MBE生长中缓冲层对InSb/GaAs质量影响的研究

用分子束外延(MBE)方法在GaAs(001)衬底上外延生长了InSb薄膜,并研究了异质外延InSb薄膜生长中缓冲层对材料质量的影响.采用原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线双晶衍射(DCXRD)等方法研究了InSb/GaAs薄膜的表面形貌、界面特性以及结晶质量.通过生长合适厚度的缓冲层,获得了室温下DCXRD半高峰宽为272",迁移率为64 300 cm2V-1s-1的InSb外延层.     

利用全固态分子束外延方法在Ge(100)衬底上异质外延GaAs薄膜及相关特性表征

利用全固态分子束外延(MBE)方法在Ge(100)衬底上异质外延GaAs薄膜,并通过高能电子衍射(RHEED)、高分辨X射线衍射(XRD),原子力显微镜等手段研究了不同生长参数对外延层的影响.RHEED显示在较高的生长温度或较低的生长速率下,低温GaAs成核层呈现层状生长模式.同时降低生长温度和生长速率会使GaAs薄膜的XRD摇摆曲线半高宽(FWHM)减小,并降低外延层表面的粗糙度,这主要是由于衬底和外延薄膜之间的晶格失配度减小的结果.     

用原子层外延技术生长异质结器件

原子层外延(ALE)是金属有机化合物气相外延生长的一种方式。用这种方法并用单层沉积工艺实现了自限单层超薄外延层的均匀生长。本文介绍了用ALE生长GaAs、AlAs单晶及GaAs/AlGaAs异质结和器件。得到的数据证明了ALE生长超薄膜层的单层均匀性。还讨论了生长速率对反应物流量和温度的依赖关系。对ALE外延层厚度进行解理角(Cleaved corner)透射电镜(TEM)分析,证明沉积过程具有“数字式”特性。ALE法生长的GaAs量子阱的低温光致发光(FL)呈窄线本征发光,其线宽可与用常规MOCVD法生长器件的最佳值相媲美。具有ALE生长有源区的量子阱激光器的阈值电流低至400A/cm~2     

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。     

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。     

C掺杂GaAs外延层的MOCVD生长

以CCl4为掺杂源,利用EMCORE D125 MOCVD系统生长了不同C掺杂浓度的GaAs外延层.通过Hall、PL、DXRD以及在位监测工具Epimetric等手段研究了掺C GaAs层的电学特性、光学特性、晶体质量和生长速度等.     

用侧向外延生长法降低立方相GaN中的层错密度

尝试用侧向外延(ELOG)方法来降低立方相GaN中的层错密度.侧向外延是在SiO2/GaN/GaAs图形衬底上进行的,对生长所得的立方相GaN外延层用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)进行了观察和分析,TEM的平面像表明经过ELOG方法生长后,立方相GaN外延层中的层错密度由侧向外延生长前的5×109cm-2降低至生长后的6×108cm-2.双晶X射线衍射(DCXRD)测量给出侧向外延前后外延层ω扫描(002)衍射摇摆曲线的半高宽(FWHM)分别为33′和17.8′,表明晶体质量有了较大改善.对立方相GaN侧向外延过程中层错减少的机制进行了讨论.     

离化团束方法在GaAs衬底上外延CdTe单晶薄膜

利用离化团束外延(ICBE)技术在GaAs(100)衬底上生长了(100)和(111)两种晶向的CdTe外延层.X光衍射和 RHEED分析结果表明外延层为单晶薄膜,双晶衍射摆动曲线半高宽达630弧秒.本文研究了离化团能量和生长温度对外延层晶向和质量的关系。结果表明,当预热处理温度为480℃,外延取向关系为CdTe(100)//GaAs(100);当预热处理为580℃,外延取向关系为 CdTe(100)+(111)//GaAs(100).离化团束的能量对外延膜的结晶性能起着重要作用.     

