一种金掺杂p型碲镉汞材料的气相外延方法
【专利摘要】本发明公开了一种金掺杂p型碲镉汞材料的气相外延方法，该方法进行金掺杂p型碲镉汞材料的气相外延，材料在77k温度下，金掺杂外延材料的迁移率为1.39E+02cm2/Vs，载流子浓度可以达到2×1018cm-3，为典型的p型材料。而相同条件下不进行金掺杂的迁移率为6.42E+04cm2/Vs，载流子浓度为3×1015cm-3，为典型的n型材料。因此，该方法金掺杂的激活率非常高。本方法可以提高掺杂型长波p材料电学参数的稳定性，同时该掺杂在低成本的气相外延设备里即可以实现。
【专利说明】一种金掺杂P型碲镉汞材料的气相外延方法
【技术领域】
[0001]本专利涉及一种掺杂型締镉萊材料的气相外延方法，具体涉及一种金掺杂P型締镉汞材料的气相外延方法，它适用于红外碲镉汞材料的气相外延生长，特别适用于P型碲镉萊材料气相外延生长。
【背景技术】 [0002]HghCdxTe三元材料是一种重要的红外晶体材料。随着民用红外市场的日益增大，传统高成本HgCdTe红外器件难以满足民用市场，这无疑会限制住HgCdTe红外器件的市场份额和发展前景。对于HgCdTe材料，其P型掺杂问题一直是“瓶颈”，通常P型掺杂有三种方式，一是常规的Hg空位，这是中短波器件常用的掺杂方式。但是对长波器件来说，要想获得较高的性能，需要采用非本征掺杂，可利用V族元素As代替HgCdTe中Te原子的位置，提供一个空穴，成为受主。但对于As掺杂一直难以克服的就是As激活问题。还有一种掺杂模式是利用I族元素中的Au、Cu，替代HgCdTe中的Hg或Cd位，提供一个空穴，成为受主。美国的DRS以及德国的AIM均报道过采用Au、Cu掺杂方式生长Hgl-xCdxTe材料，MurenChu[[I]Muren Chu, Sevag Terterian, Peter C.C.Wang, Au-Doped HgCdTe for infrareddetectors and focal plane arrays.Materials for infrared detectors, Proceedingsof SPIE.2001vol4454:116-122]曾报道对于相同导电类型的HgCdTe材料，Au掺杂的HgCdTe材料相对于Hg空位的HgCdTe材料其少子寿命要高出2_3个数量级。在77k温度下，利用离子注入Au掺杂的HgCdTe材料制成的面阵器件性能优于异质结器件。国际上美国的DRS和德国的AM均开始采用Cu (或Au)掺杂生长HgCdTe材料，但鉴于HgCdTe材料是敏感的红外材料，对于该材料的具体掺杂工艺一直处于技术封锁状态，并未给出。
[0003]本专利拟采用金掺杂碲镉汞气相生长技术，进行富汞条件P型碲镉汞材料的生长和退火。为富汞金掺杂的碲镉汞材料生长和退火提供一种有效手段。
【发明内容】
[0004]本专利的目的是提供一种金掺杂P型碲镉汞材料的气相外延方法，解决P型碲镉汞材料难以掺杂的问题。通过对强P型的碲锌镉衬底进行粗抛、精抛和腐蚀处理，然后再进行金液处理，利用气相外延生长原理，实现金掺杂P型締镉萊材料的气相外延生长。
[0005]本发明的方法为:通过对衬底进行专门的金掺杂处理之后，利用等温气相外延方法实现金掺杂P型碲镉汞材料的气相外延生长；
[0006]所述的金掺杂处理方法为:首先对衬底进行热三氯甲烷三次热浴，每次I~2min ；热乙醇三次热浴，每次I~2min ;然后对衬底进行2%Br甲醇溶液腐蚀60s，无水乙醇反复清洗3遍，匀胶机甩干；最后2%。金溶液处理10s，大量去离子水清洗，匀胶机甩干备用；
[0007]所述的金掺杂P型碲镉汞材料的气相外延生长方法为:利用等温气相外延方法实现金掺杂P型碲镉汞材料的气相外延生长，即上述金掺杂处理准备的衬底作为外延衬底，放入气相外延设备里，利用等温气相外延原理，进行碲镉汞的气相外延生长，生长温度500°C，生长时间4h，退火温度350°C，生长时间2h，共计6h。
[0008]
【发明内容】
如下:
[0009]1.选取(111) B面碲锌镉晶体为衬底材料，对衬底进行双面研磨、精抛；
[0010]2.将衬底取片去蜡，三氯甲烷热浴3次，沸腾I~2分钟左右，无水乙醇热浴3次，沸腾I~2分钟左右；
[0011]3.2%Br甲醇溶液腐蚀60s，无水乙醇反复清洗3遍； [0012]4.对衬底进行千分之二金溶液处理，大量去离子水清洗；
