资源描述：
《分子束外延hgcdte薄膜位错密度的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第20卷第5期 半 导 体 学 报 Vol.20,No.51999年5月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSMay,1999分子束外延HgCdTe薄膜3位错密度的研究于梅芳 杨建荣 王善力 陈新强 乔怡敏 巫 艳 何 力(半导体薄膜材料研究中心及红外物理国家重点实验室 中国科学院上海技术物理研究所 上海 200083)韩培德(中国科学院北京电子显微镜实验室 北京 100080)摘要 本文报道在晶格失配GaAs衬底上分子束外延HgCdTe薄膜的位错密度研究结果.用位错腐蚀坑密度(EPD)、X射线双晶衍射以及透射
2、电子显微镜方法,对CdTe缓冲层以及HgCdTe薄膜的位错密度、其纵向分布及与工艺条件的相关关系进行了评价、分析.研究发现退火可以有效地降低HgCdTe薄膜的位错密度.PACC:6855,8155G,6170A,6170G,81601 引言HgCdTe中的位错对红外探测器的性能有十分大的影响.理论与实验表明:贯穿pn结[1,2]位错的存在导致隧道电流增大;位错作为少子复合中心具有电学活性,通过Shockley2Read2Hall(SRH)复合作用使材料的低温少子寿命大大降低,从而降低器件零偏结阻抗[3](R0A)、增大器件噪声,严重影响探测器性能.显然,降低位错密度是红外
3、探测器材料制备技术中的关键问题之一.为了获得较低的位错密度,目前普遍采用与HgCdTe晶格匹配的CdZnTe单晶作为外5-2[4]延生长的衬底,其位错密度小于5×10cm.但是由于CdZnTe单晶制备的困难导致价格昂贵,高质量、大面积单晶难以获得以及与Si信号处理电路混成的热失配等问题,在Si异[5]质衬底上外延生长HgCdTe薄膜是目前的发展方向.本项研究采用GaAs单晶作为外延HgCdTe的衬底,这是因为:GaAs单晶相对比较成熟,具有廉价、较高的晶体质量、大面积、表面处理技术成熟等特点;GaAs单晶与HgCdTe晶格失配较大(失配度为1416%),在3国家自然科学基
4、金(批准号69425002)以及中国科学院资助项目于梅芳 女,1949年出生,高级工程师,从事半导体材料与评价研究杨建荣 男,1958年出生,研究员,从事半导体材料与物理研究何 力 男,1957年出生,研究员,博士生导师,半导体材料与物理研究1997212230收到,1998205206定稿5期 于梅芳等: 分子束外延HgCdTe薄膜位错密度的研究 379GaAs衬底上生长HgCdTe材料所获得的结果对下一步在失配度更大的Si衬底外延具有直接的指导意义.[6,7]常用化学选择腐蚀法直接显示材料中的位错腐蚀坑密度(EPD),并在较大范围内观[8]
5、察其分布情况,在HgCdTe位错密度以及位错对器件性能影响的研究中得到普遍采用.人[9,10]们知道高温热处理方法可以有效地降低HgCdTe材料中的位错密度,但报道有限,特别是对200～250℃低温退火以及不同退火温度对位错密度在生长方向上(纵向)分布的影响等尚不清楚.本文报道我们采用EPD方法对GaAs衬底上外延CdTe缓冲层、HgCdTe薄膜的位错密度以及热处理的效果的研究结果.2 实验HgCdTe薄膜的外延生长是在Riber32PMBE系统中,采用GaAs(211)B衬底进行4-2的.衬底位错密度为～10cm.生长HgCdTe之前,在GaAs衬底上生长了厚度为3～4
6、Lm的CdTe缓冲层.为了研究缓冲层厚度对位错密度的影响,分别生长了不同厚度(2～6Lm)的CdTe薄膜.HgCdTe外延层厚度为10～15Lm.关于衬底制备以及薄膜的详细生长过程可参阅文献[11].为了研究热处理工艺对HgCdTe薄膜位错的影响,在研究中,我们对生长后的HgCdTe薄膜分别在100～250℃和400～490℃范围内的不同温度下进行10～72h和5min～2h的退火实验.用位错腐蚀坑密度(EPD)、X射线双晶衍射以及透射电子显微镜(TEM)等方法对薄膜位错进行了研究.CdTe和HgCdTe的EPD实验分别采用了(211)B面腐蚀液:HNO3[12][13]
7、∶HF∶乳酸(Everson腐蚀液)和HNO3∶K2CrO7∶HCl∶H2O标准位错腐蚀液(Chen腐蚀液),再经015‰溴甲醇腐蚀2s,甲醇漂洗.上述2种腐蚀液在国际上得到普遍的采用,[14]也是比较各实验室材料位错密度的依据.为了进一步确认位错腐蚀的有效性,在研究中我们分别比较了文献中其他各种分别适用于CdTe以及HgCdTe(211)的位错腐蚀液,并用[15][16]体晶做腐蚀对比实验.这些腐蚀液包括E2Ag腐蚀液,Nakagawa腐蚀液,Schaake腐[6][17][18]蚀液,ModifiedChen腐蚀液,Hae
