碲化汞镉的制造制造技术

公开了一种制造碲化汞镉（ＣＭＴ）的方法，方法包括通过分子束外延（ＭＢＥ）在衬底上生长一个或多个缓冲层。随后通过金属有机气相外延（ＭＯＶＰＥ）生长至少一个碲化汞镉Ｈｇ↓［１－ｘ］Ｃｄ↓［ｘ］Ｔｅ层，其中ｘ在（０）和（１）之间，并包括（０）和（１）。使用ＭＢＥ生长缓冲层允许一系列的衬底用于ＣＭＴ生长。ＭＢＥ缓冲层为后来的ＣＭＴ的ＭＯＶＰＥ生长提供了正确的取向，还防止了ＭＯＶＰＥ过程中ＣＭＴ的化学污染和衬底的侵蚀。方法还允许利用晶体ＣＭＴ层和／或钝化层的进一步ＭＯＶＰＥ生长来进行ＣＭＴ层的器件加工。本发明专利技术还涉及通过方法形成的新器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及碲化汞镉的制造方法，尤其涉及形成可在红外器件中使用的碲化汞镉层的方法和这样生长的碲化汞镉结构。碲化汞镉Hg1-xCdxTe被熟知作为用于红外器件如检测器、源、LED、负发光器件的材料。被称为CMT(或有时MCT)的碲化汞镉是一种半导体合金，其带隙可通过改变合金的组成即镉含量x来变化。带隙可被调整，从而CMT可用于一系列的红外器件，覆盖了短波(SW)、中波(MW)、长波(LW)和极长波(VLW)红外波长。CMT为许多红外焦面阵列应用的选择材料。低泄漏电流和高的载流子迁移率产生具有优异敏感性的检测器。CMT为覆盖宽波长范围的的单带和多带系统的最佳解决方案，因为能通过选择合适的组成来调整波长以及能设计和生长组成被调整时两个或多个波长在单一器件内工作的结构。制造红外器件的基本原理是众所周知的。CMT被外延生长到晶体衬底上。然后通过台面蚀刻、离子注入或离子束蚀刻形成器件。然后形成金属触点，器件结合到硅读出电路上。注意CMT也可作为大晶体生长，通过离子注入或离子束蚀刻由其制造器件，但外延生长比大晶体生长有利。已提出了制造CMT的各种外延生长方法1。金属-有机气相外延(MOVPE)已成功用作在大面积上可重现和均匀生长的技术。美国专利4650539描述了使用MOVPE制造CMT。美国专利4566918为这种技术的改进，其生长能互相扩散形成均匀CMT结构的CdTe和HgTe的薄层。美国专利4950621描述了用于CMT生长的MOVPE技术，其利用金属-有机化合物的光催化分解。生长CMT的其它方法包括分子束外延(MBE)。已由通过MBE方法在碲化锌镉(Cd1-yZnyTe，也称为CZT)衬底上生长的CMT形成红外器件。参见例如M Zandian，J D Garnett，RE Dewames，M Carmody，JG Pasko，M Farris，CA Cabelli，DE Cooper，G Hildebrandt，JChow，J M Arias，K Vural和DNB Hall，J.Electronic Materials32(7)(2003)“Mid-wavelength infrared p-on-n Hg1-xCdxTeheterostructure detectors30-120 Kelvin state of the artperformance”，或JD Phillips，DD Edwall和a DL Lee J.ElectronicMaterials31(7)664(2002)“Control of very long wave lengthinfrared HgCdTe detector cut-off wavelength”。红外成象应用不断需要能用于远程检测和识别的大面积、两维检测器阵列。由于这些阵列的物理尺寸增加，因此传统衬底材料和CMT生长技术的限制变得明显。碲化锌镉已被广泛用作CMT生长的衬底，但只用于小尺寸，这限制了它制造大阵列的有效性。同样已被用作衬底的碲化镉也只用于小尺寸。此外，CdTe和CZT都极其易碎，晶体质量不是特别好。砷化镓(GaAs)衬底可用于较大尺寸。但如上所述，器件通常被结合到硅读出电路上。操作时，检测器经常被冷却到低温下，例如80K左右(但不同的器件在不同的温度下工作良好)以减少热噪声。在检测器的工作温度下，硅读出电路和GaAs衬底之间的热不匹配会导致红外器件从电路中分离。通过使衬底变薄可减小这种影响，但变薄过程是复杂的，降低了产率并增加了生产成本。热不匹配问题也适用于碲化镉和CZT衬底。