Ⅱ-Ⅵ族三元合金薄膜生长与掺杂工艺研究现状

相对于Ⅱ-Ⅵ族二元化合物,三元合金在调节带隙宽度和晶格常数上的灵活性使其应用前景更加广阔,并有希望解决Ⅱ-Ⅵ族材料普遍存在的单极性掺杂难题而成为未来新型光电器件发展的一个重要方向.文章着重介绍了分子束外延(MBE)技术生长ZnSeTe、CdZnTe、CdSeTe等Ⅱ-Ⅵ族三元合金单晶薄膜的研究现状,分析了MBE生长三元合金时需要考虑的问题,介绍了Ⅱ-Ⅵ族半导体材料n/p型掺杂的常用元素和掺杂方式,讨论了限制Ⅱ-Ⅵ族材料有效掺杂的物理机制和三元合金在掺杂方面的研究动态,并对三元合金薄膜的发展前景进行了展望.     

分子束外延特性及目前的状态

分子束外延(MBE)技术一直被用于制造新一代微波和光电子学器件。用超薄层结构或选择掺杂形成“带结构工程”并制备出人工结构的材料。已经制出新型的共振隧道和量子阱器件,如频率放大器、逻辑电路、光开关和工作于3-10μm波长的高质量GaAs/AlGaAs超晶格探测器。MBE在Ⅳ族材料方面的发展包括生长无针孔硅-硅化物结构、单晶SiO_x和Si/Ge_xSi_(1-x)/Si异质结器件。在Ⅱ-Ⅵ族化合物和可见波长激光器方面首次观察到令人振奋的结果。在标准制造条件下,用固体源MBE制备的3英寸膜片的厚度改变为1.5％。膜片-膜片之间的改变为3％。75％的膜片每平方厘米仅有100-300个缺陷,最好的膜片每平方厘米仅有30个缺陷。对MBE提出的进一步要求是自动化和高产率。对于气体源的MBE来说,重要的是发展无毒和高纯度气体源以满足制造的要求。     

新型研究用的MBE设备

<正>据《OPTRONICS》1992年第11期报道,日本日新电机公司已开发成新型研究用的MBE设备“MiniBEa”。MBE法在133.32×10~(11)Pa的超高真空中加热固体材料,把其分子淀积在衬底上而生长单晶。控制膜厚可到原子层,得到优质的单晶薄膜。以前,采用Ⅲ-Ⅴ族材料进行广泛的器件研究和生产,近来MBE法采用Ⅱ-Ⅵ族材料,注意力集中在发光器件的研究。采用Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体的发光器件不用非线性光学材料而直接发射绿光,提高光盘的记录密度,并可望应用于显示器,其研究工作相当活跃。     

Ⅳ—Ⅵ族铅盐化合物的MBE生长及特性的研究

本文报道了Ⅳ—Ⅵ族铅盐化合物PbEuTe、PbEuSeTe薄膜、PbSnTe/PbTe,PbEuTe/PbTe起晶格、量子阱材料及PbEuSeTe双异质结材料的MBE生长。并对其进行了光、电特性的研究。     

Ⅱ-Ⅵ族镉化物材料的MBE生长及器件应用进展

Ⅱ-Ⅵ族镉(Cd)化物,如CdTe、CdSe、CdSeTe等具有直接带隙、光学吸收系数高和电学特性优异等突出特点,在太阳电池、X及γ射线探测器、红外焦平面阵列(FPA)等方面均得到了广泛应用。文章简要综述了近年来用分子束外延(MBE)工艺生长镉化物微结构材料的研究进展和器件应用动态,并对镉化物在光电子领域中的发展前景进行了展望。     

宽禁带Ⅱ-VI族材料生长及其对器件的影响

在过去的几年中,ZnSe材料的制备和特性不断得以改进。从采用MOCVD和MBE方法生长的ZnSe的现时状况可以看出,有效地控制材料质量和掺杂,便有希望获得p-n结。同时讨论了超晶格和多量子阱结构对注入器件,电子束泵浦激光器,Ⅲ-Ⅴ元件的Ⅱ-Ⅵ元件钝化和非线性光学器件的影响。     

室温下Ⅱ-Ⅵ族纳米晶粒在Si衬底上的化学自组装

应用胶体化学的方法,在溶液中合成了Ⅱ-Ⅵ族化合物-CdSe, CdTe纳米晶粒.紫外-可见光吸收谱(ABS)和光致荧光谱(PL)显示Ⅱ-Ⅵ族纳米晶粒具有良好的单分散性.在室温下利用双功能分子在Si衬底表面组装了Ⅱ-Ⅵ族纳米晶粒,原子力显微镜图像和接触角实验证实,Ⅱ-Ⅵ族纳米晶粒已经自组装到了Si衬底表面,并且表面比较平整,纳米晶粒分布均匀.     

