外延生长碲镉汞薄膜的现状和前景

本文简要综述了液相外延(LPE)、分子束外延(MBE)、金属有机物汽相外延(MOVPE)生长碲镉汞(MCT)单晶薄膜的工艺特点,存在的问题和发展趋势.     

碲镉汞的液相外延生长

设计了一种使用良好的石墨舟,建立了一套能进行开管液相外延的系统,并利用此系统在CdZnTe衬底上和在富Te的生长条件下生长了不同x值的HgCdTe外延薄膜.通过对外延生长工艺的控制,外延薄膜的表面形貌有很大的改善,残留母液大为减少,外延薄膜的组分比较均匀,其电学性能得到较大改善,HgCdTe外延薄膜与CdZnTe衬底之间的互扩散非常少,外延膜的晶体结构也较完整.     

碲镉汞的液相外延生长

设计了一种使用良好的石墨舟 ,建立了一套能进行开管液相外延的系统 ,并利用此系统在 Cd Zn Te衬底上和在富 Te的生长条件下生长了不同 x值的 Hg Cd Te外延薄膜 .通过对外延生长工艺的控制 ,外延薄膜的表面形貌有很大的改善 ,残留母液大为减少 ,外延薄膜的组分比较均匀 ,其电学性能得到较大改善 ,Hg Cd Te外延薄膜与Cd Zn Te衬底之间的互扩散非常少 ,外延膜的晶体结构也较完整 .     

液相生长碲镉汞外延层

采用改进的液相外延浸渍技术,在Te溶液中生长出Cd组分(x值)为0.17～0.4的HgCdTe外延层,系统中未加汞长出了纯CdTe外延层,这样就首次制成了背面照射HgCdTe/CdTe异质结构的二极管。而这种外延层是在CdTe衬底上生长的,Cd取向为(100)、(110)和(111),Te的取向为(111),最佳的表面是由取向为(110)Cd得到的。其生长装置如图1所示,它主要是由内、外两个石英管组成,后者装在两个不锈钢凸缘之间,以保持高的氩气压。生长时,管内压力维持在200～300磅/英寸~2。在生长过     

液相外延碲镉汞薄膜缺陷综述

昆明物理研究所突破了ϕ150 mm碲锌镉单晶定向生长技术,实现了100 mm×100 mm碲锌镉衬底的小批量制备,位错腐蚀坑密度（EPD）≤4×10⁴ cm^－2,沉积相尺寸小于5 μm、沉积相密度小于5×10³ cm^－2。突破了大尺寸碲锌镉衬底表面处理以及大面积富碲水平推舟液相外延技术,实现了100 mm×100 mm大尺寸短波、中波碲镉汞薄膜材料的制备,薄膜表面质量优异,厚度极差优于±1.25 μm,组分极差优于±0.0031,是目前国际上报道的最大面积碲锌镉衬底基碲镉汞薄膜材料。该材料为10k×10k及以上亿像素规模红外探测器的研制、4k×4k等规模大面阵红外探测器的量产奠定了坚实的基础。

     

液相外延碲镉汞薄膜缺陷综述

液相外延是碲镉汞（MCT）薄膜生长领域最成熟的一种方法,被众多红外探测器研究机构和生产商所采用。然而由于MCT材料自身属性和具体制备工艺的原因,液相外延生长过程中不可避免地会产生各种缺陷,从而降低红外探测器的性能。为了增加对液相外延MCT薄膜中缺陷的认识,并对具体的生长工艺提供指导性建议,基于已报道的文献总结了液相外延MCT薄膜中所存在一些缺陷的特征以及形成机理和消除方法。对各类缺陷的形成机理和消除方法进行探讨和评估,有助于提高MCT薄膜液相外延的水平,为制造高性能MCT探测器做好材料技术支撑。     

液相外延长波碲镉汞薄膜化学机械抛光工艺研究

基于碲镉汞液相外延材料表面固有的宏观缺陷,采用化学机械抛光(CMP)方法对材料表面进行抛光平坦化,利用光学显微镜、白光干涉仪、激光共聚焦显微镜等分析方法对化学机械抛光前、后的材料表面进行分析表征.研究结果表明,化学机械抛光工艺能有效去除外延材料表面固有的竖纹、花纹、斜纹等宏观缺陷,同时可明显改善外延材料表面平整度及粗糙度,0.5 mm×0.5 mm范围内薄膜表面平整度值降低到20 nm以下,粗糙度值降低到4 nm以下,提高了碲镉汞外延材料表面质量.化学机械抛光后的长波材料经标准器件工艺制备出的焦平面器件可达到较好长波器件水平.     

碲镉汞薄膜的有机金属化合物汽相外延生长

利用水平，常压有机金属化合物汽相外延（ＭＯＶＰＥ）装置，ＤＭＣｄ，ＤＩＰＴ及元素汞在３６０℃，采用互扩散多层工艺，通过计算机控制，在ＧａＡｓ，ＣｄＴｅ衬底上按不同条件生长碲化镉，碲化汞和碲镉汞的初步结果，包括组分，表面形态，薄膜厚度，红外透射比和电学特性等，其中有原生的和经过一定条件退火处理的结果。     

异质外延碲镉汞薄膜的位错抑制技术

本文简述了MBE异质外延碲镉汞薄膜位错形成机理、位错在外延层中的演化过程以及位错抑制理论,总结了国内外CdTe缓冲层的位错抑制技术、HgCdTe薄膜的位错抑制技术,分析了热循环退火技术各个要素与位错密度变化之间的关系.     