如果使用硅作为衬底，则衬底将内在地与读出电路热匹配，但是，迄今为止，已证实在硅衬底上制造工作CMT器件的阵列极其困难。例如，已在硅衬底上制造了具有良好性能的单个工作LW检测器器件，但这种器件的阵列包含很少几个良好工作检测器，即阵列的可操作性非常差。硅还有作为衬底的另一个优点，即它具有高的热导率。这导致能更快冷却到器件工作温度，这对检测器是尤其有用的。对于红外源的有效散热也是有益的。已应用MBE技术在硅上生长CMT，在CMT生长前在硅上生长缓冲层，例如-T.J.de Lyon，J.E.Jensen，M.D.Gorwitz，C.A.Cockrum，S.M.Johnson和G.M.Venzor，J.Electronic.Materials.28，705(1999)。硅上CMT的MBE生长已被证实为挑战性的任务。首先，对于任何衬底上CMT的MBE生长，必须精确地控制生长温度，要求可重复的晶片安装技术和细微的衬底温度控制。其次，已证实难以消除材料缺陷。这些缺陷并不总是对中波红外器件特性有严重影响(取决于器件)，但它们确实有害地影响长波器件。因此，利用MBE的硅上CMT的生长是一个困难的过程，并只制造出合格的中波长红外器件和阵列。硅上CMT的MOVPE生长来制造工作器件也存在问题。参见JElectronic Materials 25(8)(1996)1347页K Shigenaka，KMatsushita，L Sugiura，F Nakata和K Hirahara，M Uchikoshi，MNagashima和H Wada“Orientation dependence of HgCdTe epitaxiallayers grown by MOCVD on silicon substrates”，1353页，K Maruyama，H Nishino，T Okamoto，S Murakami，T Saito，Y Nishijima，MUchikoshi，M Nagahima和H Wada“Growth of(111)HgCdTe on(100)Si by MOVPE using metal organic tellurium absorption andannealing”或1358页，H Ebe，T Okamoto，H Nishino，T Saito和Y Nishijima，M Uchikoshi，M Nagashima和H Wada“Direct growthof CdTe on(100)，(211)，and(111)Si by metal organic chemicalvapour deposition”。因此需要在各种衬底尤其是硅上生长CMT的方法。还需要能实现可再现的大规模生长和能控制CMT的性能以得到波长比性能。显然还希望该方法为制造工作红外器件的可行工艺的一部分。本专利技术的一个目的是提供能满足至少部分这些目标的制造CMT的方法。因此，根据本专利技术，提供一种生长碲化汞镉Hg1-xCdxTe的方法，其中0≤x≤1，包括以下步骤取一晶体衬底，通过分子束外延在所述衬底上生长至少一个缓冲层，随后通过金属-有机气相外延在所述至少一个缓冲层上生长至少一个碲化汞镉层。本专利技术因此为MBE和MOVPE技术的结合。通过MBE在衬底材料上生长至少一个缓冲层，然后使用MOVPE技术在至少一个缓冲层的顶上生长CMT。缓冲层可防止CMT层被衬底层中的原子化学污染，例如如果衬底是砷化镓的话为镓原子，并可减轻CMT层中的晶格失配。MBE过程能生长足够厚的良好质量的缓冲层，其提供CMT生长的基础。然后可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生长碲化汞镉Ｈｇ↓［１－ｘ］Ｃｄ↓［ｘ］Ｔｅ的方法，其中０≤ｘ≤１，包括以下步骤：　　　　ａ）取一晶体衬底，　　　　ｂ）通过分子束外延在所述衬底上生长至少一个缓冲层，和　　　　ｃ）通过金属－有机气相外延在所述至少一个缓冲层上生长至少一个碲化汞镉层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JE海尔斯，J吉斯，JW凯恩斯，A格拉哈姆，L布克尔，DJ哈尔，NT戈顿，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]