[发明专利]碲镉汞气相外延材料的P型热处理工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碲镉汞气相外延材料热处理工艺技术，具体涉及一种碲镉汞气相外延材料的P型热处理工艺方法。

背景技术

Hg_1-xCd_xTe三元材料是一种重要的半导体材料，通过调节Cd的组分x，可以覆盖任意的红外波段，其外延薄膜则是制备高性能红外光伏型探测器的首选材料；目前常用的Hg_1-xCd_xTe薄膜材料生长方法有液相外延(LPE)、分子束外延(MBE)、金属有机气相外延(MOCVD)和等温气相外延(ISOVPE)方法等。由于气相外延不需要大型设备和超高真空，且能采用Al₂O₃、GaAs等替代式衬底，可进行大面积外延层的生长，这就使得薄膜生长方面的成本大大降低。气相外延还可以重复使用高纯石英管和石墨舟，达到节能、环保、低成本的目的。利用气相外延方法生长出的薄膜表面光滑如镜、没有起伏的生长波纹。生长的材料可用于制备工作在近室温下的中波红外（MWIR）和长波红外（LWIR）光伏型探测器。但是由于其生长方式自身的特点，生长腔体内的富汞状态容易造成原生生长出的材料成不均匀的n型，这就使得材料无法直接用于制备器件，需经过热处理使得其电学参数调整到满足红外器件制备的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种碲镉汞气相外延材料的P型热处理方法，该方法采用对腔体进行抽真空低温热处理的方法，能够将采用气相外延方法生长出的n型材料，转变为均匀的p型HgCdTe外延材料,从而解决气相外延系统自身呈现富汞气氛，很难直接获得均匀的汞空位型P型材料问题。

碲镉汞气相外延材料的P型热处理工艺方法如下：

将由气相外延工艺获得的碲镉汞外延材料样品放在开管式气相外延生长系统中的石英小套管内，对腔体进行抽真空，在200℃到300℃温度下对碲镉汞外延材料样品进行热处理，实现N→Ｐ的反型；热处理温度、时间及方式根据材料所处波段不同而有所不同，对于组分x为0.27～0.33的中波Hg_1-xCd_xTe外延材料，热处理的温度为250℃，热处理的时间3～5小时，对于组分为0.21～0.226的长波Hg_1-xCd_xTe材料，采用四次循环低温抽真空热处理方式，热处理的温度为220℃，每次热处理的时间为5小时。

将生长出的HgCdTe气相外延样品取出后，直接放入石英小套管内，正面朝上，将其推入HgCdTe气相外延腔体内合适位置。整个热处理过程在抽真空的条件下进行，以利于汞空位的形成，从而实现对材料的P型热处理；

所述的碲镉汞气相外延样品，由气相外延生长工艺获得，其原生片为n型，载流子浓度为1～10×10¹⁵cm^-3，迁移率为1～5×10⁴cm^-3/V·s，厚度为10～20μm；

对碲镉汞气相外延材料的P型热处理方法步骤为：

本发明的优点在于：该方法无需在气相外延HgCdTe材料表面生长CdTe保护层，避免了CdTe覆盖层和碲镉汞外延材料之间因晶格失配在外延材料表面产生失配位错；生长完毕后的样品取出后直接放入腔体进行热处理，无需对样品进行表面处理，同时也避免了样品表面过多的沾污；同时本发明所提供的热处理方法，在处理过程中不需添加汞源便可实现对外延材料的P型处理，简单，方便，快捷；该方法也能保证HgCdTe材料表面形貌的完整性。

本发明提供的热处理方法，实现了从不均匀的N型气相外延材料到均匀的P型气相外延材料的转变，为HgCdTe红外器件的制备提供了有效的材料基础。

附图说明

图1：热处理用石英小管及样品放置示意图。

图2：热处理工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图2，对本发明中提到的碲镉汞气相外延材料的P型热处理工艺，进行详细说明（这里以中波碲镉汞为例）：，

热处理工艺分以下几个步骤:

1在氮气操作箱中将气相外延样品从石墨舟中取出，直接放入石英小套管内。再将装有样品的石英小套管推入气相外延系统的石英腔体内，关闭腔体。整个操作过程要做到安全、稳定、快捷，避免材料与外界有过多的接触，以避免不必要的沾污；