Si/CdTe复合衬底HgCdTe液相外延材料的生长与性能分析

通过改进推舟液相外延技术,成功地在(211)晶向Si/CdTe复合衬底上进行了HgCdTe液相外延生长,获得了表面光亮的HgCdTe外延薄膜.测试结果表明,(211)Si/CdTe复合衬底液相外延HgCdTe材料组分及厚度的均匀性与常规(111)CdZnTe衬底HgCdTe外延材料相当;位错腐蚀坑平均密度为(5～8)×105 cm-2,比相同衬底上分子束外延材料的平均位错密度要低一个数量级;晶体的双晶半峰宽达到70″左右.研究结果表明,在发展需要低位错密度的大面积长波HgCdTe外延材料制备技术方面,Si/CdTe复合衬底HgCdTe液相外延技术可发挥重要的作用.     

Si/CdTe复合衬底HgCdTe液相外延材料的生长与性能分析

通过改进推舟液相外延技术,成功地在(211)晶向Si/CdTe复合衬底上进行了HgCdTe液相外延生长,获得了表面光亮的HgCdTe外延薄膜.测试结果表明,(211)Si/CdTe复合衬底液相外延HgCdTe材料组分及厚度的均匀性与常规(111)CdZnTe衬底HgCdTe外延材料相当;位错腐蚀坑平均密度为(5～8)×105 cm-2,比相同衬底上分子束外延材料的平均位错密度要低一个数量级;晶体的双晶半峰宽达到70″左右.研究结果表明,在发展需要低位错密度的大面积长波HgCdTe外延材料制备技术方面,Si/CdTe复合衬底HgCdTe液相外延技术可发挥重要的作用.     

面向第三代红外焦平面的碲镉汞材料器件研究

文章叙述了第三代红外焦平面中所需求的碲镉汞分子束外延(MBE)的一些研究成 果。对GaAs、Si基大面积异质外延、表面缺陷抑制、p 型掺杂等MBE的主要难点问题进行了阐述。研究表明, 3 in材料的组分均匀性良好,组分x的偏差为0. 5%。晶格失配引发的孪晶缺陷可以通过合适的低温成核方法得到有效的抑制。在GaAs和Si衬底上外延的HgCdTe材料的(422) x射线衍射半峰宽( FWHM)的典型值为60～80arc·sec。大于2μm缺陷的表面密度可以控制在小于300cm- 2水平。研究发现As的表面黏附系数很低,对生长温度十分敏感,在170℃下约为1 ×10- 4。通过合适的退火,可以实现As的受主激活。采用碲镉汞多层材料已试制了长波n2on2p与p2on2n型掺杂异质结器件以及双色红外短波/中波焦平面探测器,本文报道了一些初步结果。     

CdZnTe衬底对碲镉汞气相外延表面形貌的影响

利用气相外延技术在CdZnTe衬底上生长Hg1-xCdxTe薄膜材料,通过在不同晶向、不同极性、不同晶向偏离角度CdZnTe衬底上的外延结果发现,CdZnTe衬底对外延形貌的影响非常大。(111)面衬底上外延形貌明显优于(211)面衬底的外延形貌。对于同是<111>CdZnTe晶向的衬底,(111)Cd面CdZnTe衬底上的外延形貌明显优于(111)Te面。对于(111)Cd面CdZnTe衬底,当晶向偏离角度不同时,其外延形貌也有差异,晶向偏离角越小表面形貌越好。     

中波碲镉汞/钝化层界面电学特性研究

HgCdTe表面/界面特性对器件性能具有重要的影响,表面/界面的状态主要依赖于表面处理和钝化工艺。采用Br2/CH3OH腐蚀液对液相外延(LPE)生长的中波HgCdTe薄膜进行表面处理后,使用Cd Te/Zn S复合钝化技术进行表面钝化,制备了相应的MIS器件并进行器件C-V测试。结果表明,HgCdTe/钝化层界面固定电荷极性为正,面密度为2.1×1011 cm-2,最低快界面态密度为1.43×1011 cm-2·e V-1,在10 V栅压极值下慢界面态密度为4.75×1011 cm-2,较低的快界面态密度体现出了CdTe/ZnS复合钝化技术的优越性。     

