分子束外延InAs/GaSbⅡ类超晶格的缺陷研究

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格被认为制备第三代高性能红外探测器的优选材料。本文对GaSb衬底上分子束外延生长的Ⅱ类超晶格材料缺陷进行了研究,首先对材料表面缺陷分类,然后分析了各类缺陷的起源,并研究了生长温度、GaSb生长速率、As/In束流比等对超晶格表面缺陷的影响,对制备高性能大面阵探测器的Ⅱ类超晶格材料生长具有参考价值。     

InAs/GaSbⅡ类超晶格电学性能研究

为了提高InAs/GaSb超晶格探测器性能和工作温度,研究了超晶格吸收层载流子输运性能。利用分子束外延在半绝缘GaAs衬底上生长InAs/GaSb超晶格材料,用霍尔测试表征材料电学性能,研究了不同条件,包括退火、束流比和在超晶格不同材料层的掺杂对超晶格电学性能的影响。     

InAs/GaSb超晶格中波焦平面材料的分子束外延技术

报道了InAs/GaSb超晶格中波材料的分子束外廷生长技术研究.通过改变GaSb衬底上分子束外延InAs/GaSb超晶格材料的衬底温度,以及界面的优化等,改善超晶格材料的表面形貌和晶格失配,获得了晶格失配△a/a=1.5×10-4,原子级平整表面的InAs/GaSb超晶格材料,材料77 K截止波长为4.87 μm.     

2～3μmGaAs基InAs/GaSb超晶格材料

采用分子束外延方法在GaAs(100)衬底上生长GaSb体材料,以此GaSb为缓冲层生长了不同InAs厚度的InAs/GaSb超晶格,其10 K光荧光谱峰值波长在2～2.6 μm.高分辨透射电子显微镜观察证实超晶格界面清晰,周期完整.InAs/GaSb超晶格材料的成功生长是制备这类红外探测器件重要的第一步.     

GaAs基GaSb体材料及InAs/GaSb超晶格材料的MBE生长

采用分子束外延方法在GaAs(100)衬底上生长GaSb体材料,以此GaSb为缓冲层生长了不同InAs厚度的InAs/GaSb超晶格,其10K光致发光谱峰值波长在2.0～2.6 μm.高分辨透射电子显微镜观察证实超晶格界面清晰,周期完整.     

GaAs基GaSb体材料及InAs/GaSb超晶格材料的MBE生长

采用分子束外延方法在GaAs(100)衬底上生长GaSb体材料,以此GaSb为缓冲层生长了不同InAs厚度的InAs/GaSb超晶格,其10K光致发光谱峰值波长在2.0～2.6 μm.高分辨透射电子显微镜观察证实超晶格界面清晰,周期完整.     

InAs/GaSb II类超晶格中波红外探测器

InAs/GaSb II类超晶格探测器是近年来国际上发展迅速的红外探测器,其优越性表现在高量子效率和高工作温度,以及良好的均匀性和较低的暗电流密度,因而受到广泛关注。报道了InAs/GaSb超晶格中波材料的分子束外延生长和器件性能。通过优化分子束外延生长工艺,包括生长温度和快门顺序等,获得了具原子级表面平整的中波InAs/GaSb超晶格材料,X射线衍射零级峰的双晶半峰宽为28.8,晶格失配a/a=1.510-4。研制的p?鄄i?鄄n单元探测器在77 K温度下电流响应率达到0.48 A/W,黑体探测率为4.541010 cmHz1/2W,峰值探测率达到1.751011 cmHz1/2W。     

2～5μm InAs/GaSb超晶格红外探测器

采用分子束外延方法在GaSb和GaAs衬底上生长了不同周期厚度的InAs/GaSb高质量Ⅱ型能带结构超晶格红外探测器,其探测波长覆盖2～5 μm红外波段.采用高分辨透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射测试、室温与低温光电流响应谱及室温与低温光荧光谱等多种测试手段检验了分子束外延生长在不同衬底上的超晶格材料质量与光学...     

