基于InP衬底的晶格失配In0.68Ga0.32As的MOCVD生长及其特性研究

采用MOCVD生长技术在InP衬底上成功实现了晶格失配的3μm In0.68 Ga0.32As薄膜生长.通过As组分的改变,利用张应变和压应变交替补偿的InAsxP1-x应变缓冲层结构来释放由于晶格失配所产生的应力,在InP衬底上得到了与In0.68Ga0.32 As晶格匹配的InAsxP1-x“虚拟”衬底,通过对缓冲层厚度的优化,使应力能够在“虚拟”衬底上完全豫弛.通过原子力显微镜(AFM)、高分辨XRD、透射电镜(TEM)和光致发光(PL)等测试分析表明,这种释放应力的方法能够有效提高In0.68 Ga0.32 As外延层的晶体质量.     

在GaAs衬底上液相外延生长层质量的研究

本文初步研究了在(100)n—GaAs衬底上液相外延生长GaAs外延层厚度与生长Ga溶液厚度、生长时间、初始过冷度、降温速率的关系,以及影响外延层厚度均匀性的因素。实验指出了在GaAs上液相外延生长Ga_(1-x)Al_xAs层,随着Al含量X值的增加在室温下用X射线单晶衍射仪测得的GaAs-Ga_(1-x)Al_xAs系统的晶格失配增加,但是异质结界面附近的失配位错非常小,几乎与X值无关;而在GaAs上生长Ga_(1-x)Al_xAs_(1-y)P_y外延层,可得到室温下晶格失配非常小的GaAs-Ga_(1-x)Al_xAs_(1-y)P_y系统,但是异质结界面附近的失配位错却非常大,在室温下异质结界面是不匹配的。用熔融KOH腐蚀外延层中位错发现,一部分位错是由衬底位错引入的,而大部分位错是在外延过程中引入的。在现有条件下,可以生长出几平方毫米面积较大区域的无位错外延表面,但大部分最终表面层位错密度比衬底位错高几倍或十几倍。     

Ga_(1-x)In_xSb/GaSb应变层超晶格的MOVPE生长

本文报道用常压金属有机物气相外延方法在 GaSb衬底上生长 Ga_(1-x)In_xSb/GaSb应变层超晶格材料.X射线双晶衍射谱和反射电子显微像表明超晶格结构的周期性,GalnSb阱的组分均匀性和异质结界面质量较好.观察到当In含量提高时起源于超晶格-衬底界面处的失配位错.低温光荧光测量显示出因量子尺寸效应导致的带间跃迁向高能方向的移动.     

50周期的In_(0.3)Ga_(0.7)As/GaAs应变超晶格的生长

在本文，我们用一个低组分的InxGa(1-x)As缓冲层（x～0．01），有效地限制了50周期的In0.3Ga0．7As／GaAs应变超晶格本身弛豫所产生的位错，X射线双晶衍射测量结果表明使用这样缓冲层的超晶格质量明显改善，可以观察到12级卫星峰，而在没有这个缓冲层的样品上只能观察到3个衍射卫星峰．透射电子显微镜上观察到产生的位错被限制在这个缓冲层中或弯曲进入了衬底而没有进入所需要的外延层。     

不同缓冲层对GaAs基In_(0.3)Ga_(0.7)As材料特性的影响

采用组分跳变和低温大失配缓冲层技术在GaAs衬底上外延了In0.3Ga0.7As材料。测试结果表明,采用组分跳变缓冲层生长的In0.3Ga0.7As主要依靠逐层间产生失配位错来释放应力,并导致表面形成纵横交错的Cross-hatch形貌;而采用低温大失配缓冲层技术则主要通过在低温缓冲层中形成大量缺陷来充分释放应力,并在后续外延的In0.3Ga0.7As表面没有与失配位错相关的Cross-hatch形貌出现。此外,仅需50nm厚的低温大失配缓冲层即可促使In0.3Ga0.7As中的应力完全释放,这种超薄缓冲层技术在工业批产中显得更为经济。     

MBE生长的GaAs1—xSbx／GaAs系中缺陷的研究

GaAs_(1-x)Sb_x作为有前途的长波长光电材料已受到了广泛的重视。但是由于GaAs_(1-x)Sb_x在GaAs衬底上进行外延生长时存在过大的晶格失配度(约7.5％)而遇到了较大的困难。为了提高材料的质量,对于GaAs_(1-x)Sb_x/GaAs体系异质结界面失配位错的分析已成为了有兴趣的研究课题。本文对用分子束外延(MBE)生长的GaAs_(1-x)Sb_x/GaAs系材料的界面缺陷进行了横断面透射电子显微镜和高分辩电子显微镜的研究,目的在于了解界面的缺陷行为并探讨改进材料质量的途径。     

