一种超晶格材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种超晶格材料、制备方法及应用，属于半导体技术领域。一种超晶格材料，包括：InAs/GaSb复合层，厚度为1μm～3μm，由数量相等的若干层GaSb层和InAs层依次交替设置形成；柔性衬底，设置于InAs/GaSb复合层的InAs层一侧表面，为电镀铜膜或聚酰亚胺膜中的至少一种。本发明专利技术提出的超晶格材料，通过合理的控制超晶格材料的厚度以及衬底的柔韧性，能够实现上述超晶格材料的柔性化，使其适用于更多场景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种超晶格材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种超晶格材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]InAs/GaSb超晶格材料具有量子效率高、带间跃迁小，暗电流小等特点，并且可以通过调节应变及其能带结构，使重、轻空穴分离变大，降低俄歇复合，提高工作温度。具体来讲，InAs材料的导带在GaSb材料的价带之下，能带结构彼此错开，可以通过调节InAs/GaSb层厚及其相应的组分，调节能带结构，使得带隙和响应波长(3μm～30μm)在一定范围内可调。因此，包括InAs/GaSb超晶格材料的红外探测器，在红外成像技术上具备极大的应用价值和前景，同时在大面阵长波红外探测器及甚长波红外探测器领域展现出优异的器件性能，在国防建设、医疗、电力、天文学、抗灾方面有着广泛的应用。
[0003]但是现在产业上应用的InAs/GaSb超晶格材料，通常是刚性的，限制了其应用范围。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种超晶格材料，通过合理的控制超晶格材料的厚度以及衬底的柔韧性，能够实现上述超晶格材料的柔性化，使其适用于更多场景。
[0005]本专利技术还提出一种上述超晶格材料的制备方法。
[0006]本专利技术还提出一种具有上述超晶格材料的红外探测器。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提出了一种超晶格材料，包括：
[0008]InAs/GaSb复合层，所述InAs/GaSb复合层，厚度为1μm～3μm，由数量相等的若干层GaSb层和InAs层依次交替设置形成；
[0009]柔性衬底，所述柔性衬底，设置于所述InAs/GaSb复合层的所述InAs层一侧表面。
[0010]根据本专利技术的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
[0011]本专利技术通过控制超晶格材料的厚度以及衬底的柔韧性，能够实现超晶格材料的柔性化，使其适用于更多场景，扩宽了其应用范围。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述InAs层，厚度为2nm～5nm；优选的，所述GaSb层，厚度为2nm～4nm。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述数量相等的若干层，层数≥2。
[0014]所述超晶格材料是特定形式的层状精细复合材料，具有周期性。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，所述柔性衬底，为电镀铜膜和聚酰亚胺膜中的至少一种。
[0016]根据本专利技术的再一个方面，提出了一种所述超晶格材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]S1.在GaAs衬底表面，依次外延生长GaAs缓冲层、Ga1‑
x
In
x
As1‑
y
Sb
y
/Al1‑
m
In
m
As1‑
n
Sb
n
超晶格缓冲层、GaSb中间层和AlSb牺牲层；
[0018]S2.在步骤S1所得部件，所述AlSb牺牲层一侧表面，依次交替外延生长所述GaSb层和InAs层；
[0019]S3.在步骤S2所得部件所述InAs层一侧表面，设置柔性衬底；
[0020]S4.腐蚀所述AlSb牺牲层，即得所述超晶格材料。
[0021]根据本专利技术的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：
[0022](1)生长InAs/GaSb超晶格材料，常用的是GaSb衬底，价格约为1500元/片(直径2英寸)，且极易被氧化，需即开即用；本专利技术采用GaAs衬底，价格约为200元/片(直径2英寸)，且不易被氧化；综上，本专利技术采用GaAs衬底，既节约了成本，又降低了工业生产难度。
[0023](2)GaAs衬底的晶胞棱长为GaSb的晶胞棱长为也就是说GaAs衬底和InAs/GaSb超晶格材料之间存在约7.8％的晶格失配，因此现有工艺中，若直接采用GaAs衬底，则所得的超晶格材料缺陷严重；本专利技术在GaAs衬底上依次形成GaAs缓冲层、Ga1‑
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In
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As1‑
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Sb
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/Al1‑
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In
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As1‑
n
Sb
n
超晶格缓冲层和GaSb中间层，给超晶格材料提供了良好的生长平面；具体而言，作用机理如下：
[0024]在单一组分渐变的缓冲层中，位错有可能穿透渐变缓冲层延伸到外延层中，导致外延材料的质量下降；本专利技术采用两种材料交替形成梯度缓冲层，位错缺陷在交替分布的势阱层和势垒层(Ga1‑
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As1‑
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Sb
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层和Al1‑
