生长条件及退火处理对磷化铟单晶结构完整性的影响

利用X射线双晶衍射(XRD)技术研究了原生及退火处理后的磷化铟单晶的晶格完整性.原生磷化铟单晶中由于存在着大量的位错和高的残留热应力,导致晶格产生很大的畸变,表现为XRD半峰宽的值较高并且分布不均匀,甚至有些原生的磷化铟单晶片出现XRD双峰等.通过降低晶体生长过程的温度梯度,降低位错密度并减小晶体中的残留热应力可以提高晶体的完整性.利用高温退火处理也可有效地降低磷化铟晶体中的残留热应力.对磷化铟晶体生长过程中熔体的配比、掺杂浓度等条件对结构完整性的影响进行了分析.     

生长条件及退火处理对磷化铟单晶结构完整性的影响

利用X射线双晶衍射(XRD)技术研究了原生及退火处理后的磷化铟单晶的晶格完整性.原生磷化铟单晶中由于存在着大量的位错和高的残留热应力,导致晶格产生很大的畸变,表现为XRD半峰宽的值较高并且分布不均匀,甚至有些原生的磷化铟单晶片出现XRD双峰等.通过降低晶体生长过程的温度梯度,降低位错密度并减小晶体中的残留热应力可以提高晶体的完整性.利用高温退火处理也可有效地降低磷化铟晶体中的残留热应力.对磷化铟晶体生长过程中熔体的配比、掺杂浓度等条件对结构完整性的影响进行了分析.     

GaSb和InAs单晶衬底的晶格完整性

通过X线衍射分析和位错腐蚀,发现在GaSb(100)晶片的中心区域容易形成呈枝蔓状分布的高密度位错聚集区,这些位错引起严重的晶格畸变.通过分析晶体生长条件,证明生长过程中产生的大的温度过冷造成了晶体中心区域的枝蔓生长,产生大量位错.富As条件下生长的InAs单晶中产生大量与As过量有关的晶格缺陷,明显降低了晶体的完整性.     

GaSb和InAs单晶衬底的晶格完整性

通过X线衍射分析和位错腐蚀,发现在GaSb(100)晶片的中心区域容易形成呈枝蔓状分布的高密度位错聚集区,这些位错引起严重的晶格畸变.通过分析晶体生长条件,证明生长过程中产生的大的温度过冷造成了晶体中心区域的枝蔓生长,产生大量位错.富As条件下生长的InAs单晶中产生大量与As过量有关的晶格缺陷,明显降低了晶体的完整性.     

ZnO单晶的缺陷及其对材料性质的影响

利用X射线衍射技术、荧光光谱、霍尔效应和光学显微等方法分别研究了ZnO单晶的晶格完整性、深能级缺陷、电学性质、位错和生长极性.通过比较ZnO单晶材料在退火前后的测试结果,分析了材料的缺陷属性和缺陷对材料性质、晶体完整性的影响.     

ZnO单晶的缺陷及其对材料性质的影响

利用X射线衍射技术、荧光光谱、霍尔效应和光学显微等方法分别研究了ZnO单晶的晶格完整性、深能级缺陷、电学性质、位错和生长极性.通过比较ZnO单晶材料在退火前后的测试结果,分析了材料的缺陷属性和缺陷对材料性质、晶体完整性的影响.     

Φ3英寸LEC GaAs单晶的试制

利用ＭＲ３５８单晶炉进行ＬＥＣＧａＡｓ单晶试制，采用原位合成工艺、不规则形状控制系统自动控制单晶的生长。对晶锭进行退火处理前后所做的电学及晶体完整性测试结果表明，退火明显改善了晶体的电学均匀性，消除了晶体内残余的热应力。     

Х3英寸LEC GaAs单晶的试制

利用ＭＲ３５８单晶炉进行ＬＥＣ ＧａＡｓ单晶试制，采用原位合成工艺，不规则形状控制系统自动控制单晶的生长，对晶锭进行退火处理前后所做的电学及晶体完整性测试结果表明，退火明显改善了晶体的电学均匀性，消除了晶体内残余的热应力。     

GaAs高温退火过程中热应力对晶体缺陷的影响

用X射线衍射技术分析在高温退火过程中GaAs晶片和石墨接触区域的热应力对晶体缺陷的影响.结果表明:在高温退火条件下,GaAs晶体与石墨接触区域散热不均匀造成的热应力,致使该区域范性形变,从而产生高密度的位错.GaAs晶体中的刃型位错受热应力作用向垂直滑移面的平面移动,聚集后可形成小角晶界,从而导致GaAs晶体的晶格参数和取向均发生变化.     