As掺杂碲镉汞富碲液相外延材料特性的研究

对富碲液相外延As掺杂碲镉汞(HgCdTe)材料的研究发现,其电学性能存在着不稳定性,材料霍尔参数的实验数据与均匀材料的理论计算结果也不能很好的吻合.通过采用剥层变温霍尔测量和二次离子质谱(SIMS)测试对材料纵向均匀性进行检测的结果显示,外延材料中的As在高温富汞激活退火过程中具有向材料表面扩散的效应,导致在表面形成了高于主体层浓度1～2个量级的高浓度表面层,并导致了AsTe受主的浓度在HgCdTe薄膜中呈非均匀分布.考虑这一效应并采用双层模型的霍尔参数计算方法后,As掺杂HgCdTe液相外延材料的电学行为得到了较好的解释,并较为准确地获得了退火后材料表面层与主体层的受主浓度及受主能级等电学参数.     

分子束外延碲镉汞薄膜中VOID缺陷的研究

HgCdTe薄膜中的Void缺陷严重影响面阵器件的有效元数。对用分子束外延法在GaAs衬底上生长的HgCdTe薄膜中的Void缺陷进行了形貌、剖面观测和能谱分析。衬底表面状况和HgCdTe生长过程中的Hg/Te束流比及衬底温度决定了Void缺陷的密度和尺寸。在比较优化的条件下，可将Void缺陷密度降到5×102cm－2以下。     

碲锌镉衬底晶向对碲镉汞薄膜表面形貌的影响

利用定向仪对原生晶片及加工后的碲锌镉衬底的晶向进行比较,观察不同晶向衬底液相外延碲镉汞薄膜的表面形貌,考察了衬底晶向偏差对液相外延碲镉汞薄膜表面形貌的影响。通过进一步的追踪碲锌镉衬底在加工过程中的晶向变化,研究衬底晶向变化的原因和解决方法。研究发现,碲锌镉晶体在初次定向切割后的加工过程中晶向会发生明显变化,而在厚度减薄较大的粗磨工艺后不会发生较大晶向偏差,因此,可将粗磨后衬底的再次定向结果作为进一步筛选碲锌镉衬底的依据,以保证液相外延碲镉汞薄膜的质量。     

Si基大面积碲镉汞分子束外延研究

文章报道了Si基碲镉汞分子束外延(MBE)的最新研究进展。尝试用晶向偏角降低高界面应变能的方法,摸索大失配体系中位错的抑制途径,寻找位错密度与双晶半峰宽的对应关系,基本建立了外延材料晶体质量无损检测评价标准,并对外延工艺进行指导。通过上述研究,15~20μm Si基CdTe复合材料双晶半峰宽最好结果为54arcsec,对应位错密度(EPD)小于2×106/cm2,与相同厚度的GaAs/CdTe(211)双晶水平相当,达到或优于国际最好结果。获得的3 in 10μm Si基HgCdTe材料双晶半峰宽最好结果为51arcsec,目前Si基HgCdTe材料已经初步应用于焦平面中波320×240器件制备。     

用异质外延、在代用衬底材料上生长的碲镉汞光伏探测器阵列的最新进展

一、概述最近几年,Rockwell国际科学中心研究一种代用衬底材料,该材料避免了块状、单晶CdTe所存在的缺点,而且不降低在此衬底上生长的外延HgCdTe的质量。这种衬底是由用适当工艺制备的单晶蓝宝石薄片(其直径典型值为2″)、以及其上液相外延生长的碲化镉薄层(10～20μm)构成,该蓝宝石薄片经特殊的初始表面处理。这种技术是一种外延用的CdTe代用物(PACE)技术,适合用各种外延技术生     

