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.     

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。     

砷化镓场效应晶体管掺铁外延层的生长

采用Ga/AsCl_3/N_2汽相系统和一种新掺杂法生长了掺铁砷化镓外延层。将掺铁层作为场效应晶体管外延层的缓冲层,并对其特性进行了研究。发现外延层中铁的浓度和掺铁气体(FeCl_2)的蒸气压成正比。可制备出电阻率高达10~4欧姆·厘米以上的外延层,而不增加晶体缺陷和除铁以外的其它杂质。观察到通过在有源层与衬底之间嵌入掺铁缓冲层而改进了掺铬衬底上亚微米有源层的电特性。     

MoCVD GaAs外延层中“布纹状”缺陷分析

金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)是半导体材料生长的一门新技术,MOCVD材料在半导体激光器等方面有着重要作用。本文用的材料是生长在掺In半绝缘GaAs上的GaAs外延膜。用扫描电镜的阴极荧光(CL)模式观察,发现有大量黑线缺陷组成“布纹状”图形。这些黑线缺陷大致沿两个互相垂直的(110)方向,如图1,一个方向较密,另一个方向较稀疏。图2是横断面的TEM照片,显示有大量位错网络存在。有的网络从衬底一直沿伸生长到处延层,有的是外延层内产生的。平面(001)样品显示的位错网络与SEMCL像相符。用衍衬法确定这些位错主要是60°位错,是滑移形成的。X射线双晶衍射发现此材料有万分之三的晶格     

弛豫SiGe外延层的UHV/CVD生长

利用自制的冷壁石英腔UHV/CVD设备,600℃条件下,通过Ge组分渐变缓冲层技术,在Si(100)衬底上成功地生长出完全弛豫、无穿透位错的Si0.83Ge0.17外延层,并在其上获得了具有张应变的Si盖帽层.另外,还在550℃下生长了同样结构的样品,发现此样品厚度明显变薄,组分渐变层的应变释放不完全,位错网稀疏而且不均匀,其上的Si0.83Ge0.17外延层具有明显的穿透位错     

弛豫SiGe外延层的UHV/CVD生长

利用自制的冷壁石英腔UHV/CVD设备,600℃条件下,通过Ge组分渐变缓冲层技术,在Si(100)衬底上成功地生长出完全弛豫、无穿透位错的Si0.38Ge0.17外延层,并在其上获得了具有张应变的Si盖帽层.另外,还在550℃下生长了同样结构的样品,发现此样品厚度明显变薄,组分渐变层的应变释放不完全,位错网稀疏而且不均匀,其上的Si0.83Ge0.17外延层具有明显的穿透位错.     

分子束外延选择性掺杂的GaAs/N-Al_xGa_(1-X)As异质结中的二维电子气

<正> 本所分子束外延组制备了选择性掺杂的 GaAs/N-AlGaAs异质结,它的结构如下:在掺Cr半绝缘(100)GaAs的衬底上,先外延生长1微米厚的未掺杂的 GaAs层,再生长厚度 60A|°左右的未掺杂的Al_xGa_(1-x)As隔离层,其上是厚度为 1000A|°的掺Si的 N-     

无掩模Si圆柱纳米图形衬底上GaAs的异变外延生长

采用金属有机化学气相沉积方法在无掩模的直径为400nm的圆柱Si(100)图形衬底上外延生长了GaAs薄膜。图形衬底采用纳米压印技术及反应离子刻蚀技术制作而成。运用两步法生长工艺在此图形衬底上制备了厚度为1.8μm的GaAs外延层。GaAs的晶体质量通过腐蚀坑密度和透射电镜表征。图形衬底上的GaAs外延层表面腐蚀坑密度约1×107 cm-2,比平面衬底上降低了两个数量级。透射电镜观测显示大部分产生于GaAs/Si异质界面的穿透位错被阻挡在圆柱顶部附近。     

