一種硅基碲化鋅緩沖層分子束外延工藝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及晶體外延生長技術領域，尤其涉及一種硅基碲化鋅緩沖層分子束外延工藝方法。
【背景技術】
[0002]高質量的碲鎘汞HgCdTe薄膜是制備高性能碲鎘汞紅外焦平面探測器的主要材料，傳統碲鎘汞薄膜的制備方法主要以碲鋅鎘CdZnTe單晶材料為襯底，采用液相外延或分子束外延的方法。隨著第三代碲鎘汞紅外焦平面技術向著大規模、高性能、雙多色方向發展，傳統碲鋅鎘基的碲鎘汞材料由于碲鋅鎘晶體生長困難，難以獲得大面積的晶體材料。另夕卜，碲鋅鎘基的襯底的機械強度較低、晶體均勻性較差、襯底雜質多、價格昂貴等缺點逐漸成為制約碲鎘汞紅外探測技術發展的瓶頸。
[0003]與傳統的碲鋅鎘基的襯底相比，硅基碲鎘汞薄膜具有以下幾個優點:①較大的可用面積；②較低的材料成本；③與硅讀出電路的熱應力自動匹配較高的機械強度和較好的襯底表面平整度；⑤較高的熱導率。
[0004]近年來，隨著技術的發展，外延II1-V族材料所采用的增強型分子束迀移技術(Migrat1n-Enhanced Epitaxy,縮寫MEE)也逐漸被應用于外延I1-VI族材料。分子束外延方法外延娃基碲錦未材料存在一個較大的困難，由于娃材料和碲錦未之間存在著較大的晶格失配，失配度可達到19.3%。在硅基上外延碲鎘汞的過程中不可避免地引入大量的穿越位錯，比碲鋅鎘基的碲鎘汞材料高不止一個數量級。因此，通常的做法是在硅基上外延碲化鎘CdTe緩沖層，以減小晶格失配度。
[0005]高質量的硅基碲化鎘復合襯底是硅基碲鎘汞材料制備的重要前提。硅基碲化鎘復合襯底外延也需要克服硅材料與碲化鎘材料之間較大的晶格失配度，并且為了保證外延材料的質量，控制外延晶向，抑制位錯、多晶、孿晶的生成，在外延碲化鎘材料的過程中也需要外延一層緩沖層材料。經過多年的研宄，硅基和碲化鎘材料之間外延碲化鋅ZnTe緩沖層。碲化鋅與碲化鎘的晶格結構相同，晶格尺寸介于硅材料與碲化鎘之間。早期使用分子束外延方法外延碲化鋅緩沖層采用單獨的碲化鋅泄流源進行，但是，在外延過程中碲化鋅易生長出孿晶。因此，需要一種硅基碲化鋅緩沖層分子束外延工藝方法，以解決現有技術中存在的上述技術問題。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是提供一種硅基碲化鋅緩沖層分子束外延工藝方法。采用這種硅基碲化鋅緩沖層分子束外延工藝方法得到的碲化鋅緩沖層的單晶化好，結晶度高，并且提高硅基碲化鎘復合襯底的質量。
[0007]本發明采用的技術方案包括:
[0008]一種硅基碲化鋅緩沖層分子束外延工藝方法，其包括:砷層形成步驟:在硅襯底的上表面上采用砷束流進行表面鈍化，以在所述硅襯底的上表面上形成砷層；碲化鋅緩沖層形成步驟:在所述砷層的上方通過碲束流外延單個碲層，在所述單個碲層的上表面上通過鋅束流外延單個鋅層，以在所述砷層上形成第I個周期層，其中，周期層包括單個碲層和設置于所述單個碲層的上表面上的單個鋅層，在所述第I個周期層的上表面上順次疊置η-1個周期層，以形成包括η個周期層的碲化鋅緩沖層，η為正整數。
[0009]優選地，所述碲化鋅緩沖層形成步驟中:通過碲束流在所述砷層的上表面上鈍化形成鈍化碲層，在所述鈍化碲層的上表面上外延所述單個碲層。
[0010]優選地，所述碲化鋅緩沖層形成步驟中，順次疊置29個周期層-119個周期層。
[0011]優選地，所述外延工藝的外延溫度為270°C -320 °C，所述外延工藝中外延單個碲層和單個鋅層的外延時間均為5s-20s。
[0012]優選地，所述方法，還包括:所述碲化鋅緩沖層形成步驟之后，在碲束流的保護下，對所述碲化鋅緩沖層進行退火處理。
[0013]優選地，所述退火處理的退火溫度為3 5 O °C -4 O O °C，退火處理的退火時間為5min_30mino
