度；(3)超晶格中各層之間由于有共同的元素As可使界面處互擴(kuò)散現(xiàn)象減少；(4)As原子表面活性劑作用，增加了Sb原子的遷移率，降低了Sb團(tuán)簇的形成幾率，減少了材料本身的缺陷，提高了材料性能；(5)制備方法不僅避免了外延生長時(shí)As閥頻繁開關(guān)，節(jié)省了開關(guān)As閥及使As壓穩(wěn)定的時(shí)間，還極大地簡化了外延生長過程，并節(jié)約了材料生長時(shí)間。

附圖說明：

圖1是InAs基InAs/GaSb II類超晶格四層結(jié)構(gòu)模型；(1)為InAs層，(2)為第一個(gè)GaAs層，(3)為GaAs_xSb_1-x層，(4)為第二個(gè)GaAs層。

圖2是InAs基InAs/GaSb II類超晶格材料一個(gè)生長周期內(nèi)快門開關(guān)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

根據(jù)發(fā)明內(nèi)容，我們制備了一種II類超晶格材料，其具體結(jié)構(gòu)為：

InAs層1的厚度為2.1nm；

GaAs層2的厚度為0.0nm；

GaAs_xSb_1-x層3的厚度為2.1nm，比分x為0.09；

GaAs層4的厚度為0.0nm。

實(shí)施例2

根據(jù)發(fā)明內(nèi)容，我們制備了第二種II類超晶格材料，其具體結(jié)構(gòu)為：

InAs層1的厚度為6.6nm；

GaAs層2的厚度為0.1nm；

GaAs_xSb_1-x層3的厚度為2.7nm，比分x為0.02；

GaAs層4的厚度為0.1nm。

實(shí)施例3

根據(jù)發(fā)明內(nèi)容，我們制備了第三種II類超晶格材料，其具體結(jié)構(gòu)為：

InAs層1的厚度為10.5nm；

GaAs層2的厚度為0.15nm；

GaAs_xSb_1-x層3的厚度為3.6nm，比分x為0.01；

GaAs層4的厚度為0.15nm。