JPH06509056A - レーザ除去を使用した清浄な良好に整列されたＣｄＴｅ表面の生成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザ除去を使用した清浄な良好に整列されたＣｄＴｅ表面の生成 本発明は、水銀ベースのｌｌ−Ｈ族材料の後続的な成長のための清浄な化学量論 的および良好に整列されたＣｄＴｅ表面の生成に関する。

２、関連技術の説明 カドミウムテルル（ＣｄＴｅ）は、ＨｇＴｅに対する、したがって全てのＨｇＣ ｄＴｅ合金組成に対する緊密な格子整合のために水銀ベースのＩＩ−Ｖｌｌ金合 金よび超格子成長に望ましい基体である。良く知られているように、ＨｇＣｄＴ ｅ合金組成は赤外線検出器として広範囲に使用されている。

ＨｇＣｄＴｅ赤外線検出器の特性は、ＨｇＣｄＴｅ感知層の構造および化学的特 性に強く依存しており、したがって下にある基体の品質に依存している。

しかしながら、ＣｄＴｅ基体は通常ＧａＡｓまたはＳｉと同じ高い品質で利用す ることは不可能である。さらに、ＣｄＴｅ表面の湿式化学エツチングは、後続的 な成長に対して不良テンプレートを形成する非化学量論的で原子的に粗い表面を 生じる。エツチングに続（ＣｄＴｅ表面の状態は、ＣｄＴｅ表面がエツチング中 に使用されるエツチングのパラメータに対して非常に敏感なために個々の基体に よって著しく変化し、これらのパラメータはエツチング濃度、温度、時間および 撹拌を含む。同じエツチング工程にさらされていることが報告された化学量論お よび組成ＣｄＴｅ表面に関する技術文献には多数の対立した報告が存在している 。したがって、ＨｇＣｄＴｅの成長の前に化学量論的な整列された表面を生成す るために付加的な処理が要求される。

湿式化学エツチングから結果的に生じた低品質のＣｄＴｅ基体面を改良するいく つかの方法がある。例えば、スパッタ損傷を除去するために熱アニールによって 後続されるイオン衝撃によってＣｄＴｅ表面から汚染を除去することができる。

炭素、酸素、塩素および硫黄のような汚染は、周囲に対する基体面の露出から発 生する。スパッタ損傷はスパッタリング中に発生することが良く知られている。

３００℃の５分間のアニールによって後続される非常に穏やかなスパッタリング 条件（５分間、１００ｎＡ以下のビーム電流で１００ｅＶのＡｒイオン）を使用 してＣｄＴｅ（１００）基体を処理することが試みられている。オージェ（Ａｕ ｇｅｒ　）状の測定は、この処理に続いて表面が清浄であり、化学量論的である ことを示した。しかしながら、ＲＨＥＥＤ　（反射高エネルギ電子回折）分析は むらが多く、粗い表面形態を示した。

その代りとして、基体バッファ層境界部で欠陥および不純物を埋設する試みにお いてＣｄＴｅ基体の上部においてＣｄＴｅバッファ層を成長することが一般的で ある。しかしながら、バッファ層の品質はまた基体上の不純物および粗さの存在 に影響される可能性が高い。基体の品質の改良は結果的に改良されたバッファ層 特性を生じる。

ＣｄＴｅ基体の品質、したがって基体とその上にエピタキシャル成長されたＨｇ ＣｄＴｅ層との間の境界部を改良するプロセスは、赤外線検出器の特性および信 頼性を大きく改良本発明によると、清浄で化学量論的で良好に整列されたＣｄＴ ｅ表面を生成する方法が提供される。その方法は、しきい値フルエンス（ｆｌｕ ｅｎｅｅ　）より低いフルエンスでのＵＶエキシマレーザ放射線に対するＣｄＴ ｅ表面の露出または低温（＜３００℃）の加熱アニールのいずれかによって後続 される非化学量論的なフィルムを生成するためのしきい値フルエンスより大きい フルエンスにおけるＵＶ放射線に対する化学的にエツチングされたＣｄＴｅ表面 の露出を含む。

いずれの場合にも結果的な表面はオージェ電子分光器によって決定されたように 清浄で化学量論的であり、反射高エネルギ電子回折（ＲＨＥＥＤ）によって示さ れたように良好に整列されている。

図面の簡単な説明 図１は、Ｃｄ：Ｔｅ比およびフルエンス（ｍＪ／ｃｍ２）の座標におけるＫ　ｒ 　Ｆ　（２４８ｎｍ）レーザフルエンスの関数としてのＣｄＴｅ化学量論のグラ フである。

