截止波长12μm的InAs0.04Sb0.96/GaAs的熔体外延生长及特性研究

用熔体外延(ME)法在半绝缘(100)GaAs衬底上成功生长出了截止波长为12 μm的InAs0.04Sb0.96外延层.傅立叶变换红外(FTIR)透射光谱揭示,InAsSb合金的禁带宽度被强烈变窄.通过分析InAs0.04Sb0.96外延层载流子浓度的温度依存性表明,其室温禁带宽度为0.105 5 eV,与透射光谱测得的数值很好地一致.通过测量12～300 K的吸收光谱,研究了InAs0.04Sb0.96/GaAs的禁带宽度的温度依存性.霍尔测量得出300 K下样品的电子迁移率为4.47×104 cm2/Vs,载流子浓度为8.77×1015 cm-3;77 K下电子迁移率为2.15×104 cm2/Vs,载流子浓度为1.57×1015 cm-3;245 K下的峰值迁移率为4.80×104 cm2/Vs.     

用熔体外延法生长的截止波长10μm以上的InAsSb单晶

用熔体外延法,在液相外延系统中,在InAs衬底上成功地生长出了截止波长为11μm的InAsSb单晶.虽然使用液相外延设备,但熔体外延具有不同于液相外延等常规晶体生长方法的创新生长工艺.红外傅里叶光谱测量证明InAsSb材料的截止波长超过10μm.X射线衍射光谱揭示InAsSb外延层具有相当完美的晶体取向结构,且与InAs衬底取向一致,均为(100)方向.霍尔测量结果给出295K下,InAsSb的电子迁移率为4.75×104cm2/Vs,截流子浓度为3.61×1016cm-3;77K下电子迁移率为2.86×104cm2/Vs,载流子浓度为1.50×1016cm-3.数据显示这种材料具有研制新型探测器的良好前景.     

GaAs基InAs/AlSb二维电子气结构的生长优化

采用分子束外延设备 (MBE) , 外延生长了InAs/AlSb二维电子气结构样品.样品制备过程中, 通过优化AlGaSb缓冲层厚度和InAs/AlSb界面厚度、改变AlSb隔离层厚度, 分别对比了材料二维电子气特性的变化, 并在隔离层厚度为5nm时, 获得了室温电子迁移率为20500cm2/V·s, 面电荷密度为2.0×1012/cm2的InAs/AlSb二维电子气结构样品, 为InAs/AlSb高电子迁移率晶体管的研究和制备提供了参考依据.     

4H-SiC同质外延层的质量表征

在高纯半绝缘4H-SiC偏8°衬底上同质外延生长了高质量的外延层,利用X射线双晶衍射、原子力显微镜(AFM)、汞探针C-V以及霍尔效应等测试方法,对样品的结晶质量、表面粗糙度、掺杂浓度以及电子迁移率进行了分析测试,证实外延层的结晶质量相对于衬底有着很大的改善。在同质外延7.5μm的外延层后,其半高宽从衬底的30.55arcsec减小到27.85arcsec;外延层表面10μm×10μm的粗糙度(RMS)为0.271nm;室温下,样品的掺杂浓度为1×1015cm-3时,霍尔迁移率高达987cm2/(V.s);浓度为1.5×1016cm-3时,霍尔迁移率为821cm2/(V.s)。77K时,霍耳迁移率分别为1.82×104cm2/(V.s)和1.29×104cm2/(V.s)。掺杂浓度的汞探针C-V测试结果与霍尔效应的实验数据一致。     

PbSe外延薄膜空穴迁移率及其声子散射机理

采用分子束外延技术生长了非人为掺杂的PbSe单晶薄膜,研究了薄膜中声子散射对空穴迁移率的影响.并用霍尔效应和变温电阻率测量方法分析了电学特性,得到PbSe薄膜均具有P型导电性,载流子浓度为(5～8)×1017cm-3,室温空穴迁移率为～300cm2/(V·s),随温度降低迁移率增大,77K温度下的迁移率达到3×10cm2/(V·s).通过对PbSe薄膜中的载流子散射机理的理论分析,表明在77～295K温度范围内,PbSe的长纵光学波散射是影响载流子迁移率的主要机制.同时,Raman光谱测量显示,在温度≥203K时,不仅观察到了PbSe长纵光学声子散射LO(Г),还观察到了其他光学声子的散射,这些观察到的声子散射影响了PbSe的空穴迁移率.     

