一種金摻雜p型碲鎘汞材料的氣相外延方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金摻雜p型碲鎘汞材料的氣相外延方法，該方法進(jìn)行金摻雜p型碲鎘汞材料的氣相外延，材料在77k溫度下，金摻雜外延材料的遷移率為1.39E+02cm2/Vs，載流子濃度可以達(dá)到2×1018cm-3，為典型的p型材料。而相同條件下不進(jìn)行金摻雜的遷移率為6.42E+04cm2/Vs，載流子濃度為3×1015cm-3，為典型的n型材料。因此，該方法金摻雜的激活率非常高。本方法可以提高摻雜型長波p材料電學(xué)參數(shù)的穩(wěn)定性，同時(shí)該摻雜在低成本的氣相外延設(shè)備里即可以實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】一種金摻雜P型碲鎘汞材料的氣相外延方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及一種摻雜型締鎘萊材料的氣相外延方法，具體涉及一種金摻雜P型締鎘汞材料的氣相外延方法，它適用于紅外碲鎘汞材料的氣相外延生長，特別適用于P型碲鎘萊材料氣相外延生長。
【背景技術(shù)】 [0002]HghCdxTe三元材料是一種重要的紅外晶體材料。隨著民用紅外市場的日益增大，傳統(tǒng)高成本HgCdTe紅外器件難以滿足民用市場，這無疑會(huì)限制住HgCdTe紅外器件的市場份額和發(fā)展前景。對(duì)于HgCdTe材料，其P型摻雜問題一直是“瓶頸”，通常P型摻雜有三種方式，一是常規(guī)的Hg空位，這是中短波器件常用的摻雜方式。但是對(duì)長波器件來說，要想獲得較高的性能，需要采用非本征摻雜，可利用V族元素As代替HgCdTe中Te原子的位置，提供一個(gè)空穴，成為受主。但對(duì)于As摻雜一直難以克服的就是As激活問題。還有一種摻雜模式是利用I族元素中的Au、Cu，替代HgCdTe中的Hg或Cd位，提供一個(gè)空穴，成為受主。美國的DRS以及德國的AIM均報(bào)道過采用Au、Cu摻雜方式生長Hgl-xCdxTe材料，MurenChu[[I]Muren Chu, Sevag Terterian, Peter C.C.Wang, Au-Doped HgCdTe for infrareddetectors and focal plane arrays.Materials for infrared detectors, Proceedingsof SPIE.2001vol4454:116-122]曾報(bào)道對(duì)于相同導(dǎo)電類型的HgCdTe材料，Au摻雜的HgCdTe材料相對(duì)于Hg空位的HgCdTe材料其少子壽命要高出2_3個(gè)數(shù)量級(jí)。在77k溫度下，利用離子注入Au摻雜的HgCdTe材料制成的面陣器件性能優(yōu)于異質(zhì)結(jié)器件。國際上美國的DRS和德國的AM均開始采用Cu (或Au)摻雜生長HgCdTe材料，但鑒于HgCdTe材料是敏感的紅外材料，對(duì)于該材料的具體摻雜工藝一直處于技術(shù)封鎖狀態(tài)，并未給出。
[0003]本專利擬采用金摻雜碲鎘汞氣相生長技術(shù)，進(jìn)行富汞條件P型碲鎘汞材料的生長和退火。為富汞金摻雜的碲鎘汞材料生長和退火提供一種有效手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本專利的目的是提供一種金摻雜P型碲鎘汞材料的氣相外延方法，解決P型碲鎘汞材料難以摻雜的問題。通過對(duì)強(qiáng)P型的碲鋅鎘襯底進(jìn)行粗拋、精拋和腐蝕處理，然后再進(jìn)行金液處理，利用氣相外延生長原理，實(shí)現(xiàn)金摻雜P型締鎘萊材料的氣相外延生長。
[0005]本發(fā)明的方法為:通過對(duì)襯底進(jìn)行專門的金摻雜處理之后，利用等溫氣相外延方法實(shí)現(xiàn)金摻雜P型碲鎘汞材料的氣相外延生長；
[0006]所述的金摻雜處理方法為:首先對(duì)襯底進(jìn)行熱三氯甲烷三次熱浴，每次I~2min ；熱乙醇三次熱浴，每次I~2min ;然后對(duì)襯底進(jìn)行2%Br甲醇溶液腐蝕60s，無水乙醇反復(fù)清洗3遍，勻膠機(jī)甩干；最后2%。金溶液處理10s，大量去離子水清洗，勻膠機(jī)甩干備用；
[0007]所述的金摻雜P型碲鎘汞材料的氣相外延生長方法為:利用等溫氣相外延方法實(shí)現(xiàn)金摻雜P型碲鎘汞材料的氣相外延生長，即上述金摻雜處理準(zhǔn)備的襯底作為外延襯底，放入氣相外延設(shè)備里，利用等溫氣相外延原理，進(jìn)行碲鎘汞的氣相外延生長，生長溫度500°C，生長時(shí)間4h，退火溫度350°C，生長時(shí)間2h，共計(jì)6h。
[0008]
【發(fā)明內(nèi)容】
如下:
[0009]1.選取(111) B面碲鋅鎘晶體為襯底材料，對(duì)襯底進(jìn)行雙面研磨、精拋；
[0010]2.將襯底取片去蠟，三氯甲烷熱浴3次，沸騰I~2分鐘左右，無水乙醇熱浴3次，沸騰I~2分鐘左右；
[0011]3.2%Br甲醇溶液腐蝕60s，無水乙醇反復(fù)清洗3遍； [0012]4.對(duì)襯底進(jìn)行千分之二金溶液處理，大量去離子水清洗；
[0013]5.將襯底用凈化勻膠機(jī)甩干備用；