利用双低温缓冲层和插入应变超晶格技术制备高质量InP-on-GaAs复合衬底的MOCVD生长

提出一种结合双低温缓冲层和应变超晶格优势的高质量InP-on-GaAs复合衬底制备技术. 研究发现LT-InP/LT-GaAs的双低温缓冲层比单一低温InP缓冲层的聚集应变的效果更为显著. 并且,双低温缓冲层中的低温GaAs层存在一个最优生长厚度. 当低温InP生长厚度一定,低温GaAs层的生长厚度达到优化生长厚度时,LT-InP/LT-GaAs双低温缓冲层能达到调节应变的最佳状态. 最后,通过插入InGaP/InP应变超晶格,并且优化其在外延层中的插入位置,得到了高质量的InP-on-GaAs的复合衬底,2μm厚的InP外延层XRD-ω/2θ扫描的半高宽小于200" .     

利用双低温缓冲层和插入应变超晶格技术制备高质量InP-on-GaAs复合衬底的MOCVD生长

提出一种结合双低温缓冲层和应变超晶格优势的高质量InP-on-GaAs复合衬底制备技术．研究发现LT-InP/LT-GaAs的双低温缓冲层比单一低温InP缓冲层的聚集应变的效果更为显著．并且,双低温缓冲层中的低温GaAs层存在一个最优生长厚度．当低温InP生长厚度一定,低温GaAs层的生长厚度达到优化生长厚度时,LT-InP/LT-GaAs双低温缓冲层能达到调节应变的最佳状态．最后,通过插入InGaP/lnP应变超晶格,并且优化其在外延层中的插入位置．得到了高质量的InP-on-GaAs的复合衬底,2μm厚的lnP外延层XRD-ω/2θ扫描的半高宽小于200．     

用低压MOVPE法进行GaAs的选择外延生长

GaAs的选择生长是一项有前途的技术,它有希望实现制造电子器件和光电器件的单片集成,因此受到了人们更多的注意.这种GaAs的选择生长就是用MOVPE法在表面涂有SiO_2或其它绝缘膜衬底上进行的.常压MOVPE法生长的GaAs外延层厚度很不均匀,不能用来制作器件.而低压MOVPE法生长的GaAs外延展的厚度却很均匀,纯度也很高.     

MBE InGaAs/GaAs外延层晶胞弛豫直接测量的X射线双晶衍射方法

本文采用了以解理面为衍射基面，直接测量水平弛豫的方法测量了InxGa1-xAs（衬底为GaAs，x～0．1）外延层的应变及其弛豫状态．在以解理面为衍射基面的衍射曲线上清楚地观测到了衬底峰与外延峰的分裂．表明当InGaAs层厚度较厚（～2μm）时，InGaAs外延层与衬底GaAs已处于非共格生长状态，同时发现大失配的InGaAs晶胞并没有完全弛豫恢复到自由状态．其平行于表面法线的晶格参数略大于垂直方向上的晶格参数（△a／a～10-3）．并且晶胞在弛豫过程中产生了切向应变．在考虑了切向应变的基础上准确地确定出了InGaAs层的In组分x．     

AlN成核层厚度对Si上外延GaN的影响

采用低温AlN成核层,在Si(111)衬底上,用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法生长了GaN薄膜。采用高分辨X射线衍射(XRD)、椭圆偏振光谱仪和原子力显微镜(AFM)研究了AlN成核层的厚度对GaN外延层的影响。对AlN的测试表明,AlN的表面粗糙度(RMS)随着厚度增加而变大。对GaN的测试表明,所有GaN样品在垂直方向处于压应变状态,并且随AlN厚度增加而略有减弱。GaN的(0002)_ω扫描的峰值半宽(FWHM)随着AlN成核层厚度增加而略有升高,GaN(10-12)_ω扫描的FWHM随着厚度增加而有所下降。(10-12)_ω扫描的FWHM与GaN的刃型穿透位错密度相关,A1N成核层的厚度较大时会降低刃型穿透位错密度,并减弱c轴方向的压应变状态。     

Si间隔层对利用低温Si缓冲层生长高弛豫SiGe层的影响

利用低温生长Si缓冲层与Si间隔层相结合的方法生长高弛豫SiGe层,研究了Si间隔层在其中的作用.利用化学腐蚀和光学显微镜,观察了不同外延层厚度处位错的腐蚀图样.研究了不同温度下生长的Si间隔层对SiGe外延层中位错形成、传播及其对应变弛豫的影响.结果表明Si间隔层的引入,显著改变了外延层中位错的形成和传播,进而使得样品表面形貌也呈现出较大的差异.     

