基于MOCVD的InP/GaAs异质外延生长

使用金属有机物气相沉积方法(MOCVD),在GaAs衬底上生长InP外延层.先在GaAs衬底上生长一层低温InP缓冲层,然后再生长InP外延层.通过比较不同缓冲层生长条件下的外延层晶体质量,发现在生长温度为450℃,厚度约15nm的缓冲层上外延所得到的晶体质量最理想;此外,外延层厚度的增加对其晶体质量有明显改善作用.实验在优化生长条件的同时,也考虑了热退火等辅助工艺,最后所获得的外延层的双晶X射线衍射(DCXRD)的ω/2θ扫描外延峰半高全宽(FWHM)值为238.5".     

基于MOCVD的InP/GaAs异质外延生长

使用金属有机物气相沉积方法(MOCVD),在GaAs衬底上生长InP外延层.先在GaAs衬底上生长一层低温InP缓冲层,然后再生长InP外延层.通过比较不同缓冲层生长条件下的外延层晶体质量,发现在生长温度为450℃,厚度约15nm的缓冲层上外延所得到的晶体质量最理想;此外,外延层厚度的增加对其晶体质量有明显改善作用.实验在优化生长条件的同时,也考虑了热退火等辅助工艺,最后所获得的外延层的双晶X射线衍射(DCXRD)的ω/2θ扫描外延峰半高全宽(FWHM)值为238.5".     

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。     

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.     

基于低温In_xGa_(1-x)P组分渐变缓冲层的InP/GaAs异质外延

采用低温GaAs与低温组分渐变InxGa1-xP作为缓冲层,利用低压金属有机化学气相外延(LP-MOCVD)技术,在GaAs(001)衬底上进行了InP/GaAs异质外延实验。实验中,InxGa1-xP缓冲层选用组分线性渐变生长模式(xIn0.49→1)。通过对InP/GaAs异质外延样品进行双晶X射线衍射(DCXRD)测试,并比较1.2μm厚InP外延层(004)晶面ω扫描及ω-2θ扫描的半高全宽(FWHM),确定了InxGa1-xP组分渐变缓冲层的最佳生长温度为450℃、渐变时间为500s。由透射电子显微镜(TEM)测试可知,InxGa1-xP组分渐变缓冲层的生长厚度约为250nm。在最佳生长条件下的InP/GaAs外延层中插入生长厚度为48nm的In0.53Ga0.47As,并对所得样品进行了室温光致发光(PL)谱测试,测试结果表明,中心波长为1643nm,FWHM为60meV。     

高电子迁移率InP/InP外延材料的MBE生长

采用固态磷源分子束外延技术在InP(100)衬底上生长了高质量的InP外延材料.实验结果表明InP/InP外延材料的电学性质与诸多生长参数密切相关.根据霍耳测量结果,对生长条件和实验参数进行了优化,在生长温度为370℃,磷裂解温度为850℃,生长速率为0.791μm/h和束流比为2.5的条件下,获得了厚度为2.35μm的InP/InP外延材料.在77K温度下,电子浓度为1.55×1015cm-3,电子迁移率达到4.57×104cm2/(V·s).     

Transient-mode liquid phase epitaxy of GaAs on InP and AlGaAs on GaP

Transient-mode liquid epitaxy (TMLE), where a cooler substrate is inserted into a hotter solution, has been used to grow layers on substrates which are mismatched ± 3,7%, Both AlGaAs on GaP and GaAs on InP have been sucessfully deposited. An improved surface morphology is observed in both cases when this technique is employed and is shown by IR transmission and x-ray topography to be caused by a very fine uniformly dispersed initial nucleation, A model for growth in this mode which assumes a diffusion-limited process is derived and is seen to agree well with GaAs experimental data originally presented by Deitch. The work was supported by the Energy Research and Development Administration, Washington DC, under contract E(04-3)-1250.     

激光全息法制备二维硅基图形衬底

理论上模拟了全息光刻法制备二维硅基图形阵列的光强分布和显影过程,通过改变激光波长及入射光与样品表面的夹角即可得到不同周期的二维图形.在此基础上,采用三束光一次曝光和湿法腐蚀图形转移技术,在n型(100)硅衬底上制备出了周期在亚微米量级的均匀二维图形阵列.该方法适合大面积硅基图形阵列的制作.     