図２のａ乃至Ｃは、本発明による表面のレーザ除去から結果的に生じた表面構造 のシーケンスを概略的に示したＲＨＥＥＤによって観察される表面のライン表示 である。

好ましい実施例の説明 清浄で化学量論的な良好に整列されたＣｄＴｅ表面を生成する方法が提供される 。その方法は： （ａ）非化学量論的フィルムを生成するためにしきい値フルエンスより大きいフ ルエンスで紫外線に化学的にエツチングされたＣｄＴｅ表面を露出し、 （ｂｌ）Ｌきい値フルエンスより低いフルエンスで紫外線にＣｄＴｅ表面を露出 するか、或いは （ｂ２）過剰なテルルが除去されるまで、約３００℃より低い温度でＣｄＴｅ表 面を加熱アニールする。

本発明の実際に有効なＵＶ放射線は、ＣｄＴｅのバンドギャップに関連している 。特に、本発明のプロセスはＣｄＴｅに対して約１．５ｅＶであるバンドギャッ プエネルギ以上の任意のエネルギの放射線により実行される。これは、約８２７ ｎｍより小さい波長に変換する。

ＵＶ放射線は、容易にアクセス可能なものであることが好ましい。例えば約２４ ８ｎｍで動作するＫｒＦエキシマレーザが本発明の実施時に使用されることが望 ましい。もつとも、以下において詳細に論じられる適切なフルエンスを有するＵ Ｖ放射線の別の放射線源がその代わりとして使用されてもよい。使用されてもよ い別の有効なＵＶ波長は約１９３ｎｍである。

ＣｄＴｅの表面は最初に湿式化学エツチングに露出される。

湿式化学エツチングは、エチレングリコール中の臭素の溶液を使用することが望 ましいが、ＣｄＴｅをエツチングする任意のエツチング剤がその代りとして使用 されてもよい。これはほとんどの制御を行うため、せいぜい１／１６％重量／重 量／　Ｂ　ｒ　２　／エチレングリコールが使用される。もっと強い溶液は結果 的に望ましくない表面の粗さを生成する。表面の残留炭素汚染はプロセスのこの 時点でのスパッタ洗浄によって除去される。しかしながら、スパッタ洗浄は３０ ０℃での加熱アニール後でさえむらが多いＲＨＥＥＤパターンによって特徴付け られるような粗い表面を残す。

化学エツチングに続く選択的なスパッタ洗浄は、非常に穏やかな条件を使用する 。例えば、約５０乃至１００ｅＶのエネルギを有するアルゴンイオンが使用され 、約１乃至５分の時間期間に対して約１００μＡ／Ｃｍ２より小さいビーム電流 密度を使用する。

ステップ（ａ）においてフルエンスは約６０ｍ　Ｊ　／　ｃ　ｍ２以上であるこ とが好ましい。しかしながら、フルエンスはＣｄＴｅ表面の溶融を避けるために 約７５ｍＪ／Ｃｍ２を越えてはならない。

ステップ（ｂｌ）においてフルエンスは約４０ｍ　Ｊ　／　ｃ　ｍ２以下である ことが好ましい。ＣｄＴｅ表面の化学量論が変化されるしきい値フルエンスの存 在（約４０ｍＪ／ａｍ２）は図１に示されている。フルエンスは本発明の利点を 実現するために少なくとも約１５ｍ　Ｊ　／　ｃ　ｍ　２でなければならない。

エキシマレーザの反復率は、サンプルがＣｄＴｅサンプルのバルク加熱を避ける ためにヒートシンクされる限り本発明の実施に重要ではなく、便利にアクセス可 能な任意の値であってよい。例えば、ここにおいて使用されたエキシマレーザの 反復率は両方の場合において約０．５乃至ＩＨｚである。さらに高い反復率が使 用されてもよい。

第１の露出において、レーザパルスの数は所定のフルエンスで約５乃至１５パル スであることが望ましい。第２の露出において、パルスの数は所定のフルエンス で約１００乃至１，０００パルスであることが望ましい。

ステップ（ｂ２）において、ＣｄＴｅの表面は約３０秒乃至５分の期間温度に露 出され、その後室温に冷却される。例えば、サンプルは所望の表面温度に炉の中 で（或いは熱源に露出された表面で）加熱され、所望の時間期間の間そこで保持 され、その後熱源は遮断され、サンプルが冷却させられる。

その代わりとして、サンプルは液体窒素冷却段のような冷却段に取付けられ、表 面の性質は加熱中のＲＨＥＥＤ分析等により監視され、その後表面が化学量論に 達したとき、室温に冷却されることができる。

