[發明專利]硅基襯底碲鎘汞液相外延的生長方法及專用石墨舟

有效

• 申請號: 200710039950.5
• 申請日: 2007-04-25
• 公開（公告）號: CN101136340A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 徐慶慶;魏彥鋒;陳新強;趙守仁;楊建榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L21/368
• 分類號: H01L21/368
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及II-VI族半導體材料的生長，具體是指在硅基襯底(Si/CdTe襯底)上液相外延碲鎘汞(HgCdTe)的生長方法及專用石墨舟。

背景技術

隨著紅外焦平面技術的不斷進步，器件迫切需要廉價、大尺寸HgCdTe外延材料。CdZnTe是HgCdTe液相外延中最常用的襯底，由于兩者晶格常數相匹配，可以生長出低位錯密度(EPD<1×105cm-2)的外延薄膜。與CdZnTe相比，用Si作襯底外延HgCdTe薄膜有以下幾點好處：更大的可用面積；更低的材料成本；較高的機械強度和平整度等；但外延材料的性能不及CdZnTe襯底上生長的。焦平面器件要求每個探測單元具有同樣高的探測性能，以實現采集到的目標數據的真實性和可靠性，要做到這一點，很大程度上取決于外延材料的均勻性。目前，影響Si/CdTe襯底液相外延HgCdTe薄膜材料的均勻性，從工藝角度來講主要存在以下幾個問題：

1.Si基襯底切割后的表面處理，在切割Si/CdTe復合襯底過程中，雖然正面有光刻膠保護，但還是不可避免的破壞原子級的清潔表面。

2.Si/CdTe復合襯底的CdTe緩沖層只有幾個微米的厚度，無法進行深層溴拋光處理，表面的粘污和雜質不易去除。

3.在外延生長過程中，Si易熔解于熔融的HgCdTe母液中，改變了母液的成分，影響外延生長，無法得到光亮的外延膜，進而影響材料的性能。

4.去除外延薄膜表面殘留母液問題。在CdZnTe襯底液相外延時，也有此類問題。然而在Si/CdTe復合襯底上外延，這個問題就更為明顯。這可能與襯底表面清潔度，及外延生長方式都有一定的關系。這個問題導致外延材料可用面積減小，不利于焦平面器件的發展。

發明內容

基于上述已有技術存在的問題，本發明的目的是提出一種可以克服以上工藝技術難點的Si/CdTe襯底HgCdTe液相外延生長方法及外延生長專用的石墨舟。

本發明的目的通過如下技術方案完成：

利用磁控濺射技術在Si/CdTe復合襯底的CdTe表面上生長一層250nm-300nm的SiO₂覆蓋層，該覆蓋層可徹底杜絕HgCdTe液相外延生長前，由于切割或清洗引起的CdTe緩沖層的沾污。切割后再用磁控濺射技術在Si/CdTe復合襯底的Si表面上生長一層250nm-300nm的SiO₂覆蓋層，該覆蓋層可避免HgCdTe液相外延生長時，Si對HgCdTe母液的粘污。

在HgCdTe液相外延生長前用氫氟酸緩沖液(HF∶氟化氨∶水＝3ml∶6g∶10ml)將CdTe表面生長的SiO₂覆蓋層腐蝕出生長窗口，HgCdTe外延薄膜在此窗口上生長。窗口距離復合襯底表面邊緣1.5mm～2mm。

改進液相外延生長工藝，采用恒速降溫和分步冷卻相結合的方式，就是在Si/CdTe襯底與HgCdTe母液接觸前，同時將其加溫到490℃，然后以恒定的速率降溫至HgCdTe液相線溫度以下5℃，然后再將Si/CdTe襯底和母液接觸，以恒定的速率降溫生長外延薄膜，直至外延生長結束，生長總時間不超過20min。

本發明的外延生長工藝改進在于：生長前就將溫度降低到低于HgCdTe液相線溫度4～5℃，這時的液態母液已處于過飽和了，再將HgCdTe母液移到Si/CdTe襯底上，開始生長，這樣可以縮短生長所需的時間。這種生長方法一方面是為了避免很薄的緩沖層發生回熔，另一方面也減少了生長母液與Si/CdTe襯底接觸的時間，有效地控制了Si溶解。

本發明的專用石墨舟的滑塊的凹槽尺寸要正好與生長窗口相同，石墨舟的底板的凹槽尺寸要正好與切割后的復合襯底相同。由于滑塊凹槽尺寸小于底板凹槽尺寸。因此，外延生長時母液只殘留在有SiO₂覆蓋層的復合襯底的邊緣，解決了外延薄膜表面殘留母液問題。

本發明的有益效果在于：Si/CdTe復合襯底表面生長有一層SiO₂覆蓋層，能夠很好的起到保護襯底表面不被粘污，同時還能起到隔絕Si與熔融母液的接觸。生長方法改進一方面可以避免很薄的緩沖層發生回熔，另一方面也減少了生長母液與Si/CdTe襯底接觸的時間，有效地控制Si溶解，滿足了紅外焦平面器件要求的具有一定性能的長波HgCdTe材料。

附圖說明

圖1為本發明的復合襯底的制備工藝流程圖。

圖2為本發明的碲鎘汞液相外延薄膜的制備過程圖。