具有组分梯度的Ga_(1-x)In_xAs/GaAs材料的测定和分析

用x射线衍射技术和x射线形貌技术,测定了具有组分梯度层的气相外延生长的Ga_(1-x)In_xAs/GaAs结构的组分、组分梯度、晶格失配、晶格失配应力和外延层的晶面倾斜角,以及曲率半径和外延层中的平均应力。观察了外延层中的位错,特别是失配位错的运动情况。发现外延层晶格不但发生较大的形变,而且外延层晶格相对于衬底晶格产生较大的错向(晶面倾斜),组分梯度或晶格失配变化率对外延层的缺陷将产生较大影响,若选用适当组分梯度的过渡层,可将位错扫出外延层,并使最后的固定组分层呈低位错区。     

应变In_xGa_(1-x)As/Al_(0.15)Ga_(0.85)As多量子阱的电光双稳

在垂直于异质界面电场存在的情况下,用光电流光谱学研究了分子束外延生长的应变 In_xGa_(1-x)As/Al_0.15Ga_0.85As 多量子阱的光学吸收性质。在体 GaAs 衬底透明的波长范围内,观察了量子限定斯塔克效应。室温下无须去除 GaAs 衬底,显示出自电光效应器件的光学双稳性。     

应变和成份调制超晶格的CBED研究

由A晶格和B晶格超薄层构成一维周期性结构称为超晶格。根据超晶格中应变量的大小可对超晶格进行分类,当应变量很小,各层的原子散射振幅相差甚远时,则为成份调制的超晶格,如AlAs/GaAs超晶格:若应变量显著,而各层的原子散射振幅相差不大时,则为也变调制的超晶恪,如In_xGa_(1-x)As/GaAs超晶格。最近我们用会聚束电子衍射(CBED)研究了成份调制的超晶格AlAs/GaAs和应变调制的超晶格In、Ga_(1-x)As/GaAs的运动学和动力学衍射效应。     

N-GaAs/(In,Ga)As HEMT

采用n-(AI,Ga)As/GaAs异质结构材料制作的高电子迁移率晶体管(HEMT)在微波与超高速器件中已逐步成熟,并已开始出现实用化产品。 本简讯首次报导采用汽相外延方法在半绝缘GaAs衬底上生长N-GaAs/(I,Ga八s异质结构材料制作的HEMT,并已证实器件在低温下未出现陷附中心造成的异常。(国外均采用MBE生长的材料)。 所用材料结构为半绝缘GaAs衬底上汽相外延约1卜m In人a1.仲s层(X=0.15)及o.2～0.3urn N-GaAs层,(In,Ga八s层不掺杂,而GaAs层掺杂浓度约 5 x 10‘”cm-‘。为研制HEMT,采用厚度监控技术使顶部N-GaAs层减薄至1000A以内。…     

GaAs/Si外延层的TEM研究

外延生长半导体材料中的微缺陷对其性能及应用有着关键性的影响,为此微观缺陷的研究的必要性就显得更突出了。而透射电子显微学恰是进行微缺陷研究的重要手段。本工作就Si衬底上外延生长Ga As开展研究。实验样品有两类:(1)在Si衬底上直接生长Ga As;(2)在Si衬底上先生长一定量的Ga AsIn Ga As超晶格作为缓冲层,而后再生长Ga As。实验结果表明两类样品中的Si衬底晶体完整度很好,外延层中存在着大量的晶体缺陷,但缺陷性质不完全类同。对于第(1)类样品缺陷以位错为主,同时有一些微孪     

In0.68Ga0.32As热光伏电池的制作和特性分析

用在InP衬底上失配生长的能隙为0.6eV的In0.68Ga0.32As制成了热光伏(TPV)电池。对其光伏特性的测试分析表明,通过对As组分渐变的InAsxP1-x缓冲层厚度的优化,可以将晶格失配引起的位错完全弛豫在缓冲层内,从而大幅改善热光伏电池的性能。在AM1.5G标准光谱下,与晶格失配没有被完全弛豫的热光伏电池相比,优化措施可将开路电压从0.19V提高到0.21V,外量子效率在长波处可达到85%,转换效率也提高了30%。     

粗糙GaAs(001)表面对In015Ga085As薄膜生长的影响

通过改变衬底降温速率的方法利用分子束外延(MBE)和扫描隧道显微镜(STM)联合系统制备了不同形貌的GaAs(001)表面。采用SPIP软件测量统计和Bauer定则理论分析,研究了粗糙GaAs(001)表面对In015Ga085As薄膜生长的影响。结果表明粗糙GaAs(001)表面存在大量的岛和坑,表面能增加,易于In015Ga085As薄膜层状生长形成平整表面。经计算,面积为100×100 nm2的粗糙GaAs(001)表面相对平坦GaAs(001)表面,其表面能增加了4.6×103 eV,大于生长厚度为15 ML的In015Ga085As薄膜应变能(2.3×103 eV),说明In015Ga085As薄膜在粗糙GaAs(001)表面的外延生长模式为层状生长。     