激光全息法制备二维硅基图形衬底

理论上模拟了全息光刻法制备二维硅基图形阵列的光强分布和显影过程,通过改变激光波长及入射光与样品表面的夹角即可得到不同周期的二维图形.在此基础上,采用三束光一次曝光和湿法腐蚀图形转移技术,在n型(100)硅衬底上制备出了周期在亚微米量级的均匀二维图形阵列.该方法适合大面积硅基图形阵列的制作.     

InP/GaAs异质外延及异变InGaAs光探测器制备

借助超薄低温InP缓冲层,在GaAs衬底上生长出了高质量的InP外延层,在InP外延层中插入了15周期In0.93Ga0.07P/InP应变层超晶格(SLS),进一步阻断了失配位错穿透到晶体表面,提高了外延层的晶体质量,这样2.5 μm厚InP外延层的双晶X射线衍射(DCXRD)ω扫描半高全宽(FWHM)值降低至219 arcsec,该InP外延层的室温光荧光(PL)谱线宽度仅为42 meV.在此基础上,只利用超薄低温InP缓冲层技术就在半绝缘GaAs衬底上成功地制备出了长波长异变In0.53Ga0.47As PIN光电探测器,器件的台面面积为50 μm×50 μm,In0.53Ga0.47As吸收层厚度为300 nm,在3 V反偏压下器件的3 dB带宽达到了6 GHz,在1 550 nm波长处器件的响应度达到了0.12 A/W,对应的外量子效率为9.6%.     

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。     

蓝宝石图形衬底上GaN低温缓冲层的研究

低温下,在蓝宝石图形衬底上使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长低温GaN(LT-GaN)缓冲层,并对其表面形貌进行了细致的观察,发现了不同于已报道的GaN选择性成核生长现象。基于不同厚度的低温GaN缓冲层生长了n型GaN(n-GaN),发现过厚或者过薄的缓冲层都会对n-GaN晶体质量产生负面影响,并结合初始成核阶段进行了原因分析。制备了基于不同厚度的n-GaN的发光二极管(LED)样品,分析了GaN晶体质量对LED输出功率的影响。同时发现,晶体质量较差的时候,光提取效率可能主导着对LED器件性能的影响。     

GaAs/InP的键合界面热应力分析

采用双层条状金属热应力模型,用MATLAB方法对退火过程中GaAs/InP晶片间的应力和双轴弹性形变能进行模拟和分析。结果表明:将InP剪薄至200μm,GaAs剪薄至175μm,剪应力取得了一个相对的小值,而剥离应力更是被完全消除,这时正应力也相对较小。而按照一定的比例适度剪薄两侧晶片的厚度,可以使得两侧的双轴形变能减小到原来的一半以下。通过减薄键合晶片的厚度可以得到较好的键合质量。另外,不管那一种应力都随退火温度的升高而快速增加,所以实验中一定保持低的退火温度,通常小于300°C为宜。     

图形化蓝宝石衬底形貌对GaN基LED出光性能的影响

近年来,图形化蓝宝石衬底(PSS)作为GaN基LED外延衬底材料被广泛应用.通过干法刻蚀和湿法腐蚀制备了不同规格和形状的蓝宝石衬底图形,并进行外延生长、芯片制备和封装验证,采用扫描电子显微镜(SEM)和3D轮廓仪进行形貌表征,研究了不同规格和形状的衬底图形对LED芯片出光性能影响,并与外购锥形衬底(PSSZ2)进行对比.结果表明,在20 mA工作电流下,PSSZ2的LED光通量为8.33 lm.采用类三角锥和盾形衬底的LED光通量分别为7.83 lm和7.67 lm,分别比PSSZ2衬底低6.00％和7.92％.对锥形形貌进行优化,采用高1.69 μm、直径2.62 μm、间距0.42 μm的锥形衬底(PSSZ3)的LED光通量为8.67 lm,比PSSZ2衬底高4.08％,优化的PSSZ3能有效地提高LED出光性能.