低Al组分In1-xAlxSb薄膜的MBE生长和优化

采用分子束外延的方法进行了低Al组分In1-xAlxSb薄膜的生长和优化。通过在InSb(100)衬底上外延生长一系列不同条件的In1-xAlxSb薄膜,分析总结了衬底的热脱氧特征以及InAlSb薄膜低Al组分(2%左右)的控制,探讨了退火和InSb缓冲层的优化等参数对In1-xAlxSb外延薄膜表面形貌和质量的影响。测试结果表明薄膜质量得到极大改进。     

分子束外延InAlSb红外探测器光电性能的温度效应

采用分子束外延生长方法在InSb （100）衬底上生长p+-p+-n-n+势垒型结构的In1-xAlxSb外延层。运用X射线衍射对材料的晶体质量及Al组分进行测试和表征,InAlSb外延层的半峰宽为0.05,表明外延材料的单晶性能良好,并通过布拉格方程和维戈定律计算出Al组分为2.5%。然后将外延材料制备成多元红外探测并测得77~210 K下的光谱响应曲线,实验发现探测器的截止波长从77 K时的4.48 m增加至210 K时的4.95 m。通过数据拟合得出In0.975Al0.025Sb禁带宽度的Varshni关系式以及其参数Eg（0）、和的值分别为0.238 6 eV,2.8710-4 eV/K,166.9 K。经I-V测试发现,在110 K,-0.1 V偏压下,器件的暗电流密度低至1.0910-5 A/cm-2,阻抗为1.40104 cm2,相当于77 K下InSb探测器的性能。同时分析了温度对器件不同类型的暗电流的影响程度,并得到器件的扩散电流与产生-复合电流的转变温度约为120 K。     

高质量InSb薄膜的MBE同质和异质外延生长

InSb是3~5 μm中波红外波段具有重要研究意义的材料。本文以单位内部生产的InSb(100)衬底为基础,通过摸索InSb(100)衬底的脱氧、生长温度和V/III束流比,获得了高质量的InSb同质外延样品,1.5 μm样品的表面粗糙度RMS≈0.3 nm(10 μm×10 μm),FWHM≈7 arcsec;采用相同的生长温度和V/III束流比并采用原子层外延缓冲层的方法在GaAs(100)衬底上异质外延生长本征InSb层,获得了较高质量的异质外延InSb样品,1.5 μm样品的室温电子迁移率高达6.06×104cm2 V-1s-1,3 μm的样品最好的FWHM低至126 arcsec。InSb材料的同质和异质外延优化生长可为高温工作掺Al的InSb器件结构的优化生长提供重要参考依据。     

MBE生长中缓冲层对InSb/GaAs质量影响的研究

用分子束外延(MBE)方法在GaAs(001)衬底上外延生长了InSb薄膜,并研究了异质外延InSb薄膜生长中缓冲层对材料质量的影响.采用原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线双晶衍射(DCXRD)等方法研究了InSb/GaAs薄膜的表面形貌、界面特性以及结晶质量.通过生长合适厚度的缓冲层,获得了室温下DCXRD半高峰宽为272",迁移率为64 300 cm2V-1s-1的InSb外延层.     

MBE生长的InSb和InASxSb1—x的载流子浓度剖面分布

在(111)InSb 和(100)GaAs 衬底上,用分子束外延技术生长了 InSb 和 InAs_xSb_(1-x)外延层。用自动电化学 C—V 法测量了外延层的载流子浓度剖面分布。结果表明:(1)外延层呈 P 型;(2)InSb/GaAs 异质外延层的载流子浓度为(1～2)×10~(16)cm~(-3),比相应的同质外延层 InSb/InSb 的(1～2)×10~(17)cm~(-3)小一个数量级;(3)生长层的载流子浓度剖面分布和质量取决于衬底表面的制备。讨论了有关问题。     

高温工作InAlSb的MBE生长及器件性能研究

接近室温的更高工作温度是第三代红外探测器发展的重要方向。本文论述了用MBE在InSb(100)衬底上外延生长制备P-i-N型三元In1-xAlxSb薄膜合金材料,并通过制备单元器件进行了验证。采用RHEED振荡和X射线双晶衍射对In1-xAlxSb薄膜的Al组分进行了调控和检测。5.3 μm厚薄膜的FWHM≈50 arcsec,Al组分约1.9%。10 μm×10 μm原子力表面粗糙度RMS≈0.6 nm。制备的单元器件获得了预期的理想效果,为下一步面阵焦平面的制备奠定了基础。     

