氢等离子体原位清洁硅衬底表面

本文研究了在用氢等离子体原位清洁硅片表面过程中,衬底温度,等离子体能量,处理时间及退火工艺对衬底表面清洁及晶格损伤的影响.实验结果表明,较高的衬底温度,较低的等离子能量有利于得到高度清洁、晶格损伤可恢复完整的硅表面.衬底温度为室温时的等离子体处理对硅表面会引入不可恢复的永久性损伤(缺陷);等离子体处理后的退火对于恢复晶格完整是极其必要的.完善的等离子体清洁处理之后,在1000℃下利用硅烷减压外延生长的外延层中,层错密度和位错密度分别小于50个/厘米~2和 1×10~3个/厘米~2.     

4H-SiC同质外延基面位错的转化

采用化学气相沉积法在4°偏角4H-SiC衬底上进行同质外延生长,并使用500℃熔融KOH对SiC衬底及外延片进行腐蚀。采用同步加速X射线衍射仪和光学显微镜对外延前后基面位错(BPD)形貌进行系统表征,分析了基面位错向刃位错转化的过程。外延生长过程中同时存在台阶流生长和侧向生长(即垂直于台阶方向)两种模式,当侧向生长模式占主导时,能够有效地抑制基面位错向外延层的延伸;当台阶流生长模式占主导时,基面位错延伸至外延层。结果表明,随着碳硅比增加,外延层基面位错密度能够降低至0.05 cm~(-2),这是由于侧向生长增强导致的。通过优化碳硅比,能够制备出高质量的4H-SiC同质外延片,其基面位错密度和表面缺陷密度分别为0.09和0.12 cm~(-2)。     

硅锗分子束外延层表面形貌的扫描隧道显微镜研究

本文用扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）在大气环境中对硅分子束外延生长的一系列样品表面进行了形貌研究．在实空间观测到硅衬底上异质外延生长锗的初期表面形成锗岛，在检测外延生长层表面质量方面对反射式高能电子衍射（ＫＨＥＥＤ）和扫描隧道显微镜进行了比较．     

GaAs/Si外延层的TEM研究

外延生长半导体材料中的微缺陷对其性能及应用有着关键性的影响,为此微观缺陷的研究的必要性就显得更突出了。而透射电子显微学恰是进行微缺陷研究的重要手段。本工作就Si衬底上外延生长Ga As开展研究。实验样品有两类:(1)在Si衬底上直接生长Ga As;(2)在Si衬底上先生长一定量的Ga AsIn Ga As超晶格作为缓冲层,而后再生长Ga As。实验结果表明两类样品中的Si衬底晶体完整度很好,外延层中存在着大量的晶体缺陷,但缺陷性质不完全类同。对于第(1)类样品缺陷以位错为主,同时有一些微孪     

CdTe/Si复合衬底Ex-situ退火研究

复合衬底CdTe/ZnTe/Si的晶体质量是导致随后外延的HgCdTe外延膜高位错密度的主要原因之一,因此如何提高复合衬底CdTe/Si晶体质量是确保硅基碲镉汞走上工程化的关键所在。降低复合衬底CdTe/Si位错密度方法一般有:生长超晶格缓冲层、衬底偏向、In-situ退火和Ex-situ退火等,本文主要研究Ex-situ退火对复合衬底CdTe/Si晶体质量的影响。研究表明复合衬底经过Ex-situ退火后位错密度最好值达4.2×105cm-2,双晶半峰宽最好值达60arcsec。     

GaP／Si异质结的制备及特性

用低压预处理液相外延方法在Ｓｉ衬底上生长了ＧａＰ外延层．解决了由于硅衬底极易氧化而造成的局部生长问题．从外延层中Ｓｉ的含量、固相组分的化学计量比、表面形貌等方面来比较，以Ｓｎ为生长熔体好于Ｇａ或Ｉｎ．外延片表面的小平台和台阶状结构是由于晶格失配的应力场分布不均匀造成的．位错腐蚀结果证明了这种分析．ＬＰＥ生长的ＧａＰ／Ｓｉ片光致发光峰值波长为５４０ｎｍ．     

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.     

In Ga As/Ga As超晶格的界面研究

In_xGa_(1-x)As/Ga As之间晶格失配度与X成线性关系,其最大值为7％。因而当外延层厚度大于临界厚度时在界面会产生微缺陷,这些缺陷对其材料性能有很大影响。因此对In x Ga_(1-x)As Ga As界面研究就显得很重要。本工作就GaAs衬底上MBE生长In_(0.2)Ga_(0.8)As/Ga As超晶格样品进行平面,断面的TEM研究。实验结果表明超晶格平整,均匀,只看到位错一种微缺陷。GaAs衬底内位错。表面机械损伤会在超晶格层内引入位错。在In Ga As Ga As界面上失配位错情况如图1所示。图1a为[110]方向衬象,可见界面上位错线及露头(箭头所示)倾转约30,在图1b中看到位错网络,箭头所示位错为1a中所示的露头。     

SIMOX上Si／Ge0.5Si0.5超晶格的TEM分析

借助剖面电子显微学(TEM)和离子背散射沟道技术研究了SIMOX衬底上分子束外延生长的Si/Ge_(0.5)SI_(0.5)应变层超晶格薄膜。实验结果表明Si/Ge_(0.5)Si_(0.5)应变层超晶格能成功地生长在SIMOX衬底上。由于si/Ge_(0.5)Si_(0.5)膜与SIMOX衬底之间晶格失配,引起晶格畸变。分析SIMOX超晶格的显微结构,Si/Ge_(0.5)Si_(0.5)超晶格内存在的位错与SIMOX衬底内的位错密度有关引言Si衬底上分子束外延Si/Ge_(0.5)Si_(0.5)应变层超晶格是基础研究和器件应用的重要研究领域。某些以Si/Ge_(0.5)Si_(0.5)层为基础的高质量器件已研制成功。例如异质结的双极型晶体管。     

