抑制In元素在CdTe中的退火扩散

王 丛,王文燕,周 朋,赵 超,段建春,周立庆

(华北光电技术研究所,北京 100015)

1 背 景

随着三代器件的发展,大面阵和双多色成为未来发展的两大分支。HgCdTe薄膜材料是制备高性能红外焦平面探测器的优选材料,在大面阵和双多色方面均具有优势。传统HgCdTe薄膜主要以CdZnTe单晶材料为衬底,由于大尺寸CdZnTe单晶材料生长的困难,大面积且锌值组分均匀的CdZnTe衬底难以获得(<50 cm2),另外CdZnTe衬底可加工性、CdZnTe衬底与Si读出电路热膨胀匹配性等原因[1],不仅造成HgCdTe红外焦平面器件的成本非常高,而且也难以制备出高性能的大面阵器件；而作为优势替代衬底Si基材料,在大面阵方面具有先天优势,但由于Si材料和外延膜之间存在大的晶格失配(19%)导致位错密度难以降低(>106cm2)[2],因此其应用只能局限在中短波范围,长波范围的应用进展并不理想。因此寻找和开发替代衬底材料的研究工作一直贯穿于HgCdTe红外焦平面技术发展的过程中。

InSb基复合衬底具有以下优势：①晶格常数和HgCdTe很接近；②热膨胀系数和HgCdTe很接近；③可以获得HgCdTe/InSb位错密度比HgCdTe/Si低得多；④商业生产的体晶InSb可以达到4 in以上(成本约为CdZnTe的1/10[3])；⑤不存在CdZnTe中常见的Te沉淀/夹杂以及磨抛缺陷。因此,InSb是一种比较理想的HgCdTe外延衬底材料。

虽然InSb材料衬底的晶格常数几乎和HgCdTe完全匹配,但由于In元素在高温情况下容易产生扩散,给后续生长HgCdTe薄膜的带来污染和掺杂不可控性。虽然使用MBE方法可以低温外延材料,在材料生长阶段能够较为有效的抑制In元素的扩散。在其后的器件工艺中不可避免的要使用高温退火等工艺,使得In元素的扩散问题变得突出。

本文中我们使用分子束外延的方法获得CdTe/InSb材料,并在特定的退火工艺条件下研究了In元素在材料中的扩散现象。在获得的材料上,我们通过使用钝化SiO2的方法对材料的正反两面进行了保护,阻挡了部分In的扩散,对控制In在材料中的扩散起到积极作用。……