Elektronika 2011-10 I.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

Rys. 1. Zdjęcie epiwarstwy z warstwą buforową CdTe(111)B na podłożu GaAs o orientacji (100) oraz morfologia jej powierzchniFig. 1. Photo of CdTe buffer layer on GaAs substrate and surface morphology of CdTe(111)B buffer on GaAs(100) substrateRys. 2. Morfologia powierzchni warstwy HgCdTeFig. 2. Surface morphology of HgCdTe layersz HgCdTe jest kontrola domieszkowania akceptorowego i donorowegowarstw. Naszym podstawowym zadaniem było uzyskaniewyższych koncentracji akceptorów i donorów, szczególniew roztworach stałych o większej zawartości CdTe. Ma to fundamentalneznaczenie w technologii detektorów pracującychw wysokich temperaturach ze względu na to, że te silnie domieszkowaneobszary pełnią kluczową rolę (np. w obszarachprzykontaktowych) w konstrukcji detektorów. Najefektywniejszymsposobem kontroli domieszkowania jest wyznaczeniekrzywych kalibracyjnych dla precyzyjnie określonych warunkówwzrostu i w tym kierunku były prowadzone badania. Określenietych krzywych jest szczególnie istotne przy wzroście złożonychheterostruktur. Jednak ich wyznaczenie to proces kosztowny(wymagający przeprowadzenia dużej ilości procesów wzrostu)i mozolny. Opanowanie technologii wzrostu warstw domieszkowanychz HgCdTe jest możliwe jedynie wówczas, gdy zostanieopanowana najpierw technologia wzrostu dobrej jakości warstwniedomieszkowanych o niskim poziomie niekontrolowanychdomieszek. Prace związane z osadzaniem warstw domieszkowanychjak i niedomieszkowanych były więc prowadzonerównolegle. W ramach tych badań przeprowadzono procesypozwalające określić poziom niekontrolowanych domieszektypu n, szacowanym na ~(2–3)×10 15 cm –3 . Niskie tło domieszkowew uzyskanych warstwach zostało potwierdzone pomiaramiwysokich czułości fotorezystorów i długich czasów życia. Tłodomieszkowe typu n na poziomie ~(2–3)×10 15 cm –3 lub niższymumożliwia otrzymanie detektorów o bardzo dobrych parametrach.Łatwiejsza sytuacja występuje w przypadku domieszkowaniadonorowego. Podstawową domieszką jest jod, a jako jego źródłostosowano metalorganikę jodową (EI – etylojod). Dla wąskoprzerwowegoHg 1–xCd xTe (x < 0,35) domieszkowanie jodem nienastręcza większych problemów w szerokim zakresie poziomudomieszkowania i zostało ono wcześniej opanowane. Należałojedynie rozwiązać problem dla większych zawartości CdTe(większa przerwa energetyczna). Im większa zawartość CdTetym wymagane jest wyższe domieszkowanie, a tym samym pojawiająsię większe problemy. Silnie domieszkowane warstwytypu n o szerokiej przerwie energetycznej konieczne są w złożonychheterostrukturach; ich właściwości są kluczowe w konstrukcjiwysokotemperaturowych fotowoltaicznych detektorówpodczerwieni [7, 12]. Warstwy te odgrywają również istotną rolęjako warstwy podkontaktowe. Rozszerzenie zakresu domieszkowaniajodem na materiał bardziej szerokoprzerwowy umożliwiłoudoskonalenie konstrukcji, a więc i wzrost parametrówdetektorów i było na bieżąco wykorzystane w rozwiązaniachopracowanych w ramach zadania 5. Do badań nad domieszkowaniemakceptorowym wykorzystywano nowy prekursor arsenowyw postaci źródła metaloorganicznego TDMAAs, zastępującwcześniej stosowany arsenowodór (AsH 3), a otrzymanewyniki porównano z rezultatami uzyskanymi podczas stosowaniaarsenowodoru. Parametry domieszkowania akceptorowegozależą od przeznaczenia warstwy. Potrzebne są warstwy słaboi silnie domieszkowane (1×10 15 do 1×10 18 cm –3 ). W ramachbadań przeprowadzono procesy kalibracyjne domieszkowaniaakceptorowego warstw HgCdTe polegające na zastosowaniuw kolejnych procesach wzrostu różnych dawek TDMAAs począwszyod 0,14 ppm aż do 20 ppm. Uzyskano łatwą kontrolędomieszkowania akceptorowego w zakresie od 7×10 15 cm –3do 1×10 17 cm –3 . W celu uzyskania poziomu domieszkowaniaakceptorowego powyżej 1×10 17 cm –3 zmieniano stosunek ciśnieńparcjalnych II/VI podczas procesu osadzania. Uzyskanowzrost koncentracji akceptorów do poziomu 3×10 17 cm –3 [4,7],oraz przesunięto zakres składu do 0,5 przy którym uzyskujesię koncentracje akceptorów na poziomie 2×10 17 cm –3 . Ponadto,porównanie wyników pomiarów czasu życia metodą zaniku fotoprzewodnictwaw warstwach HgCdTe domieszkowanych akceptorowoprzy użyciu TDMAAs i AsH 3wskazuje, że czas życianośników w warstwach domieszkowanych przy użyciu TDMAAsjest wyraźnie większy w stosunku do warstw domieszkowanychAsH 3[4,7].Iloczyn R 0ANajwarzniejszy parametr detektorów podczerwieni, jakim jestwykrywalność znormalizowana, jest zdeterminowany przeziloczyn R 0A [18]. Z tego też powodu na rys. 3 przedstawionoiloczyn R 0A w funkcji długości fali detektorów wykonanychz warstw domieszkowanych AsH 3i TDMAAs zmierzony w temperaturze230K. Iloczyn R 0A jest o blisko rząd wielkości większydla struktur domieszkowanych z użyciem TDMAAs w stosunkudo struktur domieszkowanych AsH 3w całym prezentowanymzakresie długości fali 3…7 µm. Przyczyną wzrostu iloczynu R 0Ajest nie tylko zastosowanie TDMAAs, ale również udoskonaleniejakości krystalicznej warstw HgCdTe, technologii kontaktów,procesingu detektorów i architektury detektorów, czyli wszystkichbadań realizowanych w ramach zad. 5 i 6 projektu PBZ-MNiSW 02/I/2007.Elektronika 10/2011 29