超晶格插入层对Si基上GaN薄膜位错密度的影响

为了降低MOCVD外延生长Si基GaN的缺陷密度,尝试引入超品格插入层.界面突变的超晶格插入层能有效地阻挡由缓冲层延伸出来的位错.即使超晶格本身也产生位错,但位错的产生率比阻挡率低,所以超晶格总体起阻挡作用,可以减少后续生长的 HT-GaN(高温氮化镓)的位错密度.研究了超晶格厚度对 HT-GaN 的位错密度的影响.比较了超晶格厚度不同的3个样品,并采用高分辨双晶X射线衍射(DCXRD)对CaN进行结晶质量的分析,分别用 H3PO4 H2SO4 混合溶液和熔融 KOH 对样品进行腐蚀并用扫描电子显微镜(SEM)对腐蚀的样品进行观察.用 H3PO4 H2SO4 腐蚀过的样品比用KOH 腐蚀过的样品的位错密度大,进一步验证了之前有报道过的 H3PO4 H2SO4 溶液同时腐蚀螺位错和混合位错而 KOH只腐蚀螺位错.分析结果表明.引入适当厚度的超晶格插入层,可以有效地降低后续生长的 GaN 的位错密度.     

SOI基外延纯Ge材料的生长及表征

利用超高真空化学气相沉积系统采用低温-高温两步法外延Ge材料.我们先在低温下生长硅锗作为过渡缓冲层利用其界面应力限制位错的传播,然后在低温下生长的纯锗层,接着高温生长纯锗,最后在SOI基上成功的外延出了高质量的纯锗层,测试结果表明厚锗层的晶体生长质量很好,芯片表面也很平整,表面粗糙度5.5nm.     

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。     

刻槽硅衬底上的GaAs/AlGaAs超晶格材料的微结构特性

用分子束外延在有刻槽的{001}硅衬底上生长了 GaAs/Al_(0.3)Ga_(0.7)As超晶格材料,利用横断面透射电子显微术对非平而异质结的生长行为和微观结构进行了观察.研究结果表明硅衬底上刻槽的几何形状对外延层的微缺陷特性及生长行为有一定影响,和Si{001}晶面相比,Si{113}可能是一个有利于生长半导体异质结的晶面.     

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.     

Ga_xIn_(1-x)P/GaAs(100)液相外延界面缺陷的透射电镜观察

用超高压电镜观察和分析了平面、剖面及磨角的Ga_xIn_(1-x)P/GaAs样品,界面附近位错线的柏氏矢量大多是 b=1/2<100>,平面样品中位错线弯曲且相互交织形成网络,剖面样品中位错线较直且是分立的,不形成网络.认为衬底表面及母液中的夹杂物是外延层中位错的主要来源.另外,在磨角样品中看到衬底位错通过弯曲和表面产生机制向外延层扩展.     

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。     

用喇曼光谱表征锗硅应变层超晶格

对Ge_xSi_(1-x)/Si超晶格的喇曼光谱研究表明,这类样品中各层间的应力分配取决于缓冲层组分。合金层中的Ge—Si峰峰移δω随组分x或应变ε作线性变化。对Ge_n/Si_n(n为原子层数)超晶格的喇曼光谱研究表明,在n=4的超薄层超晶格中,锗硅界面互混程度较小,并发现样品的生长温度对其质量有决定性影响。     

GaAs多量子阱超晶格表面激光光伏效应

由于MOCVD、MBE等半导体材料生长技术飞跃发展,半导体多量子阱和超晶格的制备、研究和应用越来越引起广泛重视。GaAs多量子阱超晶格是较为成熟的一种结构。本文初次报道GaAs多量子阱超晶格表面激光辐照感生的光伏效应研究结果。实验样品是在〈001〉晶向半绝缘GaAs衬底上,MBE生长1.5μm n~+-GaAs缓冲层后,交替地周期生长两种阱宽和垒宽,不同周期数的掺硅GaAs层,构成GaAs多量子阱超晶格结构。激     

Al掺杂4H-SiC同质外延的缓冲层

利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线双晶衍射谱(XRD)和光致发光谱(PL)对在4H-SiC单晶衬底上采用CVD同质外延的4H-SiC单晶薄膜的特性进行研究,发现外延层有很好的晶格结构和完整性。由于Al原位掺杂引起的晶格失配和衬底和外延的晶向偏离,在样品的衬底和外延的界面出现了约1μm的缓冲层,使得XRD摇摆曲线距主峰左侧约41arcs出现了强衍射峰。缓冲层中存在大量的堆垛缺陷和位错,引入缺陷能级,使室温PL测试为"绿带"发光。通过PL全片扫描发现缓冲层在整个样品中普遍存在且分布均匀。     

Si衬底GaN基多量子阱外延材料的TEM研究

本文采用高分辨透射电子显微技术对在Si衬底生长的GaN基多量子阱外延材料的位错特征、外延层与衬底的晶体取向关系及界面的结晶形态等微观结构进行了分析和研究.结果表明:Si衬底生长的GaN与衬底有一定的取向关系;材料在MQW附近的穿透位错密度达108 cm-2量级,且多数为刃型位错;样品A的多量子阱下方可见平行于界面方向的...