用侧向外延生长法降低立方相GaN中的层错密度

尝试用侧向外延(ELOG)方法来降低立方相GaN中的层错密度.侧向外延是在SiO2/GaN/GaAs图形衬底上进行的,对生长所得的立方相GaN外延层用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)进行了观察和分析,TEM的平面像表明经过ELOG方法生长后,立方相GaN外延层中的层错密度由侧向外延生长前的5×109cm-2降低至生长后的6×108cm-2.双晶X射线衍射(DCXRD)测量给出侧向外延前后外延层ω扫描(002)衍射摇摆曲线的半高宽(FWHM)分别为33′和17.8′,表明晶体质量有了较大改善.对立方相GaN侧向外延过程中层错减少的机制进行了讨论.     

垂直堆垛InAs量子点的光学性质

垂直堆跺InAs量子点是用分子束外延(MBE),通过Stranski-Krastanov(S-K)方式生长.利用光致发光(PL)实验对InAs量子点进行了表征.在生长过程中使用对形状尺寸控制的方式来提高垂直堆垛InAs量子点形貌均匀性.样品的外延结构是Si掺杂GaAs衬底生长500nm的过渡层,500nm的GaAs外延层,15nm的Al0.5Ga0.5As势垒外延层,5个周期的InAs量子点生长后2单层GaAs的外延结构,50 nh的Al0.5Ga0.5As势垒外延层,最后是15 m的GaAs覆盖层.外延结构中Al0.5Ga0.5As势垒外延层对镶嵌在里面的InAs量子点有很强的量子限制作用产生量子效应.PL测量系统使用514.5 nn的缸离子激发源.发现了量子点基态光致发光峰等距离向红外方向劈裂等新的物理现象.利用光致发光通过改变势垒的宽度和掺杂情况,研究了外延结构的光致发光特性,得到二维电子气(2DEG)随势能变化局域化加强等的新结果.     

热壁外延生长GaAs／Si薄膜质量研究

本文研究了用热壁外延（HWE）技术在Si衬底上不同工艺下生长的GaAs薄膜的拉曼（Raman)和荧光（PL）光谱。研究表明：在室温下,GaAs晶膜的Raman光谱的265cm^-1横声子（TO）峰和289cm^-1纵声子（LO）峰的峰值之比随晶膜质量的变化而逐渐变大、半高宽（FWHM）变窄且峰值频移动变小,而LC光谱出现在871nm光谱的FWHM较窄,表明所测得的薄膜为单晶晶膜,对同一晶膜也可判断出均匀程度。因此可以通过拉曼光谱和PLC光谱相结合评定外延膜晶体质量。     

用X射线衍射研究缓冲层对GaInAs材料的影响

用分子束外延方法制备了具有GaInAs组分渐变缓冲层和不具有GaInAs组分渐变缓冲层的Ga0.9In0.1As/GaAs结构的外延材料。利用高分辨率X射线衍射法(HRXRD)对制备的两种样品分别进行了测试分析。实验结果表明,GaInAs组分渐变缓冲层对外延生长在GaAs衬底上的Ga0.9In0.1As外延材料的晶体质量具有显著的改善作用,极大降低了由于外延层与衬底晶格不匹配所带来的影响。从X射线倒易空间衍射(RSM)二维图谱结果来看,具有GaInAs组分渐变缓冲层结构的样品,其Ga0.9In0.1As外延层与GaInAs组分渐变缓冲层接近完全弛豫,Ga0.9In0.1As外延层的应变降低,表面残留应力小于0.06%,同时,GaAs衬底与Ga0.9In0.1As外延层之间的偏移夹角明显变小。     

Si衬底上热壁外延制备GaAs单晶薄膜材料

报道了采用热壁外延（ＨＷＥ）技术,在Ｓｉ表面生长ＧａＡｓ薄膜。先通过活化剂活化Ｓｉ表面,再采取两步生长法外延ＧａＡｓ单晶薄膜,最后进行断续多层循环退火（ＩＭＣＡ）。经电子探针（ＥＰＭＡ）、Ｒａｍａｎ光谱、Ｈａｌｌ测量和荧光（ＰＬ）光谱测试分析,证实在Ｓｉ表面获得了的４μｍ厚的ＧａＡｓ单晶薄膜。     

MOVPE生长GaN过渡层的AFM分析

报道了原子力显微镜对MOVPE生长GaN材料过渡层表面结构的观察，重点分析了氯化、退火前后过渡层结构变化的原因及其对外延生长晶体质量的影响，探讨了不同条件下GaN成核模式的变化，对GaN材料的生长初期成核机理有了进一步的了解，通过优化生长条件，最终获得了X射线双晶衍射半峰宽为5arcmin，表面明亮的高质量GaN外延层。     