AlGaInP材料在高效多结太阳电池中的应用

AlGaInP材料在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中具有较高的带隙,是制备高效多结太阳电池中顶电池的理想材料之一.然而,在其金属有机气相外延(MOVPE)生长过程中的氧污染会形成深能级陷阱,这是影响材料质量的主要因素.探讨了影响AlGaInP材料带隙的几种工艺参数,包括Al含量、衬底偏角和生长温度.讨论了通过优化材料外延生长工艺和改进太阳电池结构,获得高质量AlGaInP子电池的几种技术途径,包括提高生长温度、生长速率和磷烷体积流量,以及采用Se作为发射区的n型掺杂剂和GaInP/AlGaInP异质结构.介绍了近年来AlGaInP材料在高效多结太阳电池领域的研究进展,包括正向晶格失配太阳电池、反向晶格失配太阳电池和半导体直接键合太阳电池,并对其未来的发展趋势进行了展望.     

Si基中短波双色HgCdTe材料生长及表征

报道了碲镉汞(MCT)分子束外延(MBE)的最新研究进展。基于现有Si基中波、短波HgCdTe材料工艺基础,开发获得了Si基中短波双色HgCdTe材料的生长工艺。使用反射式高能电子衍射分析在线监测生长过程,优化了Si基中短波双色HgCdTe材料生长工艺。获得了具有良好晶体质量的Si基中短波双色HgCdTe材料。     

1988中心专利选刊

在衬底上生长Ⅱ-Ⅵ族半导体化合物薄膜DD251-153-A在碲熔融液中的衬底上生长电致发光或阴极射线发光器件的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料发光膜,衬底最好是具备蒸镀绝缘膜和高熔点金属(Ni,Au,W,Mo)丝的石英膜片。其特点是用过渡族金属掺杂Ⅱ-Ⅵ族化合物。这种过渡族金属是锰或某种稀土金属,其浓度为0.01-100atom％.可以以金属或硫化物的方式添加。Ⅱ-Ⅵ族化合物是ZnS,CsS,ZnSe,CaS,MgS;混合化合物是(Zn,     

低缺陷Si基碲镉汞分子束外延工艺研究

随着焦平面探测器向超大面阵、小像元方向发展,对盲元率尤其连续盲元、均匀性等要求越来越高。材料表面缺陷已经成为抑制Si基碲镉汞分子束外延(Molecular Beam Epitaxial, MBE)技术在更广范围内应用的一个重要因素。通过解决MBE系统束流稳定性、束流测量的精确性和生长温度控制的稳定性共3个MBE生长碲镉汞材料精确控制的关键问题,以及通过正交试验优化生长参数,将Si基碲镉汞材料缺陷密度控制在500 cm^-2以内,最优值达到57.83 cm^-2。     

硒化镉晶体生长及性能表征

硒化镉(CdSe)是一种性能优异的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料。采用气相法生长出CdSe晶体材料,结合晶体生长动力学研究了CdSe单晶生长速率,并对其晶体结构和光学性能进行了表征。Raman测试表明生长的CdSe晶体为纤锌矿结构,属于极性材料。XRD测试表明单晶生长面为(001)面,衍射峰的半高宽较小。光学性能测试表明,CdSe材料在近红外波段内具有较好的光学透过特性。     

半导体光电器件制作技术的最新进展(续)

本文就近一、二年以来半导体光电器件制作技术的新工艺、新技术作了较全面的介绍。该文内容包括Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物的单晶膜的外延生长工艺的改进;新的外延生长技术;Si及GaAs衬底上异质结电子学技术;制管工艺中重点工艺的最新进展。并介绍了这些新技术在半导体光电器件中所取得的成就。     

分子束外延CdTe（211）B／Si复合衬底材料

报道了用MBE的方法，在3英寸Si衬底上制备ZnTe／CdTe（211）B复合衬底材料的初步研究结果，该研究结果将能够直接应用于大面积Si基HgCdTe IRFPA材料的生长．经过Si（211）衬底低温表面处理、ZnTe低温成核、高温退火、高温ZnTe、CdTe层的生长研究，用MBE方法成功地获得了3英寸Si基ZnTe／CdTe（211）B复合衬底材料．CdTe厚度大于10μm，XRD FWHM平均值为120arc sec，最好达到100arc sec，无（133）孪晶和其他多晶晶向．     