3 in长波II类超晶格分子束外延工艺优化研究

为提升大面阵II类超晶格红外探测器的性能、产量和材料质量,对3 in长波InAs/GaSb II类超晶格分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)生长工艺优化进行了研究。结合反射式高能电子衍射（Reflection High-Energy Electron Diffraction, RHEED）条纹研究了不同的去氧化层温度和生长温度对3 in外延片质量的影响。使用光学显微镜、原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)、表面颗粒检测仪、白光干涉仪、高分辨X射线衍射仪（High-Resolution X-Ray Diffractometer, HRXRD）以及X射线衍射谱模拟分别对外延片的表面形貌、均匀性和晶格质量进行了表征。优化后外延片1 μm以上缺陷的密度为316 cm^-2,粗糙度为0.37 nm,总厚度偏差(Total Thickness Variation, TTV)为19.6 μm,77 K下截止波长为9.98 μm。在2 in长波II类超晶格分子束外延生长工艺的基础上,研究了增大GaSb衬底尺寸后相应生长条件的变化情况。这对尺寸增大后III-V族分子束外延工艺条件的调整具有参考意义,也为锑基II类超晶格红外探测器的面阵规模、质量和产能提升奠定了基础。     

（英）分子束外延生长InAsSb材料的组分控制

采用分子束外延方法在GaAs和GaSb衬底上生长了一系列InAsSb薄膜,研究了Sb组分与Sb4束流间关系.实验发现,在分子束外延生长中,相比As原子, Sb原子更易并入晶格中.利用该特性可较好实现InAsSb材料的组分控制.     

MBE生长InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的界面控制方法分析

本文系统地介绍了MBE外延生长InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的界面控制方法,主要包括生长中断法、表面迁移增强法、Ⅴ族元素浸润法和体材料生长法。短波（中波）InAs/GaSb超晶格材料界面采用混合（mixed-like）界面,控制方法以生长中断法为主;长波（甚长波）超晶格材料界面采用InSb-like界面,控制方法采用表面迁移增强法（migration-enhanced epitaxy, MEE）或Sb soak法及体材料生长相结合。讨论分析了InAs/GaSb超晶格材料界面类型选择的依据,简述了界面控制具体实施理论,以及相关研究机构对于不同红外探测波段的超晶格材料界面类型及控制方法的选择。通过界面结构外延生长工艺设计即在界面控制方法的基础上进行快门顺序实验设计,有效地提高界面层的应力补偿效果,这对于长波、甚长波及双色（甚至多色）超晶格材料的晶体质量优化和器件性能提升具有重要意义。     

II类超晶格探测器背面减薄技术研究

为了验证外延材料制备工艺试验的正确性,减少GaSb衬底对红外光的吸收,同时提升探测器的可靠性和长期稳定性,需要对II类超晶格红外探测器的GaSb衬底进行减薄处理。采用机械抛光法和机械化学抛光法实现II类超晶格探测器的GaSb衬底背面减薄,最后利用专用腐蚀液腐蚀的方法将GaSb衬底全部去除,使II类超晶格材料完全露出。扫描电镜测试表明,超晶格材料腐蚀阻挡层能起到较好的阻挡作用,材料表面光滑,衬底无残留。探测器性能测试结果表明,减薄后的探测器芯片性能未发生变化。     

掺Te 的GaSb薄膜分子束外延生长及缺陷特性

分析了非掺GaSb材料及在GaAs衬底上用分子束外延生长掺杂Te的GaSb薄膜材料的缺陷特性,主要应用正电子湮没多谱勒展宽谱方法,并结合原子力显微镜和X射线衍射测试进行.多谱勒展宽谱研究表明,采用分子束外延法生长的掺杂Te的n型半导体GaSb薄膜材料的S参数比体材料小,所得缺陷主要是单空位与间隙原子,而几乎无复合体的缺陷类型.     

