[发明专利]一种金掺杂p型碲镉汞材料的气相外延方法

说明书

技术领域

本专利涉及一种掺杂型碲镉汞材料的气相外延方法，具体涉及一种金掺杂p型碲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型碲镉汞材料气相外延生长。

背景技术

Hg_1-xCd_xTe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Hg1-xCdxTe材料，Muren Chu[[1]Muren Chu，Sevag Terterian，Peter C.C.Wang,Au-Doped HgCdTe for infrared detectors and focal plane arrays.Materials for infrared detectors,Proceedings of 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AIM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。

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

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型碲镉汞材料的气相外延生长。

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；

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1～2min；热乙醇三次热浴，每次1～2min；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℃，生长时间4h，退火温度350℃，生长时间2h，共计6h。

发明内容如下：

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；

2.将衬底取片去蜡，三氯甲烷热浴3次，沸腾1～2分钟左右，无水乙醇热浴3次，沸腾1～2分钟左右；

3.2%Br甲醇溶液腐蚀60s，无水乙醇反复清洗3遍；

4.对衬底进行千分之二金溶液处理，大量去离子水清洗；

5.将衬底用净化匀胶机甩干备用；

6.称取1g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；

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℃，共计4h，退火温度350℃，共计2h。生长结束后通高纯氢气快速降温至室温。

8.氮气吹扫，取片。利用霍尔测试系统进行电学参数的检测。

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。

附图说明

图1：金掺杂p型碲镉汞材料工艺流程图。