[發(fā)明專利]碲鎘汞氣相外延材料的N型熱處理工藝方法

無效

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• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103305918A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設計）人: 焦翠靈;王仍;徐國慶;林杏潮;張莉萍;邵秀華;張可鋒;杜云辰;陸液
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: C30B29/48
• 分類號: C30B29/48;C30B33/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發(fā)明涉及一種碲鎘汞外延材料熱處理工藝方法，具體涉及一種碲鎘汞氣相外延材料的N型熱處理工藝方法。

背景技術

Hg_1-xCd_xTe材料是一種很重要的紅外探測器材料，由于受材料晶體尺寸和組分均勻性的限制，碲鎘汞體晶材料越來越不能滿足紅外探測器技術的發(fā)展。為了解決這一問題，各種碲鎘汞外延生長技術便逐步發(fā)展起來。目前較為成熟的外延薄膜生長技術主要有液相外延(LPE)、分子束外延(MBE)、金屬有機氣相外延(MOCVD)和等溫氣相外延(ISOVPE)方法等。液相外延生長技術，生長出的外延層表面波紋起伏較大，且由于碲鋅鎘襯底的限制，不能進行大面積的外延生長，這對于器件的制作尤其是大面積陣列器件的制作非常不利。MBE和MOCVD技術雖然能夠采用替代式異質襯底，進行大面積外延生長，但是其設備非常昂貴，每年設備的維護費用都是一筆不小的開支。碲鎘汞等溫氣相外延技術最大特點則是工藝非常簡單，設備也不需要高昂的維護費用。且由于氣相外延自身的生長特點，生長出的材料表面光滑如鏡，并無起伏的生長波紋，同時也可采用GaAs，Si，藍寶石能替代式襯底，更是大大節(jié)約了成本。利用等溫氣相外延生長出的材料還可以用來制備各種光導、光釋電、光伏型的HOT探測器。由于各種外延方式自身的特點，生長出的原生外延材料并不能滿足器件制備工藝的需要，則需要對其進行熱處理從而來滿足器件制備的要求。文獻中報道的碲鎘汞原生片氣相外延片多數(shù)為Ｐ型。但是利用我們的氣相外延設備生長出的原生碲鎘汞材料則呈不均勻的N型，熱處理過程中我們通過對材料中汞空位濃度的調(diào)整，可以將其調(diào)整為均勻的好N型材料或Ｐ型，從而來滿足紅外探測器制備工藝的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種碲鎘汞氣相外延材料的N型熱處理方法，解決原生碲鎘汞材料則呈不均勻的N型的技術問題。

本發(fā)明的碲鎘汞氣相外延材料的N型熱處理工藝，包括碲鎘汞氣相外延薄膜樣品，熱處理工藝。其特征在于，在氣相外延生長程序結束后，直接降溫到一定的溫度對生長后的外延材料進行原位熱處理。整個熱處理過程在氫氣氣氛下進行，以利于在熱處理過程中氣相與固相之間汞原子的交換，從而實現(xiàn)對材料的N型熱處理；

所述的碲鎘汞氣相外延樣品，由氣相外延生長工藝獲得，其原生片為不均勻的n型，載流子濃度為1～10×10¹⁵cm^-3，遷移率為0.1～5×10⁴cm^-3/V·s，厚度為10～20μm；

對碲鎘汞氣相外延材料的N型熱處理方法步驟為：

在碲鎘汞材料氣相外延生長程序結束后，直接降溫到所需溫度對生長后的外延材料進行熱處理，熱處理過程中保持氫氣的流通,具體熱處理溫度及時間根據(jù)材料所處波段確定，對于組分x為0.263～0.329的中波Hg_1-xCd_xTe外延材料，溫度為350℃，時間為1小時；對于組分為0.231～0.254的長波Hg_1-xCd_xTe材料，溫度為220℃，時間為5小時。

本發(fā)明提供的碲鎘汞氣相外延材料的N型熱處理方法，其優(yōu)點在于，生長完畢后的樣品無需取出，可直接在氣相外延腔體中對其進行原位熱處理，避免了樣品表面過多的沾污；同時本發(fā)明所提供的熱處理方法，在處理過程中不需再添加汞源便可實現(xiàn)對外延材料的N型電學參數(shù)的調(diào)整，簡單，方便，快捷；該方法也能保證HgCdTe材料表面形貌的完整性。

本發(fā)明提供的熱處理方法，實現(xiàn)了從不均勻的N型氣相外延材料到均勻的N型氣相外延材料的轉變，為HgCdTe紅外光導器件的制備提供了有效的材料基礎。

附圖說明

圖1：熱處理用石墨舟及樣品放置示意圖。

圖2：熱處理工藝流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖2，對本發(fā)明中提到的碲鎘汞氣相外延材料的N型熱處理工藝，進行詳細說明（這里以長波碲鎘汞為例）：，

熱處理工藝分以下幾個步驟:

1在氮氣操作箱中將稱量好的生長源以及處理好的氣相外延生長用襯底放入石墨舟，再將其放入石英小套管內(nèi)。然后將裝有樣品的石英小套管推入氣相外延系統(tǒng)的石英腔體內(nèi)，關閉腔體。整個操作過程要做到安全、穩(wěn)定、快捷，避免材料與外界有過多的接觸，以避免不必要的沾污；