用X射线双晶衍射研究在(001)InP上液相外延生长InGaPAs的晶格失配

用 x 射线双晶衍射仪研究了(001),InP 衬底上生长的 InGaPAs外延层在垂直及平行于异质界面方向上的晶格失配。观察到在(001)生长方向上晶格常数随四元外延层厚度变化,而横向上却没有晶格失配。发现四元外延层 x 射线回摆曲线大的半值宽度归因于沿厚度方向晶格常数的变化。     

X射线发散束Kossel线对GaInAs/InP晶格失配的研究

用X射线发散束赝Kossel线方法测量GaInAs/InP晶格失配是一种较可取的方法。用此法对于以InP为衬底,厚为7.79μm的GaInAs外延层作精确测量,发现其最大的晶格失配率为2.7×10~(-3),而且在整个样品范围内晶格失配率并不均匀,在某些方向上还存在着取向差。     

异质外延结构的失配位错和X射线形貌观察

我们利用X射线形貌技术,对GaAs衬底上外延生长的GalnAs、GaAlAs、GaAlAsP结构的失配位错等缺陷进行了观察和分析,也对InGaAsP/InP结构进行了初步观察。X射线形貌相的观察表明,GaAs衬底的异质外延结构中的失配位错,主要是在失配应力作用下位错的弯曲和滑移所致。尽管在GaAlAs层中加入少量磷作应力补偿,但组成的GaAlAsP四元层在压应力和张应力条件下都出现了大量失配位错。在InP衬底上外延生长InGaAsP/InP双异质结构时,在压应力和张应力条件下也可能产生失配位错。     

InAsP/InGaAsP/InP应变材料的二维倒空间衍射研究

采用X射线衍射三轴二维倒空间衍射图研究了InP(100)衬底上分子束外延生长的压应变InAsP材料和张应变InGaAsP材料.实验测定了两种材料的(004)面、(224)面的倒空间衍射图,得到了处于部分弛豫状态的InGaAsP在不同方向呈现不同的应变状态.排除了外延层倾斜及应变对确定失配度的影响,准确计算得到InAsP外延层体失配度为1.446%,InGaAsP外延层体失配度为-0.5849%,并且生长了高质量的应变补偿8阱多量子阱.     

InAsP/InGaAsP/InP应变材料的二维倒空间衍射研究

采用X射线衍射三轴二维倒空间衍射图研究了InP(100)衬底上分子束外延生长的压应变InAsP材料和张应变InGaAsP材料.实验测定了两种材料的(004)面、(224)面的倒空间衍射图,得到了处于部分弛豫状态的InGaAsP在不同方向呈现不同的应变状态.排除了外延层倾斜及应变对确定失配度的影响,准确计算得到InAsP外延层体失配度为1.446%,InGaAsP外延层体失配度为-0.5849%,并且生长了高质量的应变补偿8阱多量子阱.     

InAsP/InGaAsP/InP应变材料的二维倒空间衍射研究

采用X射线衍射三轴二维倒空间衍射图研究了InP(100)衬底上分子束外延生长的压应变InAsP材料和张应变InGaAsP材料. 实验测定了两种材料的（004）面、(224）面的倒空间衍射图，得到了处于部分弛豫状态的InGaAsP在不同方向呈现不同的应变状态. 排除了外延层倾斜及应变对确定失配度的影响，准确计算得到InAsP外延层体失配度为1.446%, InGaAsP外延层体失配度为-0.5849%，并且生长了高质量的应变补偿8阱多量子阱.     

用X射线衍射仪对液相外延Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs系统的组分和晶格失配应力的测量

用Y-2型X射线衍射仪,测定了在GaAs(100)衬底上,液相外延生长的Ga_(1-x)Al_xAs层的晶格失配形变,失配应力,晶面倾斜和组分X值。采用长的辐射波长和高密勒指数的晶面反射,以及尽可能简便的计算方法,达到了较好的分辨力和精确度。组分X值之绝对误差可达±0.01。可以满足GaAlAs/GaAs型发光二极管和激光器等生产工艺中测试分析要求。并对实验测量方法进行了简要评述。     

质子轰击条形InGaAsP/InP双异质结激光器

用液相外延方法生长了InGaAsP/InP四层双异质结,采用了镀金石英玻璃炉和水平滑动式石墨舟.研究了外延生长界面平直晶体质量好的InGaAsP/InP和InP/InGaAsP异质结的工艺细节.测量了异质结晶格失配度,确定了异质结匹配生长条件。研究了在InP液相外延中锌和碲的掺杂规律,分析了掺锌工艺对p-n结的位置、结的注入效率和其它结特性的影响.制作了质子轰击条形InGaAsP/InP DH激光器.在室温(300K)连续激射波长为1.30-1.33μm.室温宽接触激光器的阈电流密度为2000A/cm~2,规一化阈电流密度为5kA/cm~2·μ.测量了阈电流随温度的变化,在80—285K范围内特征温度T_o=79-108K,室温附近T_o=63-73K.选择两只激光器作了长期工作实验,其中一只寿命为560小时,另一只已经工作2500 小时,现仍在继续工作中.     

