InAs/GaSb超晶格中波红外二极管的Ⅳ特性研究

采用分子束外延(MBE)技术,在GaSb衬底上生长了pin结构的InAs(8ML)/GaSb(8ML)超晶格中波红外光电二极管。经过(NH4)2S表面钝化后的Ⅳ特性曲线表明:低的正偏压下,理想因子n在2左右,势垒区的复合电流起主要作用;偏压超过0.14 V时,n在1左右,少子扩散电流占主。表面势垒区中过多的Ⅲ族元素的空位缺陷导致表面出现大量复合中心。采用阳极硫化后,表面漏电大大减小,反偏漏电流密度降低三个数量级,零偏阻抗R0达到106欧姆,R0A达到103量级。     

InAs/GaSb 超晶格中波红外二极管的IV 特性研究

采用分子束外延（MBE）技术,在GaSb 衬底上生长了pin 结构的InAs（8ML）/GaSb（8ML）超晶格中波红外光电二极管。经过（NH4）2S 表面钝化后的IV 特性曲线表明:低的正偏压下,理想因子n 在 2 左右,势垒区的复合电流起主要作用;偏压超过0.14 V 时,n 在1 左右,少子扩散电流占主。表面势垒区中过多的III 族元素的空位缺陷导致表面出现大量复合中心。采用阳极硫化后,表面漏电大大减小,反偏漏电流密度降低三个数量级,零偏阻抗R0 达到106 欧姆,R0A 达到103 量级。     

硫化铵钝化锑化镓表面的化学与电学性质研究

本文利用X射线光电子能谱（XPS）,飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）和电流-电压特性（I-V）对不同硫化铵溶液（(NH4)2S）钝化后的锑化镓（GaSb）表面化学性质进行了研究。通过对比,发现中性(NH4)2S S溶液对GaSb表面的钝化能力要优于纯(NH4)2S溶液和碱性(NH4)2S S溶液。碱性(NH4)2S S溶液在有效去除GaSb表面氧化物的同时形成硫化物产物以改善器件性能。TOF-SIMS测试结果从另一方面证实纯(NH4)2S溶液钝化也会形成硫化物产物,但该产物在纯(NH4)2S溶液中是可溶的,以至于很难稳定地存在。3D光学轮廓仪测试结果显示中性(NH4)2S S溶液钝化的GaSb表面具有最低的粗糙度。I-V测试结果表明中性(NH4)2S S溶液钝化能显著提高GaSb基肖特基二极管的电学性能。综上所述,中性(NH4)2S S溶液的钝化效果在改进GaSb表面性质方面具有最优的结果。     

GaSb晶片表面残留杂质分析

对不同条件下制备的锑化镓抛光晶片表面进行了TOF-SIMS测试比较.结果表明使用体积比为5∶1的HCl与CH3COOH的混合溶液清洗腐蚀(100) GaSb晶片表面,可以有效地去除金属离子、含S离子和大部分有机物,而使用(NH4)2S/(NH4)2SO4混合溶液方法钝化表面,可以使表面大部分Ga和Sb元素硫化,降低了表面态密度.分析比较了清洗和钝化工艺对晶片表面化学成分的影响.     

尾纤模块研磨轨迹的仿真及实验研究

对不同条件下制备的锑化镓抛光晶片表面进行了TOF-SIMS测试比较。结果表明使用体积比为5∶1的HCl与CH3COOH的混合溶液清洗腐蚀(100)GaSb晶片表面, 可以有效地去除金属离子、含S离子和大部分有机物, 而使用 (NH4)2S/(NH4)2SO4混合溶液方法钝化表面,可以使表面大部分Ga和Sb元素硫化, 降低了表面态密度。分析比较了清洗和钝化工艺对晶片表面化学成分的影响。     

(NH4)2S硫化处理后InGaAs表面特性的研究

通过(NH4)2S湿法硫化InGaAs表面，利用微波反射光电导衰减法测量了经(NH4)2S硫化后的少数载流子寿命。结果显示，经过硫化处理后的InGaAs表面复合速度接近于理想的InP／InGaAs双异质结材料的界面复合速度。为了更好地表征钝化效果，在硫化后的InGaAs表面淀积SiNx制备了MIS结构，通过高低频C-V测试得出两者的界面态密度为8．5×1010cm-2·eV-1。     

(NH4)2S硫化处理后InGaAs表面特性的研究

通过(NH4)2S湿法硫化InGaAs表面,利用微波反射光电导衰减法测量了经(NH4)2S硫化后的少数载流子寿命.结果显示,经过硫化处理后的InGaAs表面复合速度接近于理想的InP/InGaAs双异质结材料的界面复合速度.为了更好地表征钝化效果,在硫化后的InGaAs表面淀积SiNx制备了MIS结构,通过高低频C-V测试得出两者的界面态密度为8.5×1010 cm-2·eV-1.     