Improved CdTe layers on GaAs and Si using atomic layer epitaxy

In this paper, we report on the atomic layer epitaxy (ALE) of CdTe on GaAs and Si by the organometallic vapor phase epitaxial process at atmospheric pressure. Self-limiting growth at one monolayer was obtained over the temperature range from 250°C to 320°C, under a wide range of reactant pressure conditions. A study of growth mechanism indicates that DMCd decomposes into Cd on the surface and the Te precursors react catalytically on the Cd covered surface. We have used this ALE grown layer to improve the crystal quality and the morphology of conventionally grown CdTe on GaAs. Improvement in the crystal quality was also observed when ALE CdTe nucleation was carried out on Si pretreated with DETe at 420°C. Atomic layer epitaxy grown ZnTe was used to obtain (100) oriented CdTe on (100) silicon.     

ScAlN缓冲层厚度对Si(100)衬底上GaN外延层的影响

采用脉冲直流磁控溅射方法在Si(100)衬底上制备了ScAlN薄膜。以溅射的ScAlN作为缓冲层,在Si(100)衬底上用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术外延了GaN薄膜。使用高分辨X射线衍射、原子力显微镜和拉曼光谱研究了ScAlN缓冲层的厚度对ScAlN缓冲层和GaN外延层的影响。研究结果表明,ScAlN缓冲层的厚度是影响GaN薄膜晶体质量的重要因素。随着ScAlN厚度的增加,ScAlN的(002)面X射线衍射摇摆曲线半高宽持续减小,GaN的(002)面X射线衍射摇摆曲线半高宽先减小后增大。当ScAlN缓冲层厚度为500nm时,得到的GaN晶体质量最好,其中GaN(002)面的X射线衍射摇摆曲线半高宽为0.38°,由拉曼光谱计算得到的张应力为398.38MPa。     

Structural study of epitaxial MN/AG multilayers

We have studied the epitaxial growth and structural properties of single crystal Mn/ Ag multilayers grown on (001) GaAs substrates using transmission electron microscopy. A buffer layer of Ag (001) was grown on a 5 monolayer Fe seed layer on the (001) GaAs substrate before the growth of the multilayers to obtain good quality films. Mn/Ag multilayers show very sharp and coherent interfaces for Mn layer thicknesses up to ≈ 14 monolayers. The structure of Mn in Mn/Ag multilayers depends on the thickness of the Mn layer. An fee precursor structure of Mn is proposed with a lattice parameter of 3.94Â and is expected to be antiferromagnetic.     

使用溅射AlN成核层实现大规模生产深紫外LED

高质量AlN薄膜对制造高性能深紫外器件非常重要,但是目前还很难使用大型工业MOCVD生长出高质量的AlN薄膜.采用磁控溅射制备了不同厚度的用作成核层的AlN薄膜,使用大型工业MOCVD直接在成核层上高温生长AlN外延层,研究了不同成核层对AlN外延层质量的影响.通过扫描电子显微镜和原子力显微镜对成核层AlN薄膜的表面形貌进行表征;使用高分辨X射线衍射仪对AlN外延层晶体质量进行表征,结果表明:在溅射成核层上生长的AlN外延层的晶体质量有显著提高.使用大型工业MOCVD在蓝宝石衬底上成功制备出中心波长为282 nm的可商用深紫外LED,在注入电流为20 mA时,单颗深紫外LED芯片的光输出功率达到了1.65 mW,对应的外量子效率为1.87%,饱和光输出功率达到4.31 mW.     

Liquid phase epitaxial growth of GaxIn1−xP

Single crystal epitaxial layers of Ga_xln_1−xP alloys have been grown by the steady-state liquid phase epitaxial growth technique on (111)B GaAs substrates. The crystal growth process has been studied in detail and the resultant epitaxial layers have been characterized with respect to their structural, electrical and optical properties. Epitaxial layers of good structural quality could be grown only in the composition range x = 0.48 to 0.53, where the lattice parameter is close to that of the GaAs substrate. The band gap of these crystals was in the range 1.86 – 1.92 eV as determined by optical absorption and photoluminescence measurements.