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。     

LPE生长的In_(1-x)Ga_xAs/InP异质结构X射线分析

本文叙述了LPE生长的In_(1-x)Ga_xAs/InP结构的X射线测试原理和方法,分析了该结构的晶格失配、组分和应力等测试结果。采用X射线形貌技术,对外延层和界面进行了观察和分析。结果表明,适当条件下能生长出晶格匹配十分好的晶片,它们在直到11μm厚的情况下无组分梯度;室温下晶格匹配的无失配位错的三元层可厚到9μm;室温下处于较大的负晶格失配时,亦可在9μm或4μm以下不产生失配位错或微裂纹,且表面光亮。不产生失配位错或微裂纹的晶格失配、厚度和组分范围,可比目前报导的大许多。     

用X射线双晶衍射及低温光致发光研究MBE生长GaAs/AlGaAs量子阱材料的均匀性

本文叙述了用X射线双晶衍射仪非平行(十、一)设置法,测量用分子束外延(MBE)法在GaAs(001)面上生长的量子阱(QW)材料表面各点的回摆曲线。结果表明,松弛状态下晶体表面不同位置上各点的晶格失配、应力以及外延层铝含量分布是不均匀的,这与用低温光致发光(PL)光谱测量的组分均匀性的结果有较好的一致性。实验表明,在工艺相同的条件下,采用MBE生长有超晶格过渡层的GaAs/AlGaAs量子阱材料,提高了外延层的均匀性。     

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.     

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.     

(110)GaAs衬底上VPE生长In_xGa_(1-x)As层的晶格失配

用X射线回摆曲线图,研究了在(110)GaAs衬底上,汽相外延(VPE)生长In_xGa_(1-x)As层的晶格失配和晶面倾斜,计算的失配应变在10~(-3)数量级,其弹性应力在10~9达因/厘米~2数量级。由此,还可以很容易确定其组分X值,本实验样品的X值为3—8％左右。     

1.5μm InGaAsP/InP双异质结激光器液相外延中液相组分调整对晶格失配及发射波长的影响

本文描述了在(100)InP衬底上用液相外延(LPE)方法生长In_(1-x)Ga_xAs_yP_(1-y),外延层时,液相组分X_(Ga)~l、X_(A5)~l变化对外延片晶格失配及发射波长的影响,以及生长温度变化对晶格失配的影响。并对实验结果进行了简单的理论上的分析和探讨。     

GaAs衬底上InP的直接外延生长及性能表征

用低压金属有机物气相外延(LP-MOCVD)技术,采用低温缓冲层生长法,在GaAs(100)衬底上直接生长了高质量的InP外延层.1.2 μm InP(004)面X射线衍射(XRD) ω-2θ和ω扫描半高全宽(FWHM)分别为373 arcsec和455 arcsec,在外延层中插入10周期Ga0.1In0.9P/InP应变超晶格后,其半高全宽分别下降为338 arcsec和391 arcsec.透射电子显微镜(TEM)测试显示,应变超晶格有效地抑制了失配位错穿进外延层,表明晶体质量得到了较大提高.     

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。     

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。     

蓝宝石上横向外延GaN薄膜

在蓝宝石衬底上利用金属有机物气相外延(MOCVD)方法对横向外延(ELO)GaN薄膜的生长条件进行了研究.在蓝宝石衬底上利用化学腐蚀的方法刻饰出图案,再沉积低温GaN缓冲层作为外延层的子晶层,以降低外延层与衬底的晶格失配与热失配,制备出低位错密度的GaN外延层.分别利用X射线衍射、原子力显微镜及湿法腐蚀对外延层进行检测.     

蓝宝石上横向外延GaN薄膜

在蓝宝石衬底上利用金属有机物气相外延(MOCVD)方法对横向外延(ELO)GaN薄膜的生长条件进行了研究.在蓝宝石衬底上利用化学腐蚀的方法刻饰出图案,再沉积低温GaN缓冲层作为外延层的子晶层,以降低外延层与衬底的晶格失配与热失配,制备出低位错密度的GaN外延层.分别利用X射线衍射、原子力显微镜及湿法腐蚀对外延层进行检测.