Si间隔层对利用低温Si缓冲层生长高弛豫SiGe层的影响

利用低温生长Si缓冲层与Si间隔层相结合的方法生长高弛豫SiGe层,研究了Si间隔层在其中的作用.利用化学腐蚀和光学显微镜,观察了不同外延层厚度处位错的腐蚀图样.研究了不同温度下生长的Si间隔层对SiGe外延层中位错形成、传播及其对应变弛豫的影响.结果表明Si间隔层的引入,显著改变了外延层中位错的形成和传播,进而使得样品表面形貌也呈现出较大的差异.     

Si间隔层对利用低温Si缓冲层生长高弛豫SiGe层的影响

利用低温生长Si缓冲层与Si间隔层相结合的方法生长高弛豫SiGe层,研究了Si间隔层在其中的作用. 利用化学腐蚀和光学显微镜，观察了不同外延层厚度处位错的腐蚀图样. 研究了不同温度下生长的Si间隔层对SiGe外延层中位错形成、传播及其对应变弛豫的影响. 结果表明Si间隔层的引入，显著改变了外延层中位错的形成和传播，进而使得样品表面形貌也呈现出较大的差异.     

应变异质结构中超薄中间层的应变协调作用

用一个简单模型讨论了应变异质结构中嵌入中间层对界面失配位错产生和应变释放的影响.根据能量最小原理得到了弹性能最小状态下界面失配位错密度,发现当中间层材料的晶格常数比衬底和外延层的都大或者都小并且厚度足够薄时,超薄中间层可以完全吸收支撑衬底和外延层之间的应变而不产生任何界面失配位错,具有所谓无支撑衬底的应变协调作用.     

应变异质结构中超薄中间层的应变协调作用

用一个简单模型讨论了应变异质结构中嵌入中间层对界面失配位错产生和应变释放的影响. 根据能量最小原理得到了弹性能最小状态下界面失配位错密度,发现当中间层材料的晶格常数比衬底和外延层的都大或者都小并且厚度足够薄时,超薄中间层可以完全吸收支撑衬底和外延层之间的应变而不产生任何界面失配位错,具有所谓无支撑衬底的应变协调作用.     

溅射GaAs薄膜的光学性质

GaAs薄膜由射频溅射法制备。采用高纯Ar气作为工作气体,衬底有高纯Si单晶,GaAs单晶,兰宝石以及在硅单晶上预先生长一层几千埃厚的SiO_2膜等多种,GaAs靶有掺杂与不掺杂两种,掺杂靶的杂质浓度为10~(18)cm~(-3),衬底有加热装置,以控制薄膜沉积的温度。改变衬底及靶种类,改变衬底温度和阳极电压,便可获得一系列生长条件不同的样品。通常GaAs薄膜的厚度在5000(?)以上。     

InSb缓冲层的波纹结构及其对InSb/GaAs外延薄膜电学性能的影响

采用分子束外延方法在GaAs(001)衬底上生长了InSb外延薄膜,其中采用"二步法"制备了不同厚度的低温InSb缓冲层结构.利用Mullins扩散模型对缓冲层的生长过程进行了具体演化.结合扩散模型的计算结果,通过原子力显微镜以及透射电子显微镜研究了InSb缓冲层表面的波纹结构对后续InSb薄膜生长的影响规律.研究表明,适"-3的缓冲层厚度有利于InSb薄膜的外延生长,缓冲层厚度超过60nm后,InSb薄膜表面的粗糙度明显增加,引入了大量位错导致外延薄膜的电性能下降,采用"二步法"生长30-50nm厚的InSb缓冲层比较合适.