国外资料索引

PbTe和PbSnTe已成功地用作红外探测器。金属有机材料成功地用于制备Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族材料。本文介绍用金属有机化学蒸汽淀积法制备Ⅳ-Ⅵ族材料。介绍了PbTe、PbSnTe、PbS、PbSe、SnTe的生长。     

可用于Ⅲ族氮化物生长的50mm 3C-SiC/Si(111)衬底的制备

利用新研制出的垂直式低压CVD(L PCVD) Si C生长系统,获得了高质量的5 0 mm 3C- Si C/ Si(111)衬底材料.系统研究了3C- Si C的n型和p型原位掺杂技术,获得了生长速率和表面形貌对反应气体中Si H4 流量和C/ Si原子比率的依赖关系.利用Hall测试技术、非接触式方块电阻测试方法和SIMS,分别研究了3C- Si C的电学特性、均匀性和故意调制掺杂的N浓度纵向分布.利用MBE方法,在原生长的5 0 mm 3C- Si C/ Si(111)衬底上进行了Ga N的外延生长,并研究了Ga N材料的表面、结构和光学特性.结果表明3C- Si C是一种适合于高质量无裂纹Ga N外延生长的衬底或缓冲材料.     

面向第三代红外焦平面的碲镉汞材料器件研究

文章叙述了第三代红外焦平面中所需求的碲镉汞分子束外延(MBE)的一些研究成 果。对GaAs、Si基大面积异质外延、表面缺陷抑制、p 型掺杂等MBE的主要难点问题进行了阐述。研究表明, 3 in材料的组分均匀性良好,组分x的偏差为0. 5%。晶格失配引发的孪晶缺陷可以通过合适的低温成核方法得到有效的抑制。在GaAs和Si衬底上外延的HgCdTe材料的(422) x射线衍射半峰宽( FWHM)的典型值为60～80arc·sec。大于2μm缺陷的表面密度可以控制在小于300cm- 2水平。研究发现As的表面黏附系数很低,对生长温度十分敏感,在170℃下约为1 ×10- 4。通过合适的退火,可以实现As的受主激活。采用碲镉汞多层材料已试制了长波n2on2p与p2on2n型掺杂异质结器件以及双色红外短波/中波焦平面探测器,本文报道了一些初步结果。     

第三届国际分子束外延会议

<正> 第三届国际分子束外延会议于1984年8月1日至3日在美国旧金山召开。这是每两年一次的会议。前两届会议分别在日本和法国召开。下届会议将于1986年9月7日至10日在英国召开。 参加本届会议的代表有350人左右,向大会提交论文139篇。其中美国66篇,日本27篇,中国3篇。会议内容十分丰富,主要包含Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族及多元化合物和高熔点Si及金属与合金薄膜的制备与性能研究,特别侧重于超薄层、超晶格及多层异质外延材料的研究。所有这些研究都充分反映了MBE技术具有很强的工艺控制能力,已成为开拓新材料新器件的有力工具。下面介绍MBE技术在几个重要方而取得的进展。     

采用新碲有机源的低温OMV PE CdTe生长

由于常用有机碲源料的稳定性相当高,采用OMVPE方法生长合汞Ⅱ—Ⅵ族半导体材料需要近400℃的高温。在这方面OMVPE落后于MBE方法。这是因为在这么高的温度下,不同组分的层间扩散是非常快的,阻碍了超晶格的生长,而且要求汞分压也异乎     

P-nc-si:H薄膜材料及在微晶硅薄膜太阳电池上应用

对RF PECVD技术沉积p nc Si:H薄膜材料进行了研究。随着功率的增大材料的晶化率增大。B的掺杂可以提高材料的电导率,同时会抑制材料的晶化,在纳米Si薄膜材料中B的掺杂效率很高,少量的B即可获得高的电导率,而对材料晶化影响不大。用比较高沉积功率和少量B的方法获得了高电导率、宽光学带隙和高晶化率的P型纳米Si薄膜材料(σ=0.7S/cm,Eopt>2.0eV)。将这种材料应用于微晶硅(μc Si)薄膜太阳能电池中,电池结构为:glass/SnO2/ZnO/p nc Si:H/I μC Si:H/n Si:H。首次获得效率η=4.2%的μC Si薄膜太阳能电池(Voc=0.399V,Jsc=20.56mA/cm2,FF=51.6%)。