CN117293229A - 一种超晶格材料生长界面控制方法、加工设备及探测器 - Google Patents

一种超晶格材料生长界面控制方法、加工设备及探测器 Download PDF

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Abstract

本超晶格材料生长界面控制方法、加工设备及探测器无需进行额外附加操作即可实现应力平衡，由此简化过程、使材料生长更利于控制且更适合于量产，同时，此种制备方法能够拓宽InAsSbx、AlAsySb以及GaSb的生长温度窗口，使材料能够在更高的温度下生长，进而更容易得到高质量超晶格材料。同时，本发明引入单原子GaSb层或AlAsySb层作为界面过渡层，能够迅速将富As表面切换成富Sb表面，从而避免超晶格中形成InSb界面而使材料质量迅速变差的问题，并且有效降低了GaSb或AlAsySb生长时的As背景，有效提高了GaSb或AlAsySb材料的纯度。

Description

一种超晶格材料生长界面控制方法、加工设备及探测器
技术领域
本发明涉及半导体材料技术领域，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。
背景技术
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。
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。
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。
但是对于InAsSbx/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InAsSbx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InAsSbx/AlAsySb超晶格生长中也有类似问题。因此InAsSbx/GaSb超晶格以及InAsSbx/AlAsySb超晶格的生长都需要特殊的界面设计。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中InAsSbx/GaSb，InAsSbx/AlAsySb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。
为解决上述技术问题，本发明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InAsSbx/GaSb超晶格且空穴势垒层为InAsSbx/AlAsySb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InAsSbx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InAsSbx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炉快门，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As-2炉快门，生长AlAsySb至目标厚度，所述AlAsySb目标厚度为步骤b至步骤e中所有所述单原子层AlAsySb厚度之和与步骤f中生长的AlAsySb层总厚度；h、关闭Al炉快门和As-2炉快门，在Sb-2束流保护下，将As-1炉阀门调整至初始位置；i、打开As-1炉快门、Sb-1炉快门，同时关闭Sb-2阀门后重复步骤a到i若干次，即可得到需要厚度的InAsSbx/AlAsySb超晶格材料。
在本发明的一个实施例中，其中所述Sb-2束流与所述GaSb生长所需Sb束流相匹配；Sb-2束流、As-2束流与所述AlAsySb所需Sb和As束流相匹配；As-1束流、Sb-1束流与所述InAsSbx所需As和Sb束流相匹配。
在本发明的一个实施例中，所述As-1束流大于所述As-2束流且二者处于非同一数量级；所述Sb-1束流小于所述Sb-2束流且二者处于非同一数量级。
在本发明的一个实施例中，所述第一预设时间及所述第三预设时间均为3~10秒，所述第二预设时间及所述第四预设时间均为15~600秒，步骤S1和步骤S9之间的时间间隔以及步骤a和步骤i之间的时间间隔不超过5秒。
在本发明的一个实施例中，所述预设层数为2~15层。
在本发明的一个实施例中，在进行步骤S2时停止通入所述As-1束流，在进行步骤S9后，开启通入所述As-1束流及所述Sb-1束流；在进行步骤b时停止通入所述As-1束流，在进行步骤i后，停止通入所述As-2束流，同时开启通入所述As-1束流及所述Sb-1束流。
在本发明的一个实施例中，所述InAsSbx/GaSb超晶格吸收层中0.081≤x≤0.099，所述InAsSbx/AlAsySb超晶格空穴势垒层中0.072≤y≤0.088。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种超晶格材料加工设备，用以实施上述超晶格材料生长界面控制方法，其包括第一As炉、第二As炉、第一Sb炉以及第二Sb炉。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种探测器，其包括采用上述超晶格材料生长界面控制方法制备的超晶格材料，其包括依次设置的：衬底、缓冲层、P型电极、电子势垒层、吸收层、空穴势垒层以及n型电极。