アニール温度はＣｄＴｅ表面の加熱による四部の発生を避けるために約３００℃ より低いが、アニール温度は約２００℃であることが好ましい。アニール温度の 下限は約１６５℃であり、その温度は表面からのＴｅ２蒸発が明らかである、す なわち運動学的に重要な温度を表す。

レーザ除去を使用する本発明のプロセスは表面汚染および湿式化学エツチングに より生成された損傷を与えられた層を除去し、一方後続的な成長および処理のた めに化学量論的で良好に整列されたＣｄＴｅ基体を残す。“良好に整列された” とは、表面がＲＨＥＥＤによって観察可能な分解能に対称的な長い範囲の結晶を 有していることを意味する。

本発明のプロセスは、特に紫外線グレードの光学ポートを備えた任意の室におい て実行され、閉じられたシステム処理と適合する。レーザ除去は、それが不純物 の独立したソースとして動作する高温フィラメントを備えた真空ノー−ドウエア の付加的な部分を必要としないため、イオン衝撃のような他の表面洗浄技術に勝 る利点を提供する。

例 垂直ブリッジマン技術によって成長され、ＩＩ−Ｖｌインダストリイ社（サクソ ンブルグ、ＰＡ）から得られたＣｄＴｅ（１００）の単結晶基体が使用された。

基体は１Ｘ１６重量％／た。処理は固有の酸化物を除去した。しかしながら、オ ージェ測定はこの方法で処理されたＣｄＴｅ表面が炭素、酸素、塩素およびしば しば硫黄で汚染されることを示した。これらの表面からのＲＨＥＥＤパターンは 非常にむらが多く、粗く不連続な表面を示した。

ＫｒＦエキシマレーザビームにＣｄＴｅ表面を露出し、同時にＡＥＳおよびＲＨ ＥＥＤによって表面を分析する装置は文献（Ｍｊｌｅｒｉａｌｓ　Ｒｅ５ｔａｒ ｃｈ　５ｏｃｉｅ１７　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、　Ｖｏｌ、２０４　。

２４３乃至２５０頁、　１９９１年４月）に記載され、ＣｄＴｅフィルムのエキ シマレーザ除去の説明として米国特許第５．０１８．１６４号明細書に記載され ている。簡単には、システムは５　Ｘ　１０’トルの基本圧力でターボ分子ポン プで排気されたステンレス鋼真空室から構成された。室はオージェ電子分光計用 の半球形の分析器および電子銃、デソーブ積速度のフライト時間（ＴＯＦ）質量 分光計研究用の低温遮蔽および差動ポンプ４極質量分光計、およびサンプルのエ キシマレーザ放射を可能にする紫外線グレード石英光学ポートを備えていた。加 熱および冷却能力を備えた正確なマニピュレータは、レーザ放射線および表面分 析のためにサンプルを位置するために使用された。ＫｒＦエキシマレーザ放射線 （１５ナノ／秒、２４８ｎｍ。

０．５Ｈｚ）はＣｄＴｅ表面に対して垂直入射または４５″′のいずれかで導か れた。入射フルエンスは、レーザビームの通路に部分的な反射器を配置すること によって制御された。

約６０乃至６５ｍＪ／Ｃｍ２のフルエンスにおける２４８ｎｍエキシマレーザ放 射線の５乃至１５個のパルスに対するこれらのＣｄＴｅ表面の露出は炭素、全て の酸素、塩素および硫黄汚染の大部分を除去するのに成功したが、Ｔｅが多（、 ＲＨＥＥＤパターンが観察不可能な表面を残した。

それに後続する４０ｍ　Ｊ　／　ｃ　ｍ２以下のフルエンスにおける２４８ｎｍ エキシマレーザ放射線の数百側のパルスに対するＴｅが多いＣｄＴｅ表面の露出 は、ＣｄＴｅ表面を清浄で化学量論的な状態にし、再構成された（２Ｘ１）表面 ユニットセルがＲＨＥＥＤによって明らかに観察可能であった。（２×１）再構 成は、清浄で良好に整列されたＣｄＴｅ（１００）表面に対して安定した表面構 造であるべき別のものによって観察されている。

上記のステップのシーケンスは図２のａ乃至Ｃにおいて示されている。図２のａ はスパッタ洗浄および３００℃でのアニール、またはスパッタ洗浄によって後続 されるＢｒ２／エチレングリコールエツチングでのエツチングから結果的に生じ たむらが多い表面を示す。図２のｂは、２４８ｎｍでの５乃至１５個のパルスに よる放射および６３ｍ　Ｊ　／　ｃ　ｍ２のフルエンスに続くアモルファス面（ ＲＨＥＥＤパターンのない）を表す。