GaSb: A New Alternative Substrate for Epitaxial Growth of HgCdTe

In this work, GaSb is proposed as a new alternative substrate for the growth of HgCdTe via molecular beam epitaxy (MBE). Due to the smaller mismatch in both lattice constant and coefficient of thermal expansion between GaSb and HgCdTe, GaSb presents a better alternative substrate for the epitaxial growth of HgCdTe, in comparison to alternative substrates such as Si, Ge, and GaAs. In our recent efforts, a CdTe buffer layer technology has been developed on GaSb substrates via MBE. By optimizing the growth conditions (mainly growth temperature and VI/II flux ratio), CdTe buffer layers have been grown on GaSb substrates with material quality comparable to, and slightly better than, CdTe buffer layers grown on GaAs substrates, which is one of the state-of-the-art alternative substrates used in growing HgCdTe for the fabrication of mid-wave infrared detectors. The results presented in this paper indicate the great potential of GaSb to become the next generation alternative substrate for HgCdTe infrared detectors, demonstrating MBE-grown CdTe buffer layers with rocking curve (double crystal x-ray diffraction) full width at half maximum of ～60 arcsec and etch pit density of ～10⁶ cm^?2.     

失配异质结构InGaAs/InP的MOCVD生长

基于延展波长(截止波长2.2μm)InGaAs-PIN光电探测器进行了失配异质结构InxGa1-xAs(x=0.72)/InP的MOCVD外延生长研究。采用宽带隙组分梯度渐变的InAlAs作为缓冲层和顶层,通过生长优化,获得了满足器件要求的外延材料。     

C掺杂GaAs外延层的MOCVD生长

以CCl4为掺杂源,利用EMCORE D125 MOCVD系统生长了不同C掺杂浓度的GaAs外延层.通过Hall、PL、DXRD以及在位监测工具Epimetric等手段研究了掺C GaAs层的电学特性、光学特性、晶体质量和生长速度等.     

MOCVD侧向外延生长GaN的研究

在低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)系统中利用侧向外延生长(epitaxial lateral overgrowth,ELO)技术进行了二次外延GaN的研究.SEM观察结果表明,翼区和窗口区宽度比值不同的图形衬底,侧向和纵向的生长速率不同;其AFM表面形貌图像表明,长平的ELO-GaN表面平整,位错密度较低.ELO-GaN的光致发光(PL)谱的带边峰比传统方法生长的GaN的带边峰红移了14.0 meV,表明ELO-GaN的应力得到部分释放,晶体质量提高.ELO-GaN和普通外延GaN的拉曼散射谱比较表明,ELO-GaN中的应力较小,晶体质量较高,A1(TO)模的出现说明其晶轴取向相对于(0001)方向发生微小的偏移.     

MOCVD法侧向外延生长高质量GaN

利用金属有机物气相外延法(MOCVD),在GaN/蓝宝石复合衬底上,采用侧向外延生长技术制备出高质量的GaN外延膜,并对其进行扫描电镜、X射线双晶衍射、透射电镜测量和分析.发现完全合并后的GaN外延层的表面平整,晶体质量较衬底有大幅的提高,透射电镜进行微区位错观察发现窗口区穿透位错大部分发生转向,侧向生长区下方的穿透位错被掩膜阻断.     

MOCVD法侧向外延生长高质量GaN

利用金属有机物气相外延法(MOCVD),在GaN/蓝宝石复合衬底上,采用侧向外延生长技术制备出高质量的GaN外延膜,并对其进行扫描电镜、X射线双晶衍射、透射电镜测量和分析.发现完全合并后的GaN外延层的表面平整,晶体质量较衬底有大幅的提高,透射电镜进行微区位错观察发现窗口区穿透位错大部分发生转向,侧向生长区下方的穿透位错被掩膜阻断.     

MOCVD法侧向外延生长高质量GaN

利用金属有机物气相外延法(MOCVD)，在GaN/蓝宝石复合衬底上，采用侧向外延生长技术制备出高质量的GaN外延膜，并对其进行扫描电镜、X射线双晶衍射、透射电镜测量和分析. 发现完全合并后的GaN外延层的表面平整，晶体质量较衬底有大幅的提高，透射电镜进行微区位错观察发现窗口区穿透位错大部分发生转向，侧向生长区下方的穿透位错被掩膜阻断.     

高迁移率GaAs本征外延层的MOCVD生长

通过优化生长条件,利用EMCORE D125 MOCVD外延系统,制备了高迁移率的GaAs外延层,其迁移率在室温下达到了8 879 cm2/V@s,在77 K温度下超过了130 000cm2/V@s.结果表明,衬底表面氧化是影响外延层迁移率的重要因素.