[0014]優選地，所述方法，還包括:在所述砷層形成步驟之前，對所述硅襯底執行高溫脫氧步驟:在高真空條件下，將硅襯底加熱至800°C _850°C，保溫lOmin，以使所述硅襯底的表面達到原子級潔凈。
[0015]采用上述技術方案，本發明至少具有下列優點:
[0016]本發明所述的硅基碲化鋅緩沖層分子束外延工藝方法通過碲源和鋅源兩個獨立的分子束流源來進行碲化鋅緩沖層的外延，從而抑制碲化鋅緩沖層出現孿晶的現象，單晶度好，且碲化鋅緩沖層的位錯密度低。簡化外延工藝，提高工藝效率。進一步地，碲化鋅緩沖層形成步驟之后，執行退火工藝，并采用碲束流保護，由此提高晶體質量，獲得性能優良的碲化鋅緩沖層，進而提高硅基碲化鎘復合襯底的質量，給硅基碲鎘汞材料的外延打下良好基礎，為第三代大面陣紅外焦平面材料的發展帶來較大的貢獻。
【附圖說明】
[0017]圖1為采用本發明所述硅基碲化鋅緩沖層分子束外延工藝方法所獲得的硅基碲化鎘復合襯底的示意圖；
[0018]圖2為本發明所述硅基碲化鋅緩沖層分子束外延工藝方法的一個優選實施例的示意圖。
[0019]其中，10-硅襯底；20_砷層；30_碲化鋅緩沖層；40_碲化鎘層。
【具體實施方式】
[0020]為更進一步闡述本發明為達成預定目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對本發明進行詳細說明如后。
[0021]本發明提供的硅基碲化鋅緩沖層分子束外延工藝方法包括砷層形成步驟和碲化鋅緩沖層形成步驟。下面將詳細地描述本發明的硅基碲化鋅緩沖層分子束外延工藝方法及其各個步驟。
[0022]需要說明的是，本發明是基于增強型分子束迀移技術，增強型分子束迀移技術具有工藝簡潔、抑制孿晶等諸多優點。本發明中所采用的增強型分子束迀移技術中采用兩個獨立的碲單質束流源和鋅單質束流源分別在設定的溫度下噴射碲Te束流和鋅Zn束流。具體地:分子束外延時，束流源的工作原理是，將盛放在熱解氮化硼PBN坩禍內的高純度例如達到7η純度的單質原料或者化合物原料放置在分子束外延超高真空系統中進行加熱，當加熱達到一定溫度時，原料會氣化成相應的束流。分子束流的強弱可以通過調節加熱溫度的高低來控制。原料不同以及原料的質量不同，相應的加熱溫度也會略有變化。因此，在本發明的碲化鋅緩沖層形成步驟中，可以通過控制溫度來調節碲Te源和鋅Zn源的束流大小。并且在使用碲束流和鋅束流之前，使用砷束流來進行表面鈍化之前，以及在使用碲化鎘束流外延碲化鎘層之前，利用電離規BFM測試并且校正各泄流源例如鋅源、碲源、碲化鎘源以及砷源的等效束流。
[0023]參見圖1所不，砷層形成步驟中，在娃襯底10的上表面上米用砷束流進行表面純化，以在硅襯底10的上表面上形成砷層20。該表面鈍化有利于外延材料的B面生長。
[0024]碲化鋅緩沖層形成步驟中，如圖2所示，在砷層的上方通過碲束流外延單個碲層，在單個碲層的上表面上通過鋅束流外延單個鋅層，以形成周期層，如圖2所示形成第I個周期層。外延時，單個碲層可以直接自砷層20的上表面上外延。作為一個優先的實施例，碲化鋅緩沖層形成步驟中:通過碲束流在砷層20的上表面上鈍化形成鈍化碲層(圖1中未示出)，然后在鈍化碲層的上表面上再外延單個碲層，接著在單個碲層的上表面上通過鋅束流外延單個鋅層，由此形成第I個周期層，可以看出，通過順次打開碲源和鋅源來噴射相應的碲束流和鋅束流來形成第I個周期層。周期層包括單個碲層和設置在單個碲層的上表面上的單個鋅層。通過碲束流鈍化后形成鈍化碲層，由此來保持外延材料的B面生長。
[0025]接著，如圖2所示，在第I個周期層的上表面上順次疊置η-1個周期層，即交替打開碲源和鋅源來外延結構等同于圖2中所示的第一周期層，即，碲束流和鋅束流交替噴射一次完成一個周期，以形成包括η個周期層的碲化鋅緩沖層30，其中η為正整數。外延工藝的溫度和時間可以根據實際工藝要求來選取，例如根據