PDF《i 复合衬底 Exز sit》

6 ] 异质外延膜层应力的

1 / h 变化 定律, 随厚度 h 的增加应力呈

1 / h 的趋势减小, 即位 错密度也会呈现

1 / h的变化, 但是随厚度的增加衬 底的弯曲度以及外延膜的外延引入的缺陷会产生额 外位错, 而且随着位错密度的减小, 位错间距也会变 大, 使得位错闭合的概率减小, 这些因素使得位错密 度随厚度变化趋势存在一个饱和区, 超过这个区域 位错密度没有明显的变化. 表1常见复合衬底材料的晶体学参数 衬底 晶体 结构 晶格常 数/?晶格失配 ( w / C d T e ) / % 热膨胀系数/ (

1 0 -

6 ・℃-

1 ) 热失配 ( w / C d T e ) / % S i 金刚石

5 .

4 3

1 -

1 9 .

3 5

2 .

6 -

9 2 .

3 G e 金刚石

5 .

6 4

3 -

1 4 .

8 1

5 .

8 1

3 .

8 G a A s闪锌矿

5 .

6 5

3 -

1 4 .

6 6

5 .

8 1

3 .

8 C d T e 闪锌矿

6 .

4 8

2 -

5 .

0 - I n S b 闪锌矿

6 .

4 7

9 -

0 .

0 5

5 .

4 7 .

4 通过对 S i 基复合衬底薄膜进行剥层腐蚀, 测试 C d T e 薄膜双晶衍射半峰宽变化情况( 如图 3所示) , 发现随着 C d T e 厚度的增加, C d T e 薄膜的双晶衍射 半峰宽急剧减少, 当CdTe厚度达到 7~ 9μ m , 双晶 衍射半峰宽变化不大.实验结果验证了位错密度随 厚度变化规律, 但是不符合

1 / h变化规律[

6 ] , 因为 外延过程中经过原位退火, 原位退火为位错迁移提 供了一个额外的迁移能, 使得位错扩展的长度变长, 有利于通过交互作用湮没和闭合, 因此位错的饱 和区域比理论计算更长, 有文献报道经退火后位 错的饱和区在 5μ m以内[

2 ] .这个研究结果也为

8 1

9 激光与红外第42卷 复合衬底可以通过退火来减小位错密度提供了理 论依据. 图3Si基复合衬底 C d T e 薄膜纵向剥层 双晶衍射半峰宽情况

2 .

2 E x s i t u退火研究 YC h e n等人[

2 ] 研究表明通过原位退火( I n s i t u ) 可以较大程度的降低复合衬底双晶半峰宽以及 位错密度.但是由于原位退火受外延工艺的影响, 退火温度很难加到太高, 因为退火温度高了容易造 成表面 C d T e 脱附而形成微粗糙度, 这些微粗糙度 将是位错的形核中心, 在随后生长过程中导致位错 等缺陷的形成而影响晶体质量;

而且其他退火条件 也受外延过程的影响, 而通过 E x s i t u退火可以更灵 活改变退火条件, 从而进一步降低复合衬底的位错 密度, 提高复合衬底的晶体质量[

7 ] . 研究组在 E x s i t u退火方面做了一些初步研究 探索, 并取得可喜的进展.实验步骤是把外延完的 S i 基复合衬底进行划片(

2 0m m*

2 0m m ) 对其进行 真空封管, 真空度抽到

1 0 -

5 P a , 为了不使复合衬底 的表面形貌在退火过程变差, 封管时在管里加入少 量的 T e , 保证复合衬底在高温退火时处于 T e 气氛. 取 4组实验片在 T e 气氛下进行不同条件 E x s i t u退火, 实验退火曲线如图 4所示, 退火条件通过设定不 同的周期数来实现, 退火温度的设置通过参考在线 退火工艺来设定, 并在这基础上通过实验来确定相 对最优值, 晶体质量通过双晶衍射半峰宽和位错密 度表示.退火后表面形貌变化不大, 周期数多的实 验片边缘部分有少量的损伤.从图 5可以看出经过 E x s i t u 退火复合衬底晶体质量有比较明显的变好 趋势, 一般可以减小半峰宽达1 0a r c s e c 以上;