分子束外延方法是一种在清洁的超高真空条件下,利用各组分元素制备单晶薄膜的生长技术。像不同类型红外探测器件在性能优化及物理机制等方面,存在制约一样制约InAs/GaInSb超晶格材料在红外探测领域应用的主要因素有:合适的应变补偿方法和界面控制;
超晶格材料结构设计及质量控制;相关工艺参数的选取及优化等。关于InAs/GaInSb超晶格薄膜的层厚、In含量、应变及位错等基础计算尚少见报道,对材料结构质量和电学性能等也缺乏分析。本文计算了超晶格薄膜的基础物性参数并分析了影响其结构和电学性能的因素。
InAs/GalnSb超晶格能带结构的主要因素有生长温度、InAs/Ga,In,Sb各层厚度和V/Ⅲ族束流比等。在适当的基底温度下薄膜会从非晶态经过多晶结构向单晶结构发展。
生长温度对薄膜中的缺陷等也有较大影响。温度过低不利于表面原子的扩散迁移过程,影响生长速率;温度过高则不利于薄膜成分的控制。生长温度会影响表面上的一切过程如吸附粒子的数目、表面扩散、凝结以及岛的形貌等。
InAs/GalnSb超晶格材料属于第Ⅱ类破隙型超晶格,其中InAs层的导带低于GalnSb层的价带使电子集中在InAs层中,而空穴集中在GalnSb层中。
研究者多以GaSb作为薄膜生长的基板,其与InAs/Ga₁-.In,Sb超晶格的晶格失配度较小,可降低外延层中的缺陷,使超晶格薄膜结构质量提高;但缺点是GaSb具有较高的本征掺杂浓度导致器件隧穿电流较大,同时对GaSb衬底材料的改性较难,生产成本较高。
GaAs衬底的成本较低,与GaSb、InAs相比晶格失配约为7%。本文在成熟的GaAs衬底上再外延生长一层GaSb缓冲层,以期获得较好的质量,作为最终器件生长的基板。
V/Ⅲ束流比是决定材料组分和生长速率的关键因素:当V/Ⅲ束流比较大时,V族原子能够较快且完全覆盖薄膜的生长表面,生长速率只与Ⅲ族原子的粘附系数等因素有关,因而生长速率会呈现出饱和现象;