図２のＣは、２４８ｎｍでの１００乃至１，０００個のパルスによる放射および ２８ｍＪ／Ｃｍ２のフルエンスによって得られた再構成されたＣｄＴｅ　（１０ ０）（２Ｘ１）表面を表す。上記の工捏は過剰なＴｅを除去し、結果的に清浄で 化学量論的な良好に整列されたＣｄＴｅ基体面を生成する。

５分間の基体の低温（２００℃）の加熱アニールによる６５ｍＪ／Ｃｍ２のフル エンスでの２４８ｎｍのエキシマレーザ放射線のパルスの後続によって、清浄で 良好に整列されたＣｄＴｅ　（１００）表面状態を得ることも可能であった。

２００℃で５分間の加熱アニールによって後続される６５ｍ　Ｊ／Ｃｍ２での２ ４８ｎｍエキシマレーザ放射線の１１個のノクルスに露出された表面に対するＲ ＨＥＥＤパターンは、明らかに（２Ｘ１）再構成を示し、パターンは強い均一な 縞を構成し、滑らかで整列された表面を示した。

以上、清浄で化学量論的な良好に整列されたＣｄＴｅ表面を生成する方法が開示 されている。本発明の技術的範囲を逸脱することなく顕著な性質の種々の変化お よび修正が行われることは当業者に容易に明らかであり、このような全ての変化 および修正は添付された特許請求の範囲によって限定されるような本発明の技術 的範囲内であると考えられる。

Ｋ　ｒ　Ｆレーザフルエンス　（ｍ　Ｊ　／　ｃ　ｍ２）ＦＩＧ、１゜ ＦＩＧ、２ａ−ＦＩＧ、２ｂ、　ＦＩＧ、２ｃ。

−，１１ム−、ＰＣＴ／ＩＩｓ　９２１０９５７５

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）非化学量論的フィルムを生成するためのしきい値フルエンスより大き いフルエンスで紫外線に化学的にエッチングされたＣｄＴｅ表面を露出し、 （ｂ１）しきい値フルエンスより低いフルエンスで紫外線にＣｄＴｅ表面を露出 するか、或いは （ｂ２）過剰なテルルが除去されるまで、約３００℃より低い温度でＣｄＴｅ表 面を加熱アニールする工程を含む清浄で化学量論的な良好に整列されたＣｄＴｅ 表面を生成する方法。
2. ２．前記ＣｄＴｅ表面は本質的に臭素およびエチレングリコールからなる溶液に おいて化学的にエッチングされる請求項１記載の方法。
3. ３．エチレングリコール中の臭素の濃度は最大で約１／１６容積％／重量である 請求項２記載の方法。
4. ４．前記ＵＶ放射線は約８２７ｎｍより小さい請求項１記載の方法。
5. ５．前記ＵＶ放射線は、約１９３乃至２４８ｎｍで動作するエキシマレーザを含 む放射線源によって供給される請求項４記載の方法。
6. ６．前記ＵＶエキシマレーザは約２４８ｎｍで動作するＫｒＦレーザである請求 項５記載の方法。
7. ７．非化学量論的フィルムを生成するためのしきい値フルエンスより大きいフル エンスは約６０ｍＪ／ｃｍ２以上である請求項６記載の方法。
8. ８．前記フルエンスは約７５ｍＪ／ｃｍ２を越えない請求項７記載の方法。
9. ９．前記ＣｄＴｅ表面は約５乃至１５個のパルスに対して前記ＵＶエキシマレー ザに露出される請求項７記載の方法。
10. １０．しきい値フルエンスより小さい前記フルエンスは約４０ｍＪ／ｃｍ２以下 である請求項５記載の方法。
11. １１．前記フルエンスは１５ｍＪ／ｃｍ２以上である請求項１０記載の方法。
12. １２．前記ＣｄＴｅ表面は約１００乃至１，０００個のパルスに対して前記ＵＶ エキシマレーザに露出される請求項１０記載の方法。
13. １３．前記ＣｄＴｅ表面は約３０秒乃至５分の期間前記温度に露出され、その後 室温に冷却される請求項１記載の方法。
14. １４．前記アニール温度は約２００℃より低い請求項１３記載の方法。
15. １５．化学エッチングに続いて、前記ＣｄＴｅ表面はスパッタ洗浄される請求項 １記載の方法。
16. １６．前記スパッタ洗浄は約１乃至５分の期間約１００μＡ／ｃｍ２より小さい ビーム電流密度を使用して、約５０乃至１００ｅＶのエネルギのアルゴンイオン を使用して実行される請求項１５記載の方法。