异质结构InSb-APD中波红外探测器的设计与表征

制冷要求仍然是制约中红外探测器应用的主要因素.设计了一种异质pin结构的InSb雪崩光电二极管.采用宽禁带、低复合率的材料GaSb和InP形成异质结,并将I区设计成吸收、倍增层分离的雪崩区域.该异质结构有效地抑制了扩散电流,在300 K时,JAuger被显著抑制在大小为1×10-7 A/cm2的水平.器件的主要限制是S...     

GaAs基短周期InAs/GaSb超晶格红外探测器研究

采用分子束外延(MBE)方法,在(001)GaAs衬底上生长了短周期Ⅱ型超晶格(SLs):InAs/GaSb (2ML/8ML)和InAs/GaSb (8ML/8ML).从X射线衍射(HRXRD)中计算出超晶格周期分别为31.2和57.3.室温红外透射光谱表明两种超晶格结构在短波2.1μm和中波5μm处有明显吸收.通过腐蚀、光刻和欧姆接触,制备了短波和中波的单元光导探测器.在室温和低温下进行光谱响应测试和黑体测试,77K下,50%截止波长分别为2.1μm和5.0μm,黑体探测率D·bb均超过2×108cmHz1/2/W.室温下短波探测器D·bb超过108cmHz1/2/W.     

（NH4）2S硫化处理后InGaAs表面特性的研究

通过（NH4）2S湿法硫化InGaAs表面，利用微波反射光电导衰减法测量了经（NH4）2S硫化后的少数载流子寿命。结果显示，经过硫化处理后的InGaAs表面复合速度接近于理想的InP／InGaAs双异质结材料的界面复合速度。为了更好地表征钝化效果，在硫化后的InGaAs表面淀积SiNx制备了MIS结构，通过高低频C—V测试得出两者的界面态密度为8．5×10^10cm^-2·eV^-1。     

320×256元InAs/GaSb II类超晶格中波红外双色焦平面探测器

报道了320×256元InAs/GaSb II类超晶格红外双色焦平面阵列探测器的初步结果.探测器采用PN-NP叠层双色外延结构,信号提取采用顺序读出方式.运用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料,双波段红外吸收区的超晶格周期结构分别为7 ML InAs/7 ML GaSb和10 ML InAs/10 ML GaSb.焦平面阵列像元中心距为30μm.在77 K时测试,器件双色波段的50%响应截止波长分别为4.2μm和5.5μm,其中N-on-P器件平均峰值探测率达到6.0×10~(10) cmHz~(1/2)W~(-1),盲元率为8.6%;P-on-N器件平均峰值探测率达到2.3×10~9 cmHz~(1/2)W~(-1),盲元率为9.8%.红外焦平面偏压调节成像测试得到较为清晰的双波段成像.     

128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器

报道了128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面阵列探测器的研究成果.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.红外吸收区结构为13 ML(InAs)/9 ML(GaSb),器件采用PIN结构,焦平面阵列光敏元大小为40 μm×40μm.通过台面形成、侧边钝化和金属电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了128×128面阵长波焦平面探测器.在77 K时测试,器件的100％截止波长为8μm,峰值探测率6.0×109 cmHz1/2 W-1.经红外焦平面成像测试,探测器可得到较为清晰的成像.     

128x128元InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面探测器

报道了128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面阵列探测器的研究成果.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.红外吸收区结构为13 ML(InAs)/9 ML(GaSb),器件采用PIN结构,焦平面阵列光敏元大小为40μm×40μm.通过台面形成、侧边钝化和金属电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了128×128面阵长波焦平面探测器.在77 K时测试,器件的100%截止波长为8μm,峰值探测率6.0×109cmHz1/2W-1.经红外焦平面成像测试,探测器可得到较为清晰的成像.     

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料台面腐蚀

研究了InAs/GaSbⅡ类超晶格的几种台面腐蚀方法.实验所用的InAs/GaSbⅡ类超晶格材料是使用分子束外延设备生长的,材料采用PIN结构,单层结构为8 ML InAs/8 ML GaSb.腐蚀方法分为干法刻蚀和湿法腐蚀两大类.干法刻蚀使用不同的刻蚀气氛,包括甲基、氯基和氩气;湿法化学腐蚀采用了磷酸系和酒石酸酸系的腐蚀液.腐蚀后的材料台阶高度是使用α台阶仪测量,表面形貌通过晶相显微镜和扫描电镜表征.经过对比研究认为,干法刻蚀中甲基气氛刻蚀后的台面平整,侧壁光滑,侧壁角度为约80度,台阶深度易控制,适合深台阶材料制作.湿法腐蚀中磷酸系腐蚀效果好,台面平整,下切小,表面无残留,适用于焦平面红外器件制作工艺.     