CdZnTe中富碲沉积相缺陷引起的液相外延HgCdTe薄膜表面缺陷

为了研究液相外延碲镉汞薄膜表面缺陷形成机制,采用光刻工艺结合化学腐蚀方法在碲锌镉衬底表面实现了网格化,研究了碲锌镉近表面富碲沉积相与外延薄膜表面缺陷的关系.结果表明:衬底近表面富碲沉积相会导致碲镉汞薄膜表面孔洞、类针形凹陷坑缺陷以及三角形凹陷坑聚集区;在液相外延过程中,高温碲镉汞熔液与CdZnTe衬底间的回熔作用可以减少与富碲沉积相相关的表面缺陷,薄膜表面缺陷与衬底表面富碲沉积相的匹配度与回熔深度负相关;回熔过程以及富碲沉积相形态、深度影响HgCdTe薄膜表面缺陷形态和分布.     

碲锌镉缓冲层液相外延技术的研究

文章报道了采用液相外延方法，在碲锌镉衬底上进行碲锌镉薄膜缓冲层生长的情况，并且采用X光双晶衍射仪、X光形貌仪、红外傅里叶光谱仪、二次离子质谱仪等手段对碲锌镉薄膜进行了表征，碲锌镉薄膜具有较好地组分及均匀性，晶体结构质量也较好。采用碲锌镉缓冲结构生长了碲镉汞液相外延片，其碲锌镉与碲镉汞薄膜界面附近的杂质得到了有效的控制。     

碲锌镉缓冲层液相外延技术的研究

文章报道了采用液相外延方法，在碲锌镉衬底上进行碲锌镉薄膜缓冲层生长的情况，并且采用X光双晶衍射仪、X光形貌仪、红外傅里叶光谱仪、二次离子质谱仪等手段对碲锌镉薄膜进行了表征，碲锌镉薄膜具有较好地组分及均匀性，晶体结构质量也较好。采用碲锌镉缓冲结构生长了碲镉汞液相外延片，其碲锌镉与碲镉汞薄膜界面附近的杂质得到了有效的控制。     

液相外延碲镉汞贯穿型缺陷研究

液相外延碲镉汞材料的贯穿型缺陷会在后续器件制备中导致多个盲元的形成。采用共聚焦显微镜对该类缺陷的深度进行了表征,并对缺陷底部的成分进行了测试。使用聚焦离子束(Focused Ion Beam, FIB)将缺陷挖开后对其进行观察。对于贯穿型缺陷较多的碲锌镉衬底外延生长碲镉汞薄膜,统计后发现碲镉汞表面的贯穿型缺陷与衬底缺陷存在一定的对应关系,因此推测液相外延贯穿型缺陷起源于碲锌镉衬底缺陷。     

Characterization of Dislocations in HgCdTe Heteroepitaxial Layers Using a New Substrate Removal Technique

Dislocations are known to influence the electrical and optical properties of long-wavelength infrared (LWIR) HgCdTe detectors and have been shown to limit the performance of arrays fabricated on heteroepitaxial substrates. To help better understand dislocations in HgCdTe, a new method for preparing HgCdTe diagnostic epitaxial single-crystal samples by chemically removing the supporting CdZnTe substrate has been developed. Using this new sample preparation technique, the behavior of misfit and threading dislocations in HgCdTe epitaxial layers has been investigated by using a defect etch to reveal the dislocations present in the thin HgCdTe films. In most cases etch pits on the surface of the film are spatially correlated with etch pits on the bottom of the HgCdTe film. The small displacements of the related etch pits were used to obtain crystallographic information concerning the paths followed by threading dislocations on allowed slip planes in the HgCdTe crystal. In addition, transmission electron microscopy (TEM) is used to obtain more specific information regarding the Burgers vector of the dislocation. While this new sample preparation technique is useful for studying dislocations in HgCdTe epitaxial layers, it can also be used to study stress from ohmic contacts and passivation layers. The technique can be used for both liquid-phase epitaxy (LPE)- and molecular-beam epitaxy (MBE)-grown HgCdTe on CdZnTe substrates.     