[0014]6.稱取Ig的HgCdTe多晶料作為源，與襯底一起放入石墨舟，推入氣相外延爐，抽
真空；
[0015]7.利用高純氮?dú)夥磸?fù)吹掃氣相外延爐，通入高純氫氣保壓3h，然后在高純氫氣氣氛下生長，氫氣流量控制在0.4L/min以內(nèi)，生長溫度500°C，共計(jì)4h，退火溫度350°C，共計(jì)2h。生長結(jié)束后通高純氫氣快速降溫至室溫。
[0016]8.氮?dú)獯祾?，取片。利用霍爾測試系統(tǒng)進(jìn)行電學(xué)參數(shù)的檢測。
[0017]本專利摻雜型氣相外延的優(yōu)點(diǎn)在于:它可以解決長波碲鎘汞P型摻雜難以激活的問題，以提高P型碲鎘汞材料金摻雜的激活率。在簡單的氣相外延設(shè)備里實(shí)現(xiàn)長波P型金摻雜的碲鎘汞外延生長，該方法可以應(yīng)用于短波、中波和長波碲鎘汞氣相外延領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1:金摻雜P型碲鎘汞材料工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以長波碲鎘汞P型摻雜為例，分為兩組進(jìn)行:一組進(jìn)行金摻雜氣相外延。另一組進(jìn)行常規(guī)非摻雜氣相外延。通過比較兩組實(shí)驗(yàn)，證實(shí)富汞條件下進(jìn)行金摻雜可以有效得以激活。
[0020]具體過程如下:
[0021]1.選取兩片(111)面碲鋅鎘晶體為襯底材料，分別編號(hào)為1256、1257，對(duì)襯底進(jìn)行雙面研磨、精拋；
[0022]2.將襯底取片去蠟，三氯甲烷熱浴3次，沸騰I~2分鐘左右，無水乙醇熱浴3次，沸騰I~2分鐘左右；
[0023]3.2%Br甲醇溶液腐蝕60s，無水乙醇反復(fù)清洗3遍；
[0024]4.將編號(hào)1257的襯底用凈化勻膠機(jī)甩干備用；
[0025]5.對(duì)襯底編號(hào)1256的襯底進(jìn)行千分之二金濃度的水溶液處理，大量去離子水清洗；
[0026]6.將編號(hào)1257的襯底用凈化勻膠機(jī)甩干備用；
[0027]7.稱取相同質(zhì)量的HgCdTe多晶料作為源，與襯底一起放入石墨舟，推入氣相外延爐，抽真空；
[0028]8.利用高純氮?dú)夥磸?fù)吹掃氣相外延爐，通入高純氫氣保壓3h，然后在高純氫氣氣氛下生長，氫氣流量控制在0.4L/min以內(nèi)，生長溫度500°C，共計(jì)4h，退火溫度350°C，共計(jì)2h。生長結(jié)束后通高純氫氣快速降溫至室溫。
[0029]9.氮?dú)獯祾?，取片。利用霍爾測試系統(tǒng)進(jìn)行電學(xué)參數(shù)的檢測。
[0030]表一給出1256、1257外延片在300k和77k下的電學(xué)參數(shù)。通過表中可以看出1256是金摻雜長波材料，77K低溫下其遷移率為1.39E+02cm2/Vs,濃度為2.00E+18cnT3，是標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)P型材料。1257是相同實(shí)驗(yàn)條件沒有進(jìn)行金摻雜的外延片，77K低溫其遷移率為
6.42E+04cm2/Vs,濃度為3.20E+15cnT3，是標(biāo)準(zhǔn)的η型。通過對(duì)比摻雜型和非摻雜型的碲鎘汞氣相外延可以看出，利用本發(fā)明設(shè)計(jì)的金摻雜P型生長技術(shù)，金摻雜成功實(shí)現(xiàn)，并且其激活率較高，可以有效實(shí)現(xiàn)P型摻雜碲鎘汞氣相外延生長。
[0031]表一 1256、1257外延片的電學(xué)參數(shù)(300k、77k)
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種用于金摻雜P型締鎘萊材料的氣相外延方法，其特征在于: 通過對(duì)襯底進(jìn)行專門的金摻雜處理之后，利用等溫氣相外延方法實(shí)現(xiàn)金摻雜P型碲鎘萊材料的氣相外延生長； 所述的金摻雜處理方法為:首先對(duì)襯底進(jìn)行熱三氯甲烷三次熱浴，每次I~2min ;熱乙醇三次熱浴，每次I~2min ;然后對(duì)襯底進(jìn)行2%Br甲醇溶液腐蝕60s，無水乙醇反復(fù)清洗3遍，勻膠機(jī)甩干；最后2%。金溶液處理10s，大量去離子水清洗，勻膠機(jī)甩干備用； 所述的金摻雜P型碲鎘汞材料的氣相外延生長方法為:利用等溫氣相外延方法實(shí)現(xiàn)金摻雜P型締鎘萊材料的氣相外延生長，即上述金摻雜處理準(zhǔn)備的襯底作為外延襯底，放入氣相外延設(shè)備里，利用等溫氣相外延原理，進(jìn)行碲鎘汞的氣相外延生長，生長溫度500°C，生長時(shí)間4h，退火溫度350°C， 生長時(shí)間2h，共計(jì)6h。
【文檔編號(hào)】C30B25/18GK103668448SQ201310590963
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】王仍, 焦翠靈, 徐國慶, 楊曉陽, 張可峰, 張莉萍, 林杏潮, 陸液, 杜云辰, 邵秀華, 李向陽 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所