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In
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As1‑
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Sb
n
层)的联合作用下，降低了能量，可导致位错在超晶格缓冲层中的延伸能量不足；同时，晶格失配应力诱发的位错运动的空间增大(超晶格缓冲层具有一定厚度)，也就是超晶格缓冲层可有效阻挡、容纳位错的延伸，使超晶格材料的生长表面有最低的位错密度，所得超晶格材料的电性能较好；此外，由于超晶格缓冲层中应力释放较快，超晶格材料表面粗化的驱动力得到削弱，因此可以形成平坦、质量较好的表面；综上，本专利技术中，Ga1‑
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As1‑
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Sb
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/Al1‑
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As1‑
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Sb
n
超晶格缓冲层的作用是释放应力、抑制超晶格材料生长表面的起伏、限制位错；
[0025]若仅设置Ga1‑
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As1‑
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Sb
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/Al1‑
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In
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As1‑
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Sb
n
超晶格缓冲层，则可能仍有一定几率存在未阻挡的位错；本专利技术还在超晶格缓冲层表面设置了GaSb中间层，GaSb中间层可覆盖超晶格缓冲层及其以下的所有晶格缺陷(主要是超晶格缓冲层中残留的位错)，且GaSb的材质与超晶格材料的材质相同(晶格匹配度最高)，因此可进一步优化InAs/GaSb超晶格材料的生长环境(生长表面)；
[0026]衬底与超晶格之间的晶格失配会在两者之间产生较大应力，若仅设置GaSb中间层，则对于应力的释放能力有限，因此仍需插入Ga1‑
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In
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As1‑
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Sb
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/Al1‑
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In
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As1‑
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Sb
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超晶格缓冲层，以发挥应力释放、限制位错、抑制表面起伏的作用，进而提升超晶格材料的电性能。
[0027]综上，本专利技术中，将Ga1‑
x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超晶格材料，其特征在于，包括：InAs/GaSb复合层，所述InAs/GaSb复合层，厚度为1μm～3μm，由数量相等的若干层GaSb层和InAs层依次交替设置形成；柔性衬底，所述柔性衬底，设置于所述InAs/GaSb复合层的所述InAs层一侧表面。2.根据权利要求1所述的超晶格材料，其特征在于，所述InAs层，厚度为2nm～5nm；优选的，所述GaSb层，厚度为2nm～4nm。3.根据权利要求1所述的超晶格材料，其特征在于，所述柔性衬底，为电镀铜膜和聚酰亚胺膜中的至少一种。4.一种权利要求1～3任一项所述超晶格材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.在GaAs衬底表面，依次外延生长GaAs缓冲层、Ga1‑
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Sb
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超晶格缓冲层、GaSb中间层和AlSb牺牲层；S2.使步骤S1所得部件，所述AlSb牺牲层一侧表面，依次交替外延生长所述GaSb层和InAs层；S3.在步骤S2所得部件，所述InAs层一侧表面，设置柔性衬底；S4.腐蚀所述AlSb牺牲层，即得所述超晶格材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述Ga1‑
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As1‑
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/Al1‑
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As1‑
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超晶格缓冲层，由沿所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉廉，黄珊珊，刘恒昌，刘雪珍，杨文奕，
申请(专利权)人：中山德华芯片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：