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.     

嵌入在Si衬底上的分子束外延GaAs层的微区喇曼和光致发光分析

对分子束外延生长的嵌入在Si衬底上的边长为20—150μm正方形GaAs层微区进行了微区喇曼和光致发光分析。发现微区GaAs层的喇曼散射谱和光致发光谱与普通平面Si片上生长的GaAs层的基本相同,证实嵌入式生长可以得到与通常平面生长基本相同的质量。仔细的分析表明随着微区尺寸的减小GaAs层的无序程度有少许增长。     

MBE-GaAs/Si材料应变层的调制光谱研究

本文采用光调制反射光谱(PR),双晶衍射(DCRD),光荧光激发光谱(PL)等技术研究了MBE-GaAs/Si异质结材料GaAs层的应变情况,以及从不同温度快速热退火后GaAs/Si(PR)谱的变化可看出GaAs外延层应变随退火温度增大而增大,GaAs能隙则随之下降,考虑到应力随温度变化因素后这些不同的测试方法所得的结论与(PR)谱结果基本一致。因此用室温光反射调制光谱对于检测室温下GaAs/Si材料的质量,剩余应力等是方便而有力的方法。     

MBE GaAs/GaP(001)外延层的光学和结构性质

利用光荧光和x射线双晶衍射分析方法,研究了MBE GaAs/GaP(001)外延层的能带结构和晶格参数。在外延层厚度大于监界厚度的情况下,GaAs外延层主要受到热膨胀系数不同所引起的张应力作用,这种双轴张应力使其晶格参数和能带结构发生变化。     

生长温度对于Ge衬底上分子束外延生长的InGaAs/GaAs量子阱结构质量的影响

本文研究了斜切割（100）Ge衬底上InxGa1-xAs/GaAs量子阱结构的分子束外延生长（In组分为0.17或者0.3）。所生长的样品用原子力显微镜、光致发光光谱和高分辨率透射电子显微镜进行了测量和表征。结果发现,为了生长没有反相畴的GaAs缓冲层,必须对Ge衬底进行高温退火。在GaAs外延层和InxGa1-xAs/GaAs量子阱结构的生长过程中,生长温度是一个至关重要的参数。文中讨论了温度对于外延材料质量的影响机理。通过优化生长温度,Ge衬底上的InxGa1-xAs/GaAs量子阱结构的光致发光谱具有很高的强度、很窄的线宽,样品的表面光滑平整。这些研究表面Ge 衬底上的III-V族化合物半导体材料有很大的器件应用前景。     

外延生长ZnSe/GaAs中剩余应力对激子发光线劈裂的影响

宽禁带Ⅱ—Ⅵ族化合物,例如 ZnSe 和ZnS 是用于发蓝光的光电子学器件的有前景的材料,但却很难实现对 p—型电导的控制,这主要是生长在不同衬底材料上的外延层内的晶格失配导致的晶格缺陷所致。本文报导的是 GaAs 衬底上生长的 ZnSe外延层中剩余应力的实验结果,其中也考虑     

分子束外延GaAs/Si应变层的光致发光和光反射谱研究

研究了分子束外延GaAs/Si光致发光谱的激发强度和温度依赖关系。确定出2个本征发光峰,分别对应于导带至m_J=±3/2和m_J=±1/2价带的复合。这种价带的移动和分裂归因于由GaAs和Si的热膨胀系数不同所引起的GaAs层双轴张应力。还观测到4个非本征发光峰,分别为导带至m_J=±1/2碳受主态发光、可能与缺陷有关的发光以及可能由Mn和Cu受主杂质引起的发光。室温下将GaAs/Si和GaAs/GaAs材料的光反射谱进行比较,前者明显向低能移动约8meV,观测到3个特征谱结构,与光致发光结果相一致。     

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。     

Si基HgCdTe材料的电学特性研究

文章研究了Si基分子束外延HgCdTe原生材料、P型退火材料和N型退火材料的霍耳参数、少子寿命等材料电学特性.研究发现,晶格失配导致Si基HgCdTe材料原生材料和N型退火材料迁移率低;Si基原生HgCdTe材料属于高补偿材料,但高补偿性并非材料的固有特性,通过P型退火可使材料变为低补偿材料,迁移率得到提高.采用分子束外延方法制备的3in Si基HgCdTe材料电学性能与GaAs基HgCdTe材料相比,性能还有待提高.改进分子束外延生长工艺提高HgCdTe质量,从而进一步提高迁移率,是Si基外延研究的关键.     

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。     

掺In半绝缘GaAs衬底上外延GaAs的晶格失配研究

本文报道了在掺In半绝缘GaAs衬底上的液相和汽相外延生长,并用x射线双晶衍射和光学显微等方法研究外延层和衬底之间的晶格失配.结果表明,当衬底中In组分x<0.004时,外延层失配应力主要由弹性形变调节,不出现失配位错,并可得到很好的表面形貌;当x≥0.006时,外延层产生失配位错,失配应力主要由失配位错调节,液相外延层表面出现沿[110]和[110]方向的十字网络.当外延层产生范性形变时衬底中的临界In组分x_c在0.004和0.006之间.     