MOCVD grown CdZn Te/GaAs/Si substrates for large-area HgCdTe IRFPAs

Large-area HgCdTe 480×640 thermal-expansion-matched hybrid focal plane arrays were achieved by substituting metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD)-grown CdZnTe/GaAs/Si alternative substrate in place of bulk CdZnTe substrates for the growth of HgCdTe p-on-n double-layer heterojunctions by controllably-doped mercury-melt liquid phase epitaxy (LPE). (100) CdZnTe was grown by MOCVD on GaAs/Si using a vertical-flow high-speed rotating disk reactor which incorporates up to three two-inch diameter substrates. Layers having specular surface morphology, good crystalline structure, and surface macro defect densities <50 cm⁻² are routinely achieved and both the composition uniformity and run-to-run reproducibility were very good. As the composition of the CdZnTe layers increases, the x-ray full width at half maximum (FWHM) increases; this is a characteristic of CdZnTe grown by VPE techniques and is apparently associated with phase separation. Despite a broader x-ray FWHM for the fernary CdZnTe, the FWHM of HgCdTe grown by LPE on these substrates decreases, particularly for [ZnTe] compositions near the lattice matching condition to HgCdTe. An additional benefit of the ternary CdZnTe is an improved surface morphology of the HgCdTe layers. Using these silicon-based substrates, we have demonstrated 78K high-performance LWIR HgCdTe 480×640 arrays and find that their performance is comparable to similar arrays fabricated on bulk CdZnTe substrates for temperatures exceeding approximately 78K. The performance at lower temperatures is apparently limited by the dislocation density which is typically in the low-mid 10⁶ cm⁻² range for these heteroepitaxial materials.     

Te-rich liquid phase epitaxial growth of HgCdTe on Si-based substrates

The growth of high quality (111)B oriented HgCdTe layers on CdZnTe/GaAs/Si and CdTe/Si substrates by Te-rich slider liquid phase epitaxy (LPE) is reported. Although the (111) orientation is susceptible to twinning, a reproducible process yielding twin-free layers with excellent surface morphology has been developed. The electrical properties and dislocation density in films grown on these substrates are comparable to those measured in HgCdTe layers grown on bulk CdTe substrates using the same LPE process. This is surprising in view of the large lattice mismatch that exists in these systems. We will report details of both the substrate and HgCdTe growth processes that are important to obtaining these results.     

HgCdTe液相外延薄膜表面缺陷的控制

研究了HgCdTe液相外延薄膜表面两类宏观缺陷的形成原因.研究表明,大部分表面凹陷点(void)缺陷的形成是由衬底的蜡沾污所引入的,而表面凸起点(hill-like)是由衬底边缘脱落的CdZnTe微颗粒造成的,通过控制外延生长前的衬底处理过程,可以抑制这两类缺陷,从而生长出零(宏观)缺陷密度的优质HgCdTe外延薄膜.     

衬底表面状态对碲镉汞薄膜表面起伏的影响

通过改变碲锌镉衬底的表面加工方法及溴-甲醇腐蚀液的浓度,研究衬底的表面状态对碲镉汞薄膜表面起伏情况的影响。利用傅里叶红外透射(FTIR)光谱议、晶片扫描成像系统、光学显微镜等工具对不同条件下的碲镉汞薄膜的表面起伏情况进行观察和比较。研究初步发现碲锌镉衬底不经过化学抛光,以及不经过腐蚀直接进行外延的情况下得到的碲镉汞薄膜的表面起伏状况会得到一定程度的改善,但是考虑溴-甲醇腐蚀液对机械抛光造成的表面应力的释放作用以及外延过程中的衬底回熔的相互作用会使得外延所得碲镉汞薄膜表面起伏情况更加复杂。因此,仍需要对衬底使用前的化学抛光对薄膜表面起伏的作用以及确定合适的溴-甲醇腐蚀液的浓度进行进一步的研究。