在本发明的一个实施例中，所述电子势垒层为AlmGa1-mAsnSb1-n，其中，n=0.04m/(0.443+0.033m)，所述空穴势垒层中的InAsSbx厚度与所述吸收层中InAsSbx厚度一致或高2-10Å。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的超晶格材料生长界面控制方法、加工设备及探测器中，一方面，其吸收层和势垒层的组分与衬底晶格的匹配度高，因此无需进行额外附加操作即可实现应力平衡，由此简化加工过程、使材料生长更利于控制并且更适合于量产，同时，此种制备方法能够拓宽InAsSbx、AlAsySb以及GaSb的生长窗口，使材料能够在更高的温度下生长，进而更容易得到高质量超晶格材料。另一方面，本发明引入单原子GaSb层或AlAsySb层作为界面过渡层，能够迅速将富As表面切换成富Sb表面，从而避免超晶格中形成InSb界面而使材料质量迅速变差的问题，同时还能够有效降低GaSb或AlAsySb生长时的As背景，进而有效提高了GaSb或AlAsySb材料的纯度。由此，本超晶格材料生长界面控制方法、加工设备及探测器在本行业内具有广阔的使用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
本实施例提供一种超晶格材料生长界面控制方法，其用以生长吸收层为InAsSbx/GaSb超晶格且空穴势垒层为InAsSbx/AlAsySb超晶格的超晶格材料，进一步地，本实施例中的InAsSbx/GaSb超晶格吸收层中x=0.09，InAsSbx/AlAsySb超晶格空穴势垒层中y=0.08，其中，
生长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InAsSbx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；本实施例中，第一预设时间为3秒；
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；本实施例中，第二预设时间为15秒；
S6、重复步骤S4和S5，直至单原子GaSb生长至预设层数；进一步地，预设层数2~15层；本实施例中，预设层数为10层；
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，上述过程中，Sb-2束流及As-1束流与GaSb生长所需Sb束流相匹配，Sb-2束流与GaSb生长所需Sb束流相匹配。
进一步地，本实施例中，Sb-1束流小于Sb-2束流且二者处于非同一数量级。具体地，由于InAsSb生长所需Sb束流比GaSb生长低1个数量级，因此在生长完GaSb后需要通过Sb-2束流来保护GaSb表面，而不能用Sb-1保护表面，否则GaSb表面会由于缺五族而坏掉，因此需要两个Sb炉。
生长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InAsSbx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；本实施例中，第三预设时间为3秒；
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，本实施例中，第四预设时间为15秒；
f、重复步骤d和e，直至单原子AlAsySb生长至预设层数，本实施例中，预设层数为10层；
g、打开Al和As-2炉快门，生长AlAsySb至目标厚度，所述AlAsySb目标厚度为步骤b至步骤e中所有所述单原子层AlAsySb厚度之和与步骤f中生长的AlAsySb层总厚度；
h、关闭Al炉快门和As-2炉快门，在Sb-2束流保护下，将As-1炉阀门调整至初始位置；
i、打开As-1炉快门、Sb-1炉快门，同时关闭Sb-2阀门后重复步骤a到i若干次，即可得到需要厚度的InAsSbx/AlAsySb超晶格材料。进一步地，本实施例中，Sb-1束流小于Sb-2束流且二者处于非同一数量级，同时，As-1束流大于As-2束流且二者处于非同一数量级。具体地，由于InAsSb生长所需As束流比AlAsSb生长高1个数量级，因此在生长完AlAsySb后需要通过As-1束流及Sb-1束流调整加工空间环境，使其恢复至匹配InAsSb生长所需Sb束流及As束流的强度。
实施例二
本实施例提供另一种超晶格材料生长界面控制方法，其用以生长吸收层为InAsSbx/GaSb超晶格且空穴势垒层为InAsSbx/AlAsySb超晶格的超晶格材料，进一步地，本实施例中的InAsSbx/GaSb超晶格吸收层中x=0.081，InAsSbx/AlAsySb超晶格空穴势垒层中y=0.072，其中，