GaAs高温退火过程中热应力对晶体缺陷的影响

用X射线衍射技术分析在高温退火过程中GaAs晶片和石墨接触区域的热应力对晶体缺陷的影响.结果表明:在高温退火条件下,GaAs晶体与石墨接触区域散热不均匀造成的热应力,致使该区域范性形变,从而产生高密度的位错.GaAs晶体中的刃型位错受热应力作用向垂直滑移面的平面移动,聚集后可形成小角晶界,从而导致GaAs晶体的晶格参数和取向均发生变化     

磷化铟单晶衬底的缺陷控制和高质量表面制备

分析研究了一些缺陷对InP单晶衬底的影响,包括团状结构位错的产生及其对晶格完整性的影响,坑状微缺陷、晶片抛光损伤和残留杂质的清洗腐蚀等.对这些缺陷的形成原因和抑制途径进行了分析.在此基础上获得了"开盒即用(EPI-READY)"、具有良好晶格完整性、表面无损伤的InP单晶衬底抛光片.     

AlN单晶的位错腐蚀和红外吸收分析

The defects and the lattice perfection of an AlN（0001） single crystal grown by the physical vapor trans-port（PVT） method were investigated by wet etching, X-ray diffraction（XRD）, and infrared absorption, respectively.A regular hexagonal etch pit density（EPD） of about 4000 cm-2 is observed on the（0001） Al surface of an AlN single crystal.The EPD exhibits a line array along the slip direction of the wurtzite structure, indicating a quite large thermal stress born by the crystal in the growth process.The XRD full width at half maximum（FWHM） of the single crystal is 35 arcsec, suggesting a good lattice perfection.Pronounced infrared absorption peaks are observed at wave numbers of 1790, 1850, 2000, and 3000 cm-1, respectively.These absorptions might relate to impurities O, C, Si and their complexes in AlN single crystals.     

Optical and crystallographic properties of high perfection InP grown on Si(111)

The growth of InP by low-pressure metalorganic chemical vapor deposition on vicinal Si(111), misoriented 3° toward [1-10], is reported. Antiphase domain-free InP is obtained without any preannealing of the Si substrate. Crystallographic, optical, and electrical properties of the layers are significantly improved as compared to the best reported InP grown on Si(001). The high structural perfection is demonstrated by a full width at half maximum (FWHM) of 121 arcs for the (111) Bragg reflex of InP (thickness = 3.4 μm) as obtained by double crystal x-ray diffraction. The low-temperature photoluminescence (PL) efficiency is 70% of that of homoepitaxially grown InP layers. The FWHM of the near-gap PL peak is only 2.7 meV as compared to 4.5 meV of the best material grown on Si(001). For the first time, InP:Fe layers with semi-insulating characteristics (ρ > 3 × 10⁷ Ω-cm) have been grown by compensating the low residual background doping using ferrocene. Semi-insulating layers are prerequisite for any device application at ultrahigh frequencies.     

优质碲锌镉单晶的生长及性能测试

采用垂直布里奇曼法(VB)生长出直径为55mm、低位错密度、结构完好的碲锌隔单晶(Cd0.955Zn0.045Te)。通过位错腐蚀坑密度、傅立叶红外透射光谱、X-Ray形貌、X射线双晶摇摆曲线对碲锌镉晶体的性能进行了研究。     