(111)方向的InAs/GaSb超晶格材料电子结构的杂化泛函计算

采用电子密度泛函理论方法计算了一系列（111）方向的InAs/GaSb超晶格的电子结构和能带结构。将杂化泛函的计算结果与普通密度泛函方法的计算结果进行了比较。Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE)杂化与对固体修正的Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE)近似结合的杂化泛函显示了较传统PBE方法和若干其他杂化泛函更符合实验数据的结果。采用该方法研究了InAs/GaSb超晶格的带隙随超晶格周期厚度以及InAs/GaSb比例变化的规律。其结果与以往实验结果符合很好。这些结果表明HSE-PBEsol方法对于估计InAs/GaSb超晶格的电子性质适用。     

InAs/InGaSb photodetectors grown on GaAs bonded substrates

The results of wafer fusion between GaAs and InP followed by transfer of an InGaAs film from the InP to GaAs substrate are presented in this paper. This technique of film transfer allowed the subsequent growth of epitaxial materials with approximately 7% lattice mismatch. Type-II InAs/GaInSb superlattices photodetectors of different designs have been grown by molecular beam epitaxy (MBE) on the alternative InGaAs/GaAs substrate and on standard GaSb substrates. Comparison between photodetectors grown on the two different substrates with nearly identical superlattice periods showed a shift in the cut-off wavelength. The superlattices grown on the alternative substrates were found to have uniform layers, with broader x-ray linewidths than superlattices grown on GaSb substrates.     

Ⅱ类超晶格红外探测器多层膜背增透研究

Ⅱ类超晶格材料相对较小的吸收系数限制了超晶格焦平面探测器的探测性能,通过在焦平面背面镀制增透膜,可有效提升器件的量子效率。研究采用仿真计算,设计了GaSb基InAs/GaSb超晶格探测器的多层背增透膜结构,并在GaSb衬底和超晶格焦平面探测器上进行了制备,实验结果验证了该薄膜具有提升探测器响应性能的作用。     

InAs/GaSb应变超晶格红外调制光谱研究

在用步进扫描傅里叶变换红外(Fourier Transform Infrared, FTIR)调制光致发光(Photoluminescence, PL)光谱仪进行测试时,基于FTIR的优势,并结合PL无损、灵敏度高、简单的优点,通过减弱背景干扰来提高信号强度。研究了背景噪声、杂质能级和温度对InAs/GaSb应变超晶格材料的发射峰强度及位置的影响,并通过改变测试参数,总结出了针对不同材料的测试方法。这项研究结果对InAs/GaSb应变超晶格材料的外延生长及后续加工具有参考价值。     

InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色红外焦平面探测器

InAs/GaSb超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。开展了InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器器件结构设计、材料外延、芯片制备,对钝化方法进行了研究,制备出性能优良的320256双色焦平面探测器。首先以双色叠层背靠背二极管电压选择结构作为基本结构,设计了中/短波双色芯片结构,然后采用分子束外延技术生长出结构完整、表面平整、低缺陷密度的PNP结构超晶格材料。采用硫化与SiO2复合钝化方法,最终制备的器件在77 K下中波二极管的RA值达到13.6 kcm2,短波达到538 kcm2。光谱响应特性表明短波响应波段为1.7~3 m,中波为3~5 m。双色峰值探测率达到中波3.71011 cmHz1/2W-1以上,短波2.21011 cmHz1/2W-1以上。响应非均匀性中波为9.9%,短波为9.7%。中波有效像元率为98.46%,短波为98.06%。     

四层结构模型下的InAs/GaSb超晶格材料能带计算

在包络函数近似下采用K.P理论计算了InAs/Ga(In)Sb II类超晶格材料的能带结构.同时, 计算了超晶格材料的电子有效质量和空穴有效质量, 以及不同的结构对应的吸收系数.在此基础上使用了考虑包括界面在内的四层超晶格模型进行能带计算, 并与实验结果进行比较, 超晶格材料响应截止波长的结果更为接近实验值.不同的界面也会引起能带结构的变化, 带来截止波长的变化.对于应变补偿的InAs/GaSb超晶格材料, 非对称InSb界面相比对称界面有更大的截止波长.