[發明專利]一種在CdZnTe襯底上制備Ⅳ－Ⅵ族半導體單晶薄膜的方法

無效

• 申請號: 200810060092.7
• 申請日: 2008-03-05
• 公開（公告）號: CN101236905A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 吳惠楨;斯劍霄;徐天寧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L21/363
• 分類號: H01L21/363;C30B23/02
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司
• 代理人: 盛輝地

技術領域

本發明屬于半導體單晶薄膜及其異質結構的外延制備技術領域，具體涉及在CdZnTe(或稱Cd_1-xZn_xTe：X＝0～0.3)襯底上制備IV-VI族半導體單晶薄膜的方法。

背景技術

近年來，由IV-VI族半導體(PbTe，PbSe等)研制的中紅外激光器、中紅外探測器等光電子器件在環境檢測、有毒氣體監控、生物醫學、國防等重要領域具有應用前景，使得IV-VI族半導體材料成為研究熱點。IV-VI族半導體材料包括二元系的PbSe，PbTe，SnSe，SnTe和三元系的PbSrSe，PbSrTe，PbSnSe，PbSnTe，PbEuSe，PbMnTe及其它們的異質結構等，IV-VI族半導體材料是具有直接帶隙，能帶對稱性高、Auger復合速率低等獨特物理性質的窄帶隙半導體材料，而且其具有發光效率高、介電常數大、熱導率低等特點，使其成為重要的中紅外光電材料和典型的熱電材料。應用于城市道路中汽車尾氣、化工廠有毒氣體的實時檢測、半導體制冷等領域。

然而IV-VI族半導體材料及其中紅外光電器件的發展過程中一直受到襯底的制約。在研究和開發的早期階段，由于PbTe、PbSe體材料襯底和外延層晶格失配、熱失配小，這些襯底材料廣泛的應用于IV-VI族半導體材料的外延生長中。但同時人們發現PbTe、PbSe襯底的硬度低、易受機械損傷，熱導率低、散熱性能差，而且非常昂貴。因此，人們開始用絕緣的、比較廉價的BaF₂襯底來替代PbTe、PbSe體材料襯底。如“Microstructural?propertiesof?single?crystalline?PbTe?thin?films?grown?on?BaF2(111)by?molecular?beam?epitaxy”，Chinese?Physics?Letters，22(9)，2353(2005)，公開了在BaF₂(111)單晶外延生長IV-VI族窄帶隙半導體單晶薄膜。但是，BaF₂襯底是不導電的，在光電器件的應用上還是受到許多限制，并且BaF₂襯底的易潮解性，使得在器件制作過程中存在諸多問題。與此同時，用Si材料做襯底外延生長IV-VI族半導體材料和器件制作也得到了發展，比如“Molecular?beamepitaxy?growth?of?PbSe?on?BaF2-coated?Si(111)and?observation?of?the?PbSe?growthinterface”，J.Vac.Sci.Technol.B，17(3)，1263(1999)公開了通過在Si襯底上沉積CaF₂和BaF₂緩沖層的方法獲得PbSe單晶外延薄膜。但是Si和PbSe之間高的品格失配和熱膨脹系數失配在外延層中產生大量的位錯和缺陷。這些缺陷損壞了激光器和探測器的性能，如增大閾值電流，減少發光效率和降低探測靈敏度。

最近國際上報道用CdTe做緩沖層在GaAs襯底上生長PbTe外延膜，而后進一步通過退火得到PbTe量子點的工作取得了進展，Appl.Phys.Lett.，2006，88(19)：192109-192111。在PbTe/CdTe/GaAs上觀察到強的室溫中紅外光致發光(PL)，這有助于提高IV-VI族半導體的光電性能。但是PbTe和GaAs之間的晶格失配和熱失配引起的缺陷仍然成為進一步提高器件性能的障礙。而且GaAs屬于III-V族材料，GaAs表面的解吸過程對真空室的要求非常高，CdTe緩沖層通過外延生長增加了器件制作的復雜性，提高了IV-VI族半導體器件應用的成本。并且在GaAs襯底上外延CdTe需要低溫沉積，這會影響CdTe緩沖層的晶體質量