基于异变缓冲层与应变层超晶格的InP/GaAs异质外延

利用低压金属有机化学气相沉积技术, 开展InP/GaAs异质外延实验。由450 ℃生长的低温GaAs层与超薄低温InP层组成双异变缓冲层, 并进一步在正常InP外延层中插入In1-xGaxP/InP(x=7.4%)应变层超晶格。在不同低温GaAs缓冲层厚度、应变层超晶格插入位置及应变层超晶格周期数等条件下, 详细比较了InP外延层(004)晶面的X射线衍射谱, 还尝试插入双应变层超晶格。实验中, 1.2 μm和2.5 μm厚InP外延层的ω扫描曲线半峰全宽仅370 arcsec和219 arcsec; 在2.5 μm厚InP层上生长了10周期In0.53Ga0.47As/InP 多量子阱, 室温PL谱峰值波长位于1625 nm, 半峰全宽为60 meV。实验结果表明, 该异质外延方案有可能成为实现InP-GaAs单片光电子集成的一种有效途径。     

AlGaN缓冲层结构对Si基GaN材料性能的影响

Si衬底与GaN之间较大的晶格失配和热失配引起的张应力使GaN外延层极易产生裂纹,如何补偿GaN所受到的张应力是进行Si基GaN外延生长面临的首要问题.采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术在4英寸(1英寸=2.54 cm)Si (111)衬底上制备了GaN外延材料并研究了不同AlGaN缓冲层结构对Si基GaN外延材料性能的影响,并采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)、喇曼光谱以及光学显微镜对制备的GaN材料的性能进行了表征.采用3层A1GaN缓冲层结构制备了表面光亮、无裂纹的GaN外延材料,其(002)晶面半高宽为428 arcsec,表面粗糙度为0.194 nm.结果表明,采用3层A1GaN缓冲层结构可以有效地降低GaN材料的张应力和位错密度,进而遏制表面裂纹的出现,提高晶体质量.     

环境温度梯度与生长晶体内热弹性应力关系的理论分析

本文把环境温度梯度作为一个变量引入LEC法生长的理论模型中进行分析,得到了晶体中温度分布的表达式.利用该式建立了不同环境温度梯度下晶体中切应力与位错密度的关系.以LEC法生长InP单晶为例的计算结果表明:降低环境温度梯度有助于减少晶体中的位错密度.     

磷化铟晶体生长技术的现状及其发展趋势

介绍了近几年磷化铟合成及其单晶生长的进展情况。对提高晶体成晶率、降低缺陷密度、改善晶体的热稳定性等新工艺、新技术进行了分析比较，并论述了磷化铟单晶生长技术的发展趋势及其应用前景。     

Reduction of dislocation densities in InP single crystals by the LEC method using thermal baffles

We have developed a modified liquid encapsulated Czochralski (LEC) method with thermal baffles, by which low dislocation density InP crystals can be grown. In this method, thermal baffles are set on top of the crucible in order to suppress the gas convection and thus to improve the temperature gradient in the LEC furnace. However, the dislocation densities depend not only on the temperature gradient but also on other growth conditions, such as crystal/crucible rotation rates, cooling rates, and the thickness of the pBN crucible. Since the rotation rate affects the solid/liquid interface shape, it is an important factor for the reduction of dislocation densities. By optimizing these conditions, for Sn and Fe doped InP crystals, average dislocation densities less than 5 x 10³ cm⁻² can be achieved. Dislocation free (DF) S and Zn doped InP crystals can also be grown if the carrier concentration is more than 3 x 1018 cm⁻³. The DF crystals become rectangular in shape.     

Relevance of Thermal Mismatch in Large-Area Composite Substrates for HgCdTe Heteroepitaxy

It is well known that the large lattice mismatch (>14%) associated with CdTe/Si, CdTe/Ge, and CdTe/GaAs composite substrates, is a great contributor to large dislocation densities and other defects that limit the performance of HgCdTe-based infrared detectors. Though thermal expansion mismatch is another possible contributor to material defects, little work has been done towards documenting and understanding its effects in these systems. Here, we perform studies to determine the relative contributions of lattice and thermal mismatch to CdTe film characteristics, including dislocation density and residual stress. Unannealed and thermally cycled films are characterized using x-ray diffraction, defect decoration, and Nomarski and transmission electron microscopy. For CdTe/Si, the residual stress is consistently observed to be tensile, while for CdTe/Ge and CdTe/GaAs, a compressive residual film stress is measured. We show based on theoretically predicted stress levels that the experimental measurements imply the dominance of thermal mismatch in the residual stress characteristics.