MBE In_xGa_(1-x)As/GaAs(001)系统晶格失配的研究

本文利用X射线双晶衍射和电子探针显微分析方法,研究了MBE In_xGa_(1-x)As/GaAs(001)系统的晶格失配与In含量x值的关系.在外延层厚度t_(?)～2μm的情况下,获得范性应变临界组份x_c=0.114.当xx_c时,外延层出现范性形变.     

LPE Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs异质结缺陷研究

本文用熔融KOH化学择优腐蚀,金相显微镜,扫描电镜阴极荧光研究了液相外延生长的Ga_(1-x)AlxAs/GaAs中位错的延伸和分布.观察到异质结Ga_(1-x)AlxAs/GaAs中位铅延伸和密度分布与界面成分值x有关.在一定x值范围内,观察到界面层中存在位错网络,这种位错网络对衬底位错向外延层延伸有抑制作用.在此x值范围内外延层是无位错的.用高压透射电镜观察位错网络的平面和剖面分布特征,并对网络形成机理进行了定性讨论.     

InP衬底上Ga_(0.47)In_(0.53)As/InP液相外延生长

用液相外廷获得了与InP晶格匹配的Ga_(0.47),In_(0.53)As单晶外延层.本文叙述在(100)和(111)InP衬底上Ga_(0.47)In_(0.53)As/InP液相外延生长方法.用常规滑动舟工艺生长的这种外延层,其表面光亮,Ga的组分x=0.46～0.48,晶格失配率小于2.77×10~(-4),禁带宽度E_g=0.74～0.75eV.使用这种Ga_(0.47)In_(0.53)As/InP/InP(衬底)材料研制的长波长光电探测器,在波长为0.9～1.7μm范围内测出了光谱响应曲线,在1.55μm处呈现峰值.     

简讯

要在Si衬底上制作GaAs及其它Ⅲ—Ⅴ族材料,面临两个主要问题:一个是非极化单晶上生长单一极化单晶的问题;另一个是Ga_(0.47)In_(0.53)As与Si之间大的晶格失配(Δa/a～3%)问题。英国Plesey公司报导了采用大气MOCVD在Si上生长出Ga_(0.47)In)_(0.35)     

调制掺杂Al_xGa_(1-x)As/GaAs异质结持久光电导的光谱响应

本文在77 K下研究了调制掺杂 n-Al_(0.3)Ga_(0.7)As/GaAs异质结持久光电导的光谱响应.结果表明,掺 Cr GaAs衬底中Cr深能级上电子的激发和 Al_xGa_(1-x)As中DX中心的光离化都产生持久光电导.     

Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体异质外延中的晶面倾斜和测量

本文简述了Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体薄膜的异质外延中,晶面倾斜的产生和测量方法,列举了VPE生长的Ga_(1-x)In_xAs/GaAs和LPE生长的GaAlAsP/GaAs结构的测量结果。在In含量为0.06—0.48之内,GaInAs异质外延层的倾斜角可达数百秒到1.5°,但GaAlAsP/GaAs的倾斜程度就小得多。实验发现晶面倾斜角随总的晶格失配量的增加而增加,(100)衬底比(110)衬底的倾斜角大,衬底的错向角的大小和方位对外延层的晶面倾斜角亦有较大的影响。     

液相外延生长碲锡铅异质结构的位错腐蚀坑

用腐蚀法研究了液相外延生长的Pb_(1-x_Sn_xTe异质结构。在界面处和异质外延层中具有高腐蚀坑密度(≥1×10~7厘米~(-2)的晶格失配异质结构中出现了一致的图案。晶格失配越大,缺陷密度越高。小到～2×10~(-4)的失配就足以形成界面处的缺陷。低腐蚀坑密度衬底并未缓和界面和外延层的缺陷特性。与其他报导的结果相反,同质结构的整个外延层厚度,其位错腐蚀坑密度没有显著降低。已发现与相反异质结构Pb_(1-x)Sn_xTe/Pb_(1-y)Sn_yTe和Pb_(1-y)Sn_yTe/Pb_(1-x)Sn_xTe有关的一些差异。高生长温度(≥600℃)会使腐蚀坑密度降低和一些缺陷消失。据信,在高温下会发生加速成核、位错退火和体扩散。一些缺陷消失,其他一些在缓慢冷却下减少,但仍保留基本失配特点。