生长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InAsSbx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；本实施例中，第一预设时间为10秒；
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；本实施例中，第二预设时间为600秒；
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，上述过程中，Sb-2束流及As-1束流与GaSb生长所需Sb束流相匹配，Sb-2束流与GaSb生长所需Sb束流相匹配。
进一步地，本实施例中，Sb-1束流小于Sb-2束流且二者处于非同一数量级。具体地，由于InAsSb生长所需Sb束流比GaSb生长低1个数量级，因此在生长完GaSb后需要在Sb-2束流保护下调整加工空间环境，使其恢复至匹配InAsSb生长所需Sb束流的强度。
生长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InAsSbx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；本实施例中，第三预设时间为10秒；
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，本实施例中，第四预设时间为600秒；
f、重复步骤d和e，直至单原子AlAsySb生长至预设层数，本实施例中，预设层数为10层；
g、打开Al和As-2炉快门，生长AlAsySb至目标厚度，所述AlAsySb目标厚度为步骤b至步骤e中所有所述单原子层AlAsySb厚度之和与步骤f中生长的AlAsySb层总厚度；
h、关闭Al炉快门和As-2炉快门，在Sb-2束流保护下，将As-1炉阀门调整至初始位置；
i、打开As-1炉快门、Sb-1炉快门，同时关闭Sb-2阀门后重复步骤a到i若干次，即可得到需要厚度的InAsSbx/AlAsySb超晶格材料。进一步地，本实施例中，Sb-1束流小于Sb-2束流且二者处于非同一数量级，同时，As-1束流大于As-2束流且二者处于非同一数量级。
实施例三
本实施例提供另一种超晶格材料生长界面控制方法，其用以生长吸收层为InAsSbx/GaSb超晶格且空穴势垒层为InAsSbx/AlAsySb超晶格的超晶格材料，进一步地，本实施例中的InAsSbx/GaSb超晶格吸收层中x=0.099，InAsSbx/AlAsySb超晶格空穴势垒层中y=0.088，其中，
生长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InAsSbx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；本实施例中，第一预设时间为6秒；
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；本实施例中，第二预设时间为300秒；
S6、重复步骤S4和S5，直至单原子GaSb生长至预设层数；进一步地，预设层数2~15层；本实施例中，预设层数为8层；
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，上述过程中，Sb-2束流及As-1束流与GaSb生长所需Sb束流相匹配，Sb-2束流与GaSb生长所需Sb束流相匹配。
进一步地，本实施例中，Sb-1束流小于Sb-2束流且二者处于非同一数量级。具体地，由于InAsSb生长所需Sb束流比GaSb生长低1个数量级，因此在生长完GaSb后需要在Sb-2束流保护下调整加工空间环境，使其恢复至匹配InAsSb生长所需Sb束流的强度。
生长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InAsSbx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；本实施例中，第三预设时间为6秒；
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，本实施例中，第四预设时间为300秒；
f、重复步骤d和e，直至单原子AlAsySb生长至预设层数，预设层数为2~15层，本实施例中具体为8层；
g、打开Al和As-2炉快门，生长AlAsySb至目标厚度，所述AlAsySb目标厚度为步骤b至步骤e中所有所述单原子层AlAsySb厚度之和与步骤f中生长的AlAsySb层总厚度；
h、关闭Al炉快门和As-2炉快门，在Sb-2束流保护下，将As-1炉阀门调整至初始位置；
i、打开As-1炉快门、Sb-1炉快门，同时关闭Sb-2阀门后重复步骤a到i若干次，即可得到需要厚度的InAsSbx/AlAsySb超晶格材料。进一步地，本实施例中，Sb-1束流小于Sb-2束流且二者处于非同一数量级，同时，As-1束流大于As-2束流且二者处于非同一数量级。
实施例四
本实施例提供一种超晶格材料加工设备，其用以实施实施例一中的超晶格材料生长界面控制方法，其包括第一As炉、第二As炉、第一Sb炉以及第二Sb炉，进一步地，本实施例中，第一As炉用以提供As-1束流，第二As炉用以提供As-2束流，第一Sb炉用以提供Sb-1束流，第二Sb炉用以提供Sb-2束流。