Si基HgCdTe材料的电学特性研究

文章研究了Si基分子束外延HgCdTe原生材料、P型退火材料和N型退火材料的霍耳参数、少子寿命等材料电学特性。研究发现，晶格失配导致Si基HgCdTe材料原生材料和N型退火材料迁移率低；Si基原生HgCdTe材料属于高补偿材料，但高补偿性并非材料的固有特性，通过P型退火可使材料变为低补偿材料，迁移率得到提高。采用分子束外延方法制备的3in Si基HgCdTe材料电学性能与GaAs基HgCdTe材料相比，性能还有待提高。改进分子束外延生长工艺提高HgCdTe质量，从而进一步提高迁移率，是Si基外延研究的关键。     

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。     

Si基HgCdTe材料的电学特性研究

文章研究了Si基分子束外延HgCdTe原生材料、P型退火材料和N型退火材料的霍耳参数、少子寿命等材料电学特性。研究发现，晶格失配导致Si基HgCdTe材料原生材料和N型退火材料迁移率低；Si基原生HgCdTe材料属于高补偿材料，但高补偿性并非材料的固有特性，通过P型退火可使材料变为低补偿材料，迁移率得到提高。采用分子束外延方法制备的3in Si基HgCdTe材料电学性能与GaAs基HgCdTe材料相比，性能还有待提高。改进分子束外延生长工艺提高HgCdTe质量，从而进一步提高迁移率，是Si基外延研究的关键。     

不同缓冲层对GaAs基In_(0.3)Ga_(0.7)As材料特性的影响

采用组分跳变和低温大失配缓冲层技术在GaAs衬底上外延了In0.3Ga0.7As材料。测试结果表明,采用组分跳变缓冲层生长的In0.3Ga0.7As主要依靠逐层间产生失配位错来释放应力,并导致表面形成纵横交错的Cross-hatch形貌;而采用低温大失配缓冲层技术则主要通过在低温缓冲层中形成大量缺陷来充分释放应力,并在后续外延的In0.3Ga0.7As表面没有与失配位错相关的Cross-hatch形貌出现。此外,仅需50nm厚的低温大失配缓冲层即可促使In0.3Ga0.7As中的应力完全释放,这种超薄缓冲层技术在工业批产中显得更为经济。     

以Si为衬底GaAs异质外延工艺及其在半导体激光器中应用的研究进展

本文较系统地评述了 MOCVD 或 MBE 实现以 Si 为衬底 GaAs 异质外延工艺,及其在半导体激光器中应用的研究进展。叙述了以 Si 为衬底异质外延的工艺关键,使用 GaAs/Si 材料制备激光器的发展水平,降低外延层中位错密度和应力可能的方法。最后,介绍了该技术及其用于制备高性能激光器的发展动向。     

低温下应变外延层的单层生长

用接触式原子力显微镜来观察460℃低温下生长的In0.35Ga0.65As/GaAs外延层形貌.实验发现,这种460℃低温生长材料的失配外延层既不是层状的FvdM生长模式也不是岛状的SK自组织生长模式,而是由原子单层构成的梯田状大岛.原子力显微镜测试表明台阶的厚度为0.28nm,约为一个原子单层,这种介于层状和岛状生长之间的模式有助于了解失配异质外延的生长过程.     

退火温度对嵌入Si中的β-FeSi2颗粒发光的影响

研究了退火温度对分子束外延(MBE)方法生长的Si基β-FeSi2颗粒的发光性质和电学特性的影响.结果表明,在900℃下退火的样品,虽然β-FeSi2的结晶质量有所提高,但是由于晶格失配和热膨胀系数的不同,在Si中引入位错,导致样品的光致发光谱展宽和形成的二极管漏电流增大.而在800℃下退火的样品,具有较低的漏电流和较强的室温电致发光谱.     

退火温度对嵌入Si中的β-FeSi2颗粒发光的影响

研究了退火温度对分子束外延(MBE)方法生长的Si基β-FeSi2颗粒的发光性质和电学特性的影响.结果表明,在900℃下退火的样品,虽然β-FeSi2的结晶质量有所提高,但是由于晶格失配和热膨胀系数的不同,在Si中引入位错,导致样品的光致发光谱展宽和形成的二极管漏电流增大.而在800℃下退火的样品,具有较低的漏电流和较强的室温电致发光谱.     

HgCdTe/CdTe/Si(211)异质结构的应变和应力分布计算

计算了HgCdTe/CdTe/Si(211)异质结构的应变和应力分布,发现对于生长方向为不具有对称特性的[211]晶向,由于弹性模量的各向异性,平行表面的两个晶向方向[1-1-1]和[01-1]的应变和应力分布存在差异,并且二者的曲率半径也具有相应特性。对于Si衬底厚度为500μm,CdTe缓冲层厚度为10μm,HgCdTe层厚度为10μm的异质结构,液氮温度77 K时衬底与外延层的应变均为负值,外延层和衬底的最大应力值均在界面处,外延层中均为张应力,Si衬底在靠近界面处为压应力,远离界面逐渐过渡为张应力,存在一个应力为零的中性轴位置。