PbSe外延薄膜空穴迁移率及其声子散射机理

采用分子束外延技术生长了非人为掺杂的PbSe单晶薄膜,研究了薄膜中声子散射对空穴迁移率的影响.并用霍尔效应和变温电阻率测量方法分析了电学特性,得到PbSe薄膜均具有P型导电性,载流子浓度为(5～8)×1017cm-3,室温空穴迁移率为～300cm2/(V·s),随温度降低迁移率增大,77K温度下的迁移率达到3×10cm2/(V·s).通过对PbSe薄膜中的载流子散射机理的理论分析,表明在77～295K温度范围内,PbSe的长纵光学波散射是影响载流子迁移率的主要机制.同时,Raman光谱测量显示,在温度≥203K时,不仅观察到了PbSe长纵光学声子散射LO(Г),还观察到了其他光学声子的散射,这些观察到的声子散射影响了PbSe的空穴迁移率.     

铁掺杂对氮化镓外延材料表面形貌的影响与改善

铁掺杂是获得高阻氮化镓外延材料的有效方法,但是在某些情况下,铁掺杂会导致材料的表面形貌恶化进而影响高电子迁移率晶体管中二维电子气的电学特性。本文主要研究铁掺杂对氮化镓外延材料表面形貌的影响。相关实验结果表面通过提高氮化镓材料的生长速率可以有效改善其表面形貌,而且电阻率也相应提高,获得了铁掺杂浓度为9×1019cm-3且表面形貌良好的氮化镓外延片,电阻率可以达到1×109Ω.cm。     

液相外延HgCdTe的研究

本文对液相外延生长HgCdTe及其汞压控制进行了研究。在理论上对开管滑动系统中汞损失的影响作了分析和计算,提出了准平衡汞压的方法。在实验中设计制作了独特的汞回流装置,实现了对汞压的控制。通过生长工艺的条件实验,得到了各工艺参数影响外延片性能的关系,制备出表面光亮,组分为x=0.2110.002,x=0.280.001的Hg1-xCdxTe外延片。在77K下n型(未退火)和P型外延片的迁移率分别为3.36105cm2/Vs和1.81103cm2/Vs,载流子浓度分别为1.091015cm-3和1.041016cm-3。     

Al_xGa_(1-x)As/GaAs调制掺杂结构的MBE优化工艺生长

通过对MBE工艺中影响GaAs和AlGaAs材料质量的生长关键工艺实验研究,优化了MBE生长AlxGa1-xAs/GaAs调制掺杂结构工艺。用GEN-ⅡMBE设备生长AlxGa1-xAs/GaAs调制掺杂结构材料,得到了高质量的AlxGa1-xAs/GaAs调制掺杂结构材料。用范德堡法研究材料特性,得到材料参数的典型值:二维电子气浓度在室温时为5.6×1011cm-2,电子迁移率为6000cm2/V·s;在77K低温时浓度达3.5×1011cm-2,电子迁移率为1.43×105cm2/V·s。用C-V法测量其浓度分布表明,分布曲线较陡。典型的器件应用结果为:单管室温直流跨导达280mS/mm,在12GHz时均有8dB以上的增益。     

非制冷型InAsSb光探测器在8～9μm波长的性能提高

研究提高非制冷型铟砷锑(InAsSb)光子探测器在8～9μm波长的灵敏度。用 熔体外延(ME)技术在砷化铟(InAs)衬底上生长了长波长InAsSb厚外延膜,外延层 厚达到50 μm。X-射线衍射(XRD)谱测量表明,外延层为高质量单晶。电子探针 微分析(EPMA)组份分布图像显示,Sb在外延层中的分布比较均匀。用该材料制作了 光导探测器,在探测器上安装了锗(Ge)浸没透镜。非制冷条件下,器件的光谱响应证 明,InAs0.06Sb0.94探测器在波长8.0μm及9. 0μm处的 探测率D*分别为1.30×10⁹cm·Hz 1/2·W－1 及0.28×10⁹cm·Hz1/2·W－1,比InAs0.02 Sb0.98探测器提高了1个数量级,这是由于 InAs0.06Sb0.94材料中As组份的增加引起的。而在波长6.5 μm 处,InAs0.06Sb0.94和 InAs0.02Sb0.98的峰值探测率Dλp均达大于1.00×10 ⁹cm·Hz1/2·W－1,可应用在红外探测和成像领域。     