实施例五
本实施例提供一种探测器，其包括采用实施例一的超晶格材料生长界面控制方法制备的超晶格材料，本实施例中，可通过调节吸收层超晶格原胞组分调整截止波长，其包括依次设置的：衬底、缓冲层、P型电极、电子势垒层、吸收层、空穴势垒层以及n型电极。进一步地，电子势垒层为AlmGa1-mAsnSb1-n，其中，n=0.04m/(0.443+0.033m)，从而使AlGaAsSb和GaSb衬底晶格匹配，空穴势垒层中的InAsSbx厚度与吸收层中InAsSbx厚度一致或高2-10Å，P型电极中掺杂Be元素，P型电极中掺杂Si元素或Te元素，吸收层为弱p型掺杂，且掺杂浓度不超过2E+16。
综上，本发明的超晶格材料生长界面控制方法、加工设备及探测器中，一方面，其吸收层和势垒层的组分与衬底晶格的匹配度高，因此无需进行额外附加操作即可实现应力平衡，由此简化加工过程、使材料生长更利于控制并且更适合于量产，同时，此种制备方法能够拓宽InAsSbx、AlAsySb以及GaSb的生长温度窗口，使材料能够在更高的温度下生长，进而更容易得到高质量超晶格材料。另一方面，本发明引入单原子GaSb层或AlAsySb层作为界面过渡层，能够迅速将富As表面切换成富Sb表面，从而避免超晶格中形成InSb界面而使材料质量迅速变差的问题，并且有效降低了GaSb或AlAsySb生长时的As背景，有效提高了GaSb或AlAsySb材料的纯度。由此，本超晶格材料生长界面控制方法、加工设备及探测器在本行业内具有广阔的使用前景。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

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InAsSbx/GaSb超晶格且空穴势垒层为InAsSbx/AlAsySb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InAsSbx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InAsSbx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As-2炉快门，生长AlAsySb至目标厚度，所述AlAsySb目标厚度为步骤b至步骤e中所有所述单原子层AlAsySb厚度之和与步骤f中生长的AlAsySb层总厚度；
h、关闭Al炉快门和As-2炉快门，在Sb-2束流保护下，将As-1炉阀门调整至初始位置；
i、打开As-1炉快门、Sb-1炉快门，同时关闭Sb-2阀门后重复步骤a到i若干次，即可得到需要厚度的InAsSbx/AlAsySb超晶格材料。
2.根据权利要求1所述的超晶格材料生长界面控制方法，其特征在于：其中所述Sb-2束流与所述GaSb生长所需Sb束流相匹配；Sb-2束流、As-2束流与所述AlAsySb所需Sb和As束流相匹配；As-1束流、Sb-1束流与所述InAsSbx所需As和Sb束流相匹配。
3.根据权利要求1或2所述的超晶格材料生长界面控制方法，其特征在于：所述As-1束流大于所述As-2束流且二者处于非同一数量级；所述Sb-1束流小于所述Sb-2束流且二者处于非同一数量级。
4.根据权利要求1所述的超晶格材料生长界面控制方法，其特征在于：所述第一预设时间及所述第三预设时间均为3~10秒，所述第二预设时间及所述第四预设时间均为15~600秒，步骤S1和步骤S9之间的时间间隔以及步骤a和步骤i之间的时间间隔不超过5秒。
5.根据权利要求1所述的超晶格材料生长界面控制方法，其特征在于：所述预设层数为2~15层。
6.根据权利要求1所述的超晶格材料生长界面控制方法，其特征在于：
在进行步骤S2时停止通入所述As-1束流，在进行步骤S9后，开启通入所述As-1束流及所述Sb-1束流；
在进行步骤b时停止通入所述As-1束流，在进行步骤i后，停止通入所述As-2束流，同时开启通入所述As-1束流及所述Sb-1束流。
7.根据权利要求1所述的超晶格材料生长界面控制方法，其特征在于：所述InAsSbx/GaSb超晶格吸收层中0.081≤x≤0.099，所述InAsSbx/AlAsySb超晶格空穴势垒层中0.072≤y≤0.088。
8.一种超晶格材料加工设备，其特征在于：用以实施所述权利要求1~7中任意一项所述的超晶格材料生长界面控制方法，其包括第一As炉、第二As炉、第一Sb炉以及第二Sb炉。
9.一种探测器，其特征在于：包括采用权利要求1~7中任意一项所述的超晶格材料生长界面控制方法制备的超晶格材料，其包括依次设置的：衬底、缓冲层、P型电极、电子势垒层、吸收层、空穴势垒层以及n型电极。
10.根据权利要求9所述的探测器，其特征在于：所述电子势垒层为AlmGa1-mAsnSb1-n，其中，n=0.04m/(0.443+0.033m)，所述空穴势垒层中的InAsSbx厚度与所述吸收层中InAsSbx厚度一致或高2-10Å。
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