InSb缓冲层的波纹结构及其对InSb/GaAs外延薄膜电学性能的影响

采用分子束外延方法在GaAs(001)衬底上生长了InSb外延薄膜,其中采用"二步法"制备了不同厚度的低温InSb缓冲层结构.利用Mullins扩散模型对缓冲层的生长过程进行了具体演化.结合扩散模型的计算结果,通过原子力显微镜以及透射电子显微镜研究了InSb缓冲层表面的波纹结构对后续InSb薄膜生长的影响规律.研究表明,适"-3的缓冲层厚度有利于InSb薄膜的外延生长,缓冲层厚度超过60nm后,InSb薄膜表面的粗糙度明显增加,引入了大量位错导致外延薄膜的电性能下降,采用"二步法"生长30-50nm厚的InSb缓冲层比较合适.     

ALE法对InSb/GaAs异质薄膜电学性能的改进

以GaAs(100)为衬底,采用原子层外延(ALE)的方法在GaAs缓冲层和常规InSb外延层间引入85个周期约30 nm的InSb低温缓冲层,以快速降低InSb和GaAs界面间较大的晶格失配(14.6%)对外延层质量造成的不利影响,从而改进异质外延薄膜的电学性能。实验结果显示,ALE低温缓冲层能较快地释放晶格失配应力,降低位错密度。室温和77 K的Hall测试显示,引入低温ALE缓冲层生长的InSb/GaAs异质外延薄膜,其InSb外延层本征载流子浓度和迁移率等电学性能较常规的方法有着较大的改进。     

Ga_(0.47)In_(0.53)As材料液相外延生长的组分控制研究

本文分析了Ga_(0.47)In(0.53)As材料生长中影响材料组分变化的因素,简要地给出了生长合适组分外延层的料源配制公式及其应用结果.采用适当的生长工艺可使外延层的横向组分平均偏离控制在±1.0%以内,纵向组分平均偏离在±1.4%以内,一源多炉生长的炉间外延层组分的平均偏离在±2%以内.分凝系数测量结果说明:三元层的生长主要是与组分的扩散密切有关,而与生长界面的动力学因素关系不太紧密.     

高倍增低暗电流AlInAsSb四元数字合金雪崩光电二极管

用分子束外延系统(MBE)生长高质量Ga Sb基AlInAsSb四元数字合金制作雪崩光电二极管(APD)。为了克服随机体材料生长方式发生的偏析现象,采用迁移增强的数字合金生长方式,其快门顺序为Al Sb,Al As,Al Sb,Sb,In,In As,In,Sb。其高分辨率X射线衍射(HRXRD)曲线显示出尖锐的卫星峰,并显示出几乎完美的晶格匹配,其原子力显微镜(AFM)图像上也可以观察到光滑的表面形貌。使用优化的数字合金生长方式,制备了分离吸收、渐变、电荷和倍增(SAGCM)型的AlInAsSb数字合金APD。在室温下,器件在95%击穿时,暗电流密度为0.95 m A/cm2,击穿前最大稳定增益高达～100,其器件的高性能显示出光电领域进一步发展的潜力。     

InAlSb红外光电二极管性能研究

在InSb衬底上利用分子束外延生长了p-i-n结构的InAlSb/InSb材料,通过在吸收层和接触层之间生长宽禁带的InAlSb势垒层,验证了势垒层对耗尽层中暗电流的抑制作用。分别基于外延生长的InAlSb材料和InSb体材料,借助标准工艺制备出二极管,并对其电性能进行测量分析,研究发现:77 K温度时,在-0.1 V的外偏电压下,p+-p+-n--n+结构和p+-n--n+结构InAlSb器件的反偏电流分别为3.410-6 Acm-2和7.810-6 Acm-2。基于p+-p+-n--n+结构研制的InAlSb二极管的暗电流保持在一个很低的水平,这为提高红外探测器的工作温度提供了重要基础。     

InSb分子束外延原位掺杂技术研究

对InSb分子束外延薄膜的本征掺杂、N型掺杂以及P型掺杂进行了研究,其中分别以Be作P 型以及以Si、Te作N 型的掺杂剂。实验采用半绝缘的GaAs衬底作为InSb分子束外延用衬底,通过采用低温生长缓冲层技术降低大失配应力,获得高质量InSb外延膜。实验样品采用霍尔测试以及SIMS测试掺杂浓度和迁移率分析掺杂规律、掺杂元素偏聚和激活规律的影响因素。     