InAs0.96Sb0.04红外薄膜的光学性质研究

采用水平滑移石墨舟液相外延生长技术在n型(100)InAs衬底上生长了InAs0.96Sb0.04薄膜.在1.5~5.5 eV光子能量范围采用紫外—可见光椭圆偏振光谱仪于室温下测试了其介电函数谱ε(E).基于电子带间跃迁和联合态密度理论,采用S.Adachi的MDF模型对ε(E)进行了拟合,并计算了各种临界点电子跃迁对ε(E)的贡献.结果表明:实验数据与模型吻合得非常好,E1和E1 Δ1跃迁发生在布里渊区(BZ)的Λ轴或L点,分别对应于M1型临界点Λ5v→Λ6c(或L4v.5→L6c)和Λ6v→Λc6(或L6v→L6c)跃迁;E2跃迁是由于M1型和M2型鞍点能量简并引起的,沿着BZ的Σ和Δ轴方向.     

MCT液相外延薄膜的生长和特性

用开管水平液相外延系统从富Te溶剂中生长了不同x值的MCT薄膜。经X射线衍射、Hall电学参数、红外光谱、扫描电镜、X射线能谱仪和电子通道花样分析测试,结果表明:外延薄膜表面平整,光学参数较好,纵向、横向组份均匀,晶体结构完整,电学参数较好,外延膜质量优良。短波材料(n型):载流子浓度3.54×10~(14)cm~(-3),迁移率1.63×10~4cm~2V~(-1)s~(-1);中波材料(n型):载流子浓度9.95×10~(14)cm~(-3),迁移率为1.76×10~4cm~2V~(-1)s~(-1);原生长波材料(n型):载流子浓度为2.15×10~(15)cm~(-3),迁移率2.00×10~4cm~2V~(-1)s~(-1)。     

RF-MBE生长的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性

用射频分子束外延技术研制出了室温迁移率为10 35 cm2 /(V·s) ,二维电子气浓度为1.0×10 1 3cm- 2 ,77K迁移率为2 6 5 3cm2 /(V·s) ,二维电子气浓度为9.6×10 1 2 cm- 2 的Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管材料.用此材料研制的器件(栅长为1μm,栅宽为80μm,源-漏间距为4μm )的室温非本征跨导为186 m S/m m,最大漏极饱和电流密度为92 5 m A/m m,特征频率为18.8GHz.     

室温InAsSb长波红外探测器的研制

用熔体外延法(ME)生长出厚度达到100μm的InAsSb外延层,截止波长进入8～12μm波段。测量结果表明,InAsSb材料具有良好的单晶取向和结晶质量,位错密度达到104cm-2量级。室温下,霍尔测量得到的载流子浓度为1～3×1016cm-3,电子迁移率大于5×104cm2/Vs。用此材料制得了2～9μm波段的高灵敏度In-AsSb室温红外探测器。该探测器为浸没型光导元件,安装了镀有SiO或ZnS增透膜的单晶Si光学透镜。在黑体温度为500K、黑体调制频率为800 Hz和外加偏置电流为10 mA的测试条件下,测得293K下该探测器的最高黑体响应度达到168V/W,黑体探测率为2～6×108cm·Hz1/2·W-1,峰值探测率大于1×109cm·Hz1/2·W-1。     

用溅射淀积法外延生长优质Cd_xHg_(1-x)Te薄膜

采用汞蒸汽等离子体阴极溅射技术,已同时在几种CdTe衬底上(总面积为20cm~2)外延生长了Cd_xHg_(1-x)Te薄膜。薄膜在加热到310℃的衬底上生成,其淀积速率为0.6μm.h(总厚度≤30μm)。采用不同的实验方法对薄膜的结晶学特性进行了分析,这些方法包括:反射X-射线形貌、衍射分布图的半值宽度(FWHM)测量、透射电子显微镜分析(TEM)和卢瑟福反向散射分析(RBS)。TEM法,摆动曲线和RBS的结果揭示出薄膜具有很高的结晶学质量(外延层内的位错密度接近10~4cm~(-2))。在4K和300K之间测量了Cd_xHg_(1-x)Te外延层的霍耳系数。衬底温度为285℃时淀积的外延层(镉的组分为0.23,厚度16μm),在77K测量的结果是:载流子浓度n大约为2.7×10.(16)cm~(-3);霍耳迁移率为64000cm~2·V~(-1·S~(-1)。当镉的组分为0,31时(外延层厚度为18μm),则得到n=1.6×10~(16)cm~(-3);霍耳迁移率为16000cm~2·V~(-1)·S~(-1)。淀积出来的外延膜在双温区炉子内的汞气氛中退火后,其电学性质得到改善。n型外延膜的电子迁移率提高到接近用非最佳退火参量得到的体材料的水平。     

