Elektronika 2009-05.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

właściwościami mechanicznymi (jest twardszy) i termicznymi(ma 10-krotnie wyższe przewodnictwo cieplne). W procesiewzrostu stosowane są przede wszystkim 2-calowe podłożaGaAs o orientacji (100). Wzrost heterostruktur HgCdTe na niedopasowanychpodłożach GaAs jest poprzedzany osadzeniembuforowej warstwy CdTe. Wysoki stopień niedopasowania strukturalnegoCdTe do tych podłoży sprawia, że wzrost warstwy buforowejjest trudnym zadaniem. Chociaż niedopasowaniesieciowe między CdTe i GaAs wynosi około 14%, na podłożachGaAs możliwe jest uzyskanie wysokiej jakości warstwy monokrystalicznej.W zależności od obróbki powierzchni podłożaprzed osadzaniem otrzymywane są warstwy o orientacji (100)lub (111). Generalnie warstwy o orientacji (100) charakteryzująsię lepszą morfologią powierzchni niż warstwy (111). Jednakżena warstwach (100) często występują wzgórki wzrostu (w jęz.angielskim zwanych hillocks). Występowanie wzgórków wzrostustanowi istotne utrudnienie w processingu detektorów. Ich pochodzenienie jest całkowicie rozpoznane. Typowa wysokośćwzgórków wzrostu jest porównywalna z grubością warstwy.Wzgórki wzrostu na warstwach (100)HgCdTe/(100)GaAs uniemożliwiająwręcz wykorzystanie tych warstw do produkcji detektorów.Powstawanie wzgórków wzrostu wynika z niedoskonałościstrukturalnej warstwy epitaksjalnej, co wpływa namniejszą ruchliwość i mniejszy czas życia nośników prąduiwkonsekwencji warunkuje i ogranicza osiągi detektorów podczerwieni.Ponieważ orientacja krystalograficzna decyduje o jakościpowierzchni warstw HgCdTe [6,7], wybór odpowiedniejorientacji rosnącej warstwy ma zasadnicze znaczenie.Najczęściej występujące w warstwach HgCdTe defektywarunkujące morfologię powierzchni to: bliźniakowanie, dyslokacje,wzgórki wzrostu (hillocks) i wakanse. Są one uwarunkowanestosowaną technologią wzrostu i warunkamiwzrostu warstw [8,9]. Ścisła kontrola gęstości tych defektówwarstw półprzewodnikowych jest niezbędna dla polepszeniaparametrów wykonywanych z nich przyrządów.We wszystkich procesach wzrostu warstw HgCdTe stosowanometodę interdyfuzji warstw pośrednich (proces IMP) [5].Proces IMP umożliwia optymalizację warunków wzrostu oddzielniedla CdTe i HgTe, w tym pozwala na sterowanie stosunkiemmetalorganik DMCd/DIPTe w czasie wzrostu CdTe.Sterowanie składem odbywa się poprzez dobór grubościwarstw CdTe i HgTe, a efektywne domieszkowanie zachodziw fazie wzrostu CdTe.Jest wiele czynników wpływających na jakość rosnącejwarstwy HgCdTe w technologii MOCVD. Spośród nich te, którewpływają na morfologię uzyskanej warstwy HgCdTe i któremożemy modyfikować to: orientacja i dezorientacja podłoża,jakość podłoża, warunki nukleacji, temperatura wzrostu (temperaturapodłoża i strefy rtęciowej), przygotowanie do wzrostu(np. wygrzanie podłoża), ciśnienie w trakcie wzrostu, stosunekII/VI, szybkość i proporcje przepływu gazu w reaktorze, modyfikacjeIMPu, grubość warstwy buforowej CdTe, szybkość rotacjipodłoża i ciśnienie parcjalne prekursorów.Szczegółowo technologię wzrostu warstw HgCdTe metodąMOCVD i ich właściwości opisano we wcześniejszychpracach [10-12]. Grubość warstw buforowych CdTe była zmienianaod 0,5...4 µm, warstw HgCdTe - od pojedynczych mikrometrówdo 30 µm. Grubość warstw była mierzona naprzełomach za pomocą mikroskopu optycznego.Jednym z najważniejszych czynników decydujących o jakościuzyskiwanych warstw HgCdTe/CdTe jest jakość podłoża[13]. W pracy [14] opisano szczegółowo wpływ różnychpodłoży i warstw buforowych na parametry heterostrukturHgCdTe. Obecnie dostępne są handlowo podłoża GaAs, którychkońcowa obróbka (receptura epi-ready) jest ustalonaprzez producenta i stanowi jego tajemnicę.W pierwszej kolejności na podłożu wytwarzane byływarstwy buforowe CdTe, których gładkość powierzchni jestprostym i skutecznym sposobem weryfikacji przydatności tejwarstwy do dalszego wzrostu. Jeśli była jednolita i lśniąca, toprowadzony był na niej dalszy wzrost warstw HgCdTe, jeślibyłą matowa to znaczy, że źle było przygotowane podłoże lubnieprawidłowo przebiegał wzrost warstwy buforowej i warstwanie nadaje się do dalszego wykorzystania. Około 20% warstwa)b)Wyniki badańDo wzrostu warstw stosowano 2-calowe podłoża GaAso orientacji (100) z dezorientacją 0...4° w kierunku (110) orazpodłoża o orientacji (211)B. Najważniejsze warunki wzrostubyły następujące:• temperatura wzrostu: 300...350°C,• temperatura rtęci: 200...220°C,• ciśnienie w reaktorze: 500 mbar,• prekursory: DMCd, DIPTe, DEZn, EI, TDMAAs,• rtęć w zbiorniku kwarcowym podgrzewanym radiacyjnie.Rys. 1. Zdjęcia 3 µm grubości warstw buforowych CdTe napodłożach GaAs od różnych producentówFig. 1. Surface state of 3 µm thick CdTe buffer layers on GaAs substratesfrom different suppliers68 ELEKTRONIKA 5/2009