[0013]5.将衬底用净化匀胶机甩干备用；
[0014]6.称取Ig的HgCdTe多晶料作为源，与衬底一起放入石墨舟，推入气相外延炉，抽
真空；
[0015]7.利用高纯氮气反复吹扫气相外延炉，通入高纯氢气保压3h，然后在高纯氢气气氛下生长，氢气流量控制在0.4L/min以内，生长温度500°C，共计4h，退火温度350°C，共计2h。生长结束后通高纯氢气快速降温至室温。
[0016]8.氮气吹扫，取片。利用霍尔测试系统进行电学参数的检测。
[0017]本专利掺杂型气相外延的优点在于:它可以解决长波碲镉汞P型掺杂难以激活的问题，以提高P型碲镉汞材料金掺杂的激活率。在简单的气相外延设备里实现长波P型金掺杂的碲镉汞外延生长，该方法可以应用于短波、中波和长波碲镉汞气相外延领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1:金掺杂P型碲镉汞材料工艺流程图。
【具体实施方式】
[0019]以长波碲镉汞P型掺杂为例，分为两组进行:一组进行金掺杂气相外延。另一组进行常规非掺杂气相外延。通过比较两组实验，证实富汞条件下进行金掺杂可以有效得以激活。
[0020]具体过程如下:
[0021]1.选取两片(111)面碲锌镉晶体为衬底材料，分别编号为1256、1257，对衬底进行双面研磨、精抛；
[0022]2.将衬底取片去蜡，三氯甲烷热浴3次，沸腾I~2分钟左右，无水乙醇热浴3次，沸腾I~2分钟左右；
[0023]3.2%Br甲醇溶液腐蚀60s，无水乙醇反复清洗3遍；
[0024]4.将编号1257的衬底用净化匀胶机甩干备用；
[0025]5.对衬底编号1256的衬底进行千分之二金浓度的水溶液处理，大量去离子水清洗；
[0026]6.将编号1257的衬底用净化匀胶机甩干备用；
[0027]7.称取相同质量的HgCdTe多晶料作为源，与衬底一起放入石墨舟，推入气相外延炉，抽真空；
[0028]8.利用高纯氮气反复吹扫气相外延炉，通入高纯氢气保压3h，然后在高纯氢气气氛下生长，氢气流量控制在0.4L/min以内，生长温度500°C，共计4h，退火温度350°C，共计2h。生长结束后通高纯氢气快速降温至室温。
[0029]9.氮气吹扫，取片。利用霍尔测试系统进行电学参数的检测。
[0030]表一给出1256、1257外延片在300k和77k下的电学参数。通过表中可以看出1256是金掺杂长波材料，77K低温下其迁移率为1.39E+02cm2/Vs,浓度为2.00E+18cnT3，是标准的强P型材料。1257是相同实验条件没有进行金掺杂的外延片，77K低温其迁移率为
6.42E+04cm2/Vs,浓度为3.20E+15cnT3，是标准的η型。通过对比掺杂型和非掺杂型的碲镉汞气相外延可以看出，利用本发明设计的金掺杂P型生长技术，金掺杂成功实现，并且其激活率较高，可以有效实现P型掺杂碲镉汞气相外延生长。
[0031]表一 1256、1257外延片的电学参数(300k、77k)
[0032]
【权利要求】
1.一种用于金掺杂P型締镉萊材料的气相外延方法，其特征在于: 通过对衬底进行专门的金掺杂处理之后，利用等温气相外延方法实现金掺杂P型碲镉萊材料的气相外延生长； 所述的金掺杂处理方法为:首先对衬底进行热三氯甲烷三次热浴，每次I~2min ;热乙醇三次热浴，每次I~2min ;然后对衬底进行2%Br甲醇溶液腐蚀60s，无水乙醇反复清洗3遍，匀胶机甩干；最后2%。金溶液处理10s，大量去离子水清洗，匀胶机甩干备用； 所述的金掺杂P型碲镉汞材料的气相外延生长方法为:利用等温气相外延方法实现金掺杂P型締镉萊材料的气相外延生长，即上述金掺杂处理准备的衬底作为外延衬底，放入气相外延设备里，利用等温气相外延原理，进行碲镉汞的气相外延生长，生长温度500°C，生长时间4h，退火温度350°C， 生长时间2h，共计6h。
【文档编号】C30B25/18GK103668448SQ201310590963
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】王仍, 焦翠灵, 徐国庆, 杨晓阳, 张可峰, 张莉萍, 林杏潮, 陆液, 杜云辰, 邵秀华, 李向阳 申请人:中国科学院上海技术物理研究所