Growth characteristics of LPE InSb and InGaSb

Growth characteristics of InSb and In_l-xGa_xSb (x < 0.09) prepared by infinite solution epitaxy are investigated. Substrate surface contamination is found to be a controlling factor in epitaxial layer continuity and surface morphology; as the degree of contamination decreases, growth varies from discontinuous to terraced continuous to terrace-free continuous. The dependence of layer thickness on growth parameters is consistent with a diffusion-controlled process in which the Sb diffusion coefficient D is given by D = 1.1 × 10⁻³ exp[(-0.43 eV)/kT] cm² sec⁻¹. Electron microprobe analysis of the Ga distribution through epitaxial layers indicates that Ga diffuses fast enough in the solution under typical growth conditions to maintain a constant ternary composition.     

Comparison of MBE Growth of InSb on Si (001) and GaAs (001)

We describe the epitaxial growth of InSb films on both Si (001) and GaAs (100) substrates using molecular-beam epitaxy and discuss the structural and electrical properties of the resulting films. The complete 2 μm InSb films on GaAs (001) were grown at temperatures between 340°C and 420°C and with an Sb/In flux ratio of approximately 5 and a growth rate of 0.2 nm/s. The films were characterized in terms of background electron concentration, mobility, and x-ray rocking curve width. Our best results were for a growth temperature of 350°C, resulting in room-temperature mobility of 41,000 cm²/V s.  For the growth of InSb on Si, vicinal Si(001) substrates offcut by 4° toward (110) were used. We investigated growth temperatures between 340°C and 430°C for growth on Si(001). In contrast to growth on GaAs, the best results were achieved at the high end of the range of T _S =  C, resulting in a mobility of 26,100 cm²/V s for a 2 μm film. We also studied the growth and properties of InSb:Mn films on GaAs with Mn content below 1%. Our results showed the presence of ferromagnetic ordering in the samples, opening a new direction in the diluted magnetic semiconductors.     

InSb quantum dot LEDs grown by molecular beam epitaxy for mid-infrared applications

We report the molecular beam epitaxial growth of InSb quantum dots (QD) inserted as sub-monolayers in an InAs matrix which exhibit intense mid-infrared photoluminescence up to room temperature. The InSb QD sheets were formed by briefly exposing the surface to an antimony flux (Sb₂) exploiting an As-Sb anion exchange reaction. Light emitting diodes were fabricated using 10 InSb QD sheets and were found to exhibit bright electroluminescence with a single peak at 3.8 μm at room temperature.     

电学性能不反常的本征GaAs基InSb异质外延研究

采用三步工艺进行了GaAs基InSb的异质外延生长并结合实验数据和文献资料研究了生长温度和速率、InSb层的厚度、低温缓冲层质量和双In源工艺对材料Hall电学性能等的影响。发现温度和生长速率对室温载流子迁移率和本征载流子浓度影响不太大;晶体XRD FWHM随膜厚的增加而逐渐地减小;低温缓冲层的界面质量和厚度对表面形貌具有一定的影响,低温缓冲层的界面厚度不应小于30 nm,ALE低温缓冲层的方法可以降低局部表面粗糙度;实验发现在优化的工艺参数基础上采用双In源生长工艺可以生长出电学性能不发生反常的理想本征InSb异质外延薄膜材料。获得2μm厚GaAs基InSb层在300 K和77 K的Hall迁移率分别为3.6546×104 cm^2 V^-1 s^-1和7.9453×104 cm^2 V^-1 s^-1,本征载流子迁移率和电子浓度随温度的变化符合理论公式的预期。     

Characteristics of the formation of (Al, Ga)Sb/InAs heterointerfaces in molecular-beam epitaxy

A thermodynamic model is given for the molecular-beam epitaxy formation of InSb, GaAs, and AlAs heterointerfaces in (Al, Ga)Sb/InAs heterostructures. The maximum critical temperature of formation of a planar InSb-type heterointerface on an (Al, Ga)Sb layer, T≈390 °C, is determined from a comparison of the pressure of Sb₄ molecules in the external flux with their equilibrium value above a stressed monolayer on a heterointerface and is found to be in good agreement with existing experimental data. In contrast, the critical temperature of formation of a heterointerface of the AlAs (GaAs) type, corresponding to the onset of rapid reevaporation of As, is much higher than the growth temperatures normally used in molecular-beam epitaxy (350–550 °C). Fiz. Tekh. Poluprovodn. 31, 1242–1245 (October 1997)