АО «Гиредмет», Москва, Россия:

Ю. Б. Андрусов, старший научный сотрудник, эл. почта: andrusovyuri@gmail.com
А. Г. Белов, ведущий научный сотрудник
А. А. Коновалов, старший научный сотрудник
Н. А. Смирнова, ведущий научный сотрудник

Приведены результаты исследований влияния условий выращивания методом жидкофазной эпитаксии на морфологию поверхности эпитаксиальных слоев (ЭС) Cd_xHg_1–xTe. (0,20 < х < 0,23). Эпитаксиальные слои толщиной (10±5) мкм выращивали из растворов на основе теллура на подложках Cd_0,96Zn_0,04Te, расположенных над слоем жидкой фазы. Процесс проводили в изотермических условиях из переохлажденной жидкой фазы и в условиях предварительного растворения поверхностного слоя подложки в перегретой жидкой фазе с последующим ростом ЭС в условиях принудительного охлаждения системы. Выращивание из переохлажденного раствора приводит к образованию на поверхности ЭС хаотичного террасного микрорельефа с высотой террас до 800 нм. При использовании предварительного растворения поверхностного слоя подложки и скорости последующего охлаждения  < 0,5 град/мин расположение террас приобретает регулярный характер, а их высота понижается до нескольких десятков нанометров. Растворение поверхностного слоя подложки в перегретом на 4 ^оC растворе даже при высоких значениях  приводит к возникновению в жидкой фазе конвективных потоков и нарушению планарности поверхности подложки, которая наследуется растущим ЭС. При перегреве раствора <2 ^oC и  > 0,2 град/мин нарушений планарности поверхности подложки и ЭС не происходит. В то же время при  > 0,5 град/мин на поверхности ЭС наблюдаются ростовые дефекты, количество которых тем больше, чем выше значение, а размеры могут достигать 1 мм в диаметре при высоте до 10 мкм. Причиной возникновения этих дефектов является спонтанная кристаллизация Cd_xHg_1–xTe на дне ростовой ячейки, которая приводит к возникновению гидродинамической неустойчивости в жидкой фазе и локальному изменению скорости роста ЭС. Для выбранной геометрии ростовой ячейки выращивание ЭС Cd_xHg_1–xTe с гладким микрорельефом без нарушений планарности поверхности возможно при предварительном растворении поверхностного слоя подложки в перегретом на <2 ^oC растворе на основе теллура и скорости охлаждения системы подложка/раствор в интервале 0,2 < α < 0,5 град/мин.

Работа проведена при поддержке Минобрнауки в рамках соглашения о предоставлении субсидии от 21 октября 2014 г. № 14.576.21.0055 (уникальный идентификатор RFMEFI57614X0055).

1. Higgins W. M., Nelson D. A., Roy R. G., Murosako R. P., Lancaster R. A., Tower J., Norton P. History of the “Detector Materials Engineering” Crystal Growth Process for Bulk Hg_1–xCd_xTe // Journal of Electronic Materials. 2013. Vol. 42, No. 11. P. 3320–3330.
2. Rogalski A. Progress in focal plane array technologies // Progress in Quantum Electronics. 2012. Vol. 36. P. 342–473.
3. Gravrand O., Destefanis G., Bisotto S., Baier N., Rothman J., Mollard L., Brellier D., Rubaldo L., Kerlain A., Destefanis V., Vuillermet M. Issues in HgCdTe research and expected progress in infrared detector fabrication // Journal of Electronic Materials. 2013. Vol. 42, No. 11. P. 3349–3358.
4. Reddy M., Peterson J. M., Vang T., Franklin J. A., Visela M. F., Olsson K., Patten E. A., Radford W. A., Bangs J. W., Melkonian L., Smith E. P. G., Lofgreen D. D., Johnson S. M. Molecular beam epitaxy growth of HgCdTe on large-area Si and CdZnTe substrates // Journal of Electronic Materials. 2011. Vol. 40, No. 8. P. 1706–1716.
5. Sheng F., Zhou C., Sun S., Yang J. Influences of Te-rich and Cd-rich precipitates of CdZnTe substrates on the surface defects of HgCdTe liquid-phase epitaxy materials // Journal of Electronic Materials. 2014. Vol. 43, No. 5. P. 1397–1402.
6. Billman C. A., Almeida L. A., Smith P., Arias J. M., Chen A., Lee D., Piquette E. C. The effects of microvoid defects on MWIR HgCdTebased diodes // Journal of Electronic Materials. 2011. Vol. 40, No. 8. P. 1693–1698.
7. Downs C., Vandervelde T. E. Progress in infrared photodetectors since 2000 // Sensors. 2013. Vol. 13, No. 4. P. 5054–5098.
8. Gravrand O., Destefanis G. Recent progress for HgCdTe quantum detection in France // Infrared Physics and Technology. 2013. Vol. 59. P. 163–171.
9. Пермикина Е. В., Кашуба А. С., Ляликов А. В., Коротаев Е. Д., Бурлаков И. Д. Исследования гетероэпитаксиальных структур HgCdTe методами микроскопии высокого разрешения // Прикладная физика. 2012. № 5. С. 81–90.
10. Reddy M., Lofgreen D. D., Jones K. A., Peterson J. M., Radford W. A., Benson J. D., Johnson S. M. Cross-sectional study of macrodefects in MBE dual-band HgCdTe on CdZnTe // Journal of Electronic Materials. 2013. Vol. 42, No. 11. P. 3114–3118.
11. Suh S., Kim J., Kim H. J., Song J. Control of hillock formation during MOVPE growth of HgCdTe by suppressing the pre-reaction of the Cd precursor with Hg // Journal of Crystal Growth. 2002. Vol. 236, No. 1–3. P. 119–124.
12. Manchanda R., Nokhwal R., Sharma V., Sharma H., Chanchal, Sharma B. L., Sitharaman S. Liquid phase epitaxy growth process for mercury cadmium telluride // Crystal. 2016. Vol. 21, No. 1. P. 33–35.
13. Radhakrishnan J. K., Sitharaman S., Gupta S. C. Liquid phase epitaxial growth of HgCdTe using a modified horizontal slider // Journal of Crystal Growth. 2003. Vol. 252, No. 1–3. P. 79–86.
14. Radhakrishnan J. K., Sitharaman S., Gupta S. C. Surface morphology of Hg_0.8Cd_0.2Te epilayers grown by LPE using horizontal slider // Applied Surface Science. 2003. Vol. 207, No. 1–4. P. 33–39.
15. Denisov I. A., Lakeenkov V. M., Mazhorova O. S., Popov Yu. P. Numerical study for liquid phase epitaxy of Hg_1–xCdxTe solid solution // Journal of Crystal Growth. 2002. Vol. 245, No. 1–2. P. 21–30.
16. Denisov I. A., Mazhorova O. S., Popov Yu. P., Smirnova N. A. Numerical modeling for convection in growth/dissolution of solid solution Hg_1–xCd_xTe by liquid-phase epitaxy // Journal of Crystal Growth. 2004. Vol. 269, No. 2–4. P. 284–291.