用空间电荷限制电流法测定n型掺杂的BPhen的电子迁移率

摘 要 用空间电荷限制电流（SCLC）法测定了不同厚度（50-300nm）的Liq掺杂BPhen的电子迁移率。实验结果表明在33wt％Liq掺杂的BPhen中,当厚度达到150nm以后电子迁移率接近于体材料的迁移率。对于300nm厚的掺杂的BPhen,测定的电子迁移率约为5.4×10-3 cm2/Vs （电场强度为0.3MV/cm时）,比本征BPhen的迁移率（3.4×10-4 cm2/Vs）高约一个数量级,而且其迁移率基本上不依赖于电场。同时还对掺杂的BPhen为有机电致发光器件（OLED）的典型厚度时的电子迁移率进行了测定。     

分子束外延AlGaN/GaN异质结场效应晶体管材料

用自组装的氨源分子束外延 (NH3-MBE)系统和射频等离子体辅助分子束外延 (PA-MBE)系统在 C面蓝宝石衬底上外延了优质 Ga N以及 Al Ga N/Ga N二维电子气材料。Ga N膜 (1 .2 μm厚 )室温电子迁移率达3 0 0 cm2 /V· s,背景电子浓度低至 2× 1 0 1 7cm- 3。双晶 X射线衍射 (0 0 0 2 )摇摆曲线半高宽为 6arcmin。 Al Ga N/Ga N二维电子气材料最高的室温和 77K二维电子气电子迁移率分别为 73 0 cm2 /V·s和 1 2 0 0 cm2 /V· s,相应的电子面密度分别是 7.6× 1 0 1 2 cm- 2和 7.1× 1 0 1 2 cm- 2 ;用所外延的 Al Ga N/Ga N二维电子气材料制备出了性能良好的 Al Ga N/Ga N HFET(异质结场效应晶体管 ) ,室温跨导为 5 0 m S/mm(栅长 1 μm) ,截止频率达 1 3 GHz(栅长 0 .5μm)。该器件在 3 0 0°C出现明显的并联电导 ,这可能是材料中的深中心在高温被激活所致     

气态源分子束外延AlxGa1-xAs(x=0～1)材料中Si的掺杂行为研究

研究了Si在AlxGa1-xAs(0≤x≤1)中的掺杂行为.为比较Al組份对Si掺杂浓度的影响,在用气态源分子束外延生长(GSMBE)掺Si n型AlxGa1-xAs(0≤x≤1)的所有样品时,n型掺杂剂Si炉的温度恒定不变.用Hall效应测量外延层的自由载流子浓度和迁移率,用X射线双晶衍射迴摆曲线测量外延层的组份.测试结果表明,当AlxGa1-xAs中Al组份从0增至0.38时,Si的掺杂浓度从4×1018cm-3降至7.8×1016cm-3,电子迁移率从1900 cm2/Vs降至100 cm2/Vs.这与AlxGa1-xAs材料的Γ-X直接—间接带隙的转换点十分吻合.在AlxGa1-xAs全组份范囲内,自由载流子浓度隨Al组份从0至1呈“V”形变化,在X=0.38处呈最低点.在x>0.4之后,AlxGa1-xAs的电子迁移随Al组分的增加,一直维持较低值且波动幅度很小.     

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).     

MOCVD生长AlGaN/GaN/Si(111)异质结材料

利用MOCVD在Si(111)衬底上生长了无裂纹的GaN外延薄膜和AlGaN/GaN异质结构。通过优化Si衬底的浸润处理时间、AlN层厚度等参数获得了无裂纹的GaN外延薄膜,研究了SiN缓冲层和插入层厚度对AlGaN/GaN异质结电学性质的影响,2DEG的迁移率和面密度分别达到1410cm2/V.s和1.16×1013cm-2。