长波InAs/GaSb II类超晶格红外探测器

报道了50％截止波长为12.5μm的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器材料及单元器件.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.吸收区结构为15ML(InAs)/7ML(GaSb),器件采用PBIN的多层异质结构以抑制长波器件暗电流.在77K温度下测试了单元器件的电流-电压(I-v)特性,响应光谱和黑体响应.在该温度下,光敏元大小为100μm×100μm的单元探测器RmaxA为2.5Ωcm2,器件的电流响应率为1.29A/W,黑体响应率为2.1×109cmHz12/W,11μm处量子效率为14.3％.采用四种暗电流机制对器件反向偏压下的暗电流密度曲线进行了拟合分析,结果表明起主导作用的暗电流机制为产生复合电流.     

半导体激光器中的光学灾变

介绍了用(NH4)2S和P2S5-NH4OH处理半导体激光器的表面来避免光学灾变的方法.重点介绍用氮离子注入形成窗口结构来避免光学灾变.     

InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色红外焦平面探测器

InAs/GaSb超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。开展了InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器器件结构设计、材料外延、芯片制备,对钝化方法进行了研究,制备出性能优良的320256双色焦平面探测器。首先以双色叠层背靠背二极管电压选择结构作为基本结构,设计了中/短波双色芯片结构,然后采用分子束外延技术生长出结构完整、表面平整、低缺陷密度的PNP结构超晶格材料。采用硫化与SiO2复合钝化方法,最终制备的器件在77 K下中波二极管的RA值达到13.6 kcm2,短波达到538 kcm2。光谱响应特性表明短波响应波段为1.7~3 m,中波为3~5 m。双色峰值探测率达到中波3.71011 cmHz1/2W-1以上,短波2.21011 cmHz1/2W-1以上。响应非均匀性中波为9.9%,短波为9.7%。中波有效像元率为98.46%,短波为98.06%。     

难熔金属与n-GaAs的欧姆接触特性

用磁控溅射系统和快速合金化法制备了Mo/W/Ti/Au多层金属和n-GaAs材料的欧姆接触,在溅射金属层之前分别用HCl溶液和(NH4)2S溶液对n-GaAs材料的表面进行处理.用传输线法对比接触电阻进行了测试,并利用俄歇电子能谱(AES)、X射线衍射图谱(XRD)对接触的微观结构进行了分析.结果表明,用(NH4)2S溶液对n-GaAs材料表面进行处理后,比接触电阻最小;在700℃快速合金化后获得最低的比接触电阻,约为4.5×10-6Ω·cm2.这是由于(NH4)2S溶液钝化处理后降低了GaAs的表面态密度,消除了费米能级钉扎效应,从而改善了难熔金属与GaAs的接触特性.     

(NH4)2S硫化后ZnS/InP界面的电学特性

在(NH4)2S硫化后的n-型InP衬底上热蒸发ZnS薄膜制得Au/ZnS/InP(100)MIS器件,测得了其I-Ⅴ特性曲线以及3MHz下的高频G-V曲线和100Hz下的准静态G-V曲线.从这些曲线得到如下结果:正向饱和电流为7×10-13A;ZnS钝化下经硫化的n-型InP表面的固定电荷密度为-2.28×1011/cm2;禁带中的最低表面态密度约为1×1012cm-2·eV-1.上述结果表明经硫化后的ZnS/InP界面具有良好的界面特性.     

生长于Si(111)上的氮化硅薄膜表面结构

利用扫描隧道显微镜 ( STM)等分析手段 ,我们对 Si( 1 1 1 )在 NH3气氛下氮化后的表面结构进行了研究 .Si( 1 1 1 )在 1 0 75K暴露于 NH3后 ,表现所形成的氮化硅存在周期为 1 .0 2 nm的(“8/3× 8/3”)再构 ,当温度提高到 1 1 2 5K以上时 ,表面出现周期为 3.0 7nm的超结构 .这两种表面超结构都可以形成“8× 8”低能电子衍射花样 .系统的研究证明 3.0 7nm超结构是在 Si( 1 1 1 )表面形成晶态 β- Si3N4 薄膜 ( 0 0 0 1 )表面的 4× 4再构 ,而 1 .0 2 nm周期是 Si( 1 1 1 )表面未获得有效氮化的一种结构