分子束外延低温生长GaAs缓冲层

<正>在低的衬底温度(约300℃)下生长的GaAs层具有较高的电阻率,较小的光敏特性。低温生长的GaAs层用于MESFET作缓冲层,能够消除背栅效应,改善光敏特性等。国外研究结果表明,低温GaAs缓冲层为富砷结。 用国产MBE—Ⅲ型分子束外延设备进行低温生长GaAs层的研究。半绝缘GaAs衬底温度约580℃,生长约50nm GaAs层。反射高能电子衍射(RHEED)的衍射图样为(2×4)结构。然     

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。     

ALE法对InSb/GaAs异质薄膜电学性能的改进

以GaAs(100)为衬底,采用原子层外延(ALE)的方法在GaAs缓冲层和常规InSb外延层间引入85个周期约30 nm的InSb低温缓冲层,以快速降低InSb和GaAs界面间较大的晶格失配(14.6%)对外延层质量造成的不利影响,从而改进异质外延薄膜的电学性能。实验结果显示,ALE低温缓冲层能较快地释放晶格失配应力,降低位错密度。室温和77 K的Hall测试显示,引入低温ALE缓冲层生长的InSb/GaAs异质外延薄膜,其InSb外延层本征载流子浓度和迁移率等电学性能较常规的方法有着较大的改进。     

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     

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．     

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" .     

MOCVD生长1.06μm波段InGaAs/GaAs单量子阱材料的发光特性研究

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,在不同偏向角的GaAs衬底上生长了InGaAs/GaAs单量子阱外延结构。通过对样品室温光致发光(PL)谱测试结果的分析,讨论了衬底偏向角、量子阱层生长温度以及V/III比对外延片发光波长、发光强度及PL谱半峰全宽(FWHM)的影响。发现在相同生长条件下,对于InGaAs/GaAs应变量子阱结构,在GaAs(100)偏111A晶向较小偏向角的衬底上生长的样品PL谱发光强度较大,半峰全宽较窄;量子阱层低温生长的样品发光强度更强;增大量子阱层V/III比可以提高样品的发光强度,同时PL谱峰值波长出现红移。     

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。     

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".     

过渡层对Ge衬底GaAs外延层晶体质量的影响

利用低压金属有机化学汽相淀积(MOCVD)设备在Ge衬底上生长GaAs外延层.通过改变GaAs过渡层的生长温度对GaAs外延层进行了表征,利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪研究了表面形貌和晶体质量,优化出满足高效太阳能电池要求的高质量GaAs单晶层生长条件.     

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".     

低温MOCVD法沉积的GaN/GaAs(001)薄膜中的孪晶现象

采用同步辐射XRD极图法对低温MOCVD生长的GaN缓冲层薄膜进行了研究.极图研究表明,低温GaN薄膜中除有正常结晶外还存在一次孪晶和二次孪晶.在χ固定为55°时的{111}ψ扫描中发现了异常的Bragg衍射峰,表明GaN/GaAs(001)低温生长中孪晶现象非常明显.GaAs(001)表面上出现的{111}小面极性会在生长初期影响孪晶成核,实验结果表明孪晶更易在{111}B面即N面上成核.     

InGaAs／AlGaAs单量子阱激光器低阈值激射

研制了InGaAs/AlGaAs SQW激光器,对其工作特性如阈值电流密度、激射波长、特征温度、远场分布等进行了研究. 用MOCVD方法生长制备了InGaAs/AlGaAs分别限制单量子阱结构材料,得出其各层组分和能带分布.首先在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层和AlGaAs波导层,然后生长窄能带的AlGaAs量子阱势垒层,再继续生长InGaAs量子阱有源区.其后继续生长AlGaAs势垒层、高Al组分AlGaAs波导层和GaAs高掺杂欧姆接触层.我们发现在低温范围里(160 K～220 K)阈值电流密度随温度升高而减小,与普通量子阱激光器正相反,表现出负的特征温度.随着温度进一步提高,阈值电流密度表现出指数式增大.300 K下腔长2000 μm的激光器最低的阈值电流密度约为200 A/cm2.(OD7)     

电学性能不反常的本征GaAs基InSb异质外延研究

采用三步工艺进行了GaAs基InSb的异质外延生长并结合实验数据和文献资料研究了生长温度和速率、InSb层的厚度、低温缓冲层质量和双In源工艺对材料Hall电学性能等的影响。发现温度和生长速率对室温载流子迁移率和本征载流子浓度影响不太大;晶体XRD FWHM随膜厚的增加而逐渐地减小;低温缓冲层的界面质量和厚度对表面形貌具有一定的影响,低温缓冲层的界面厚度不应小于30 nm,ALE低温缓冲层的方法可以降低局部表面粗糙度;实验发现在优化的工艺参数基础上采用双In源生长工艺可以生长出电学性能不发生反常的理想本征InSb异质外延薄膜材料。获得2μm厚GaAs基InSb层在300 K和77 K的Hall迁移率分别为3.6546×104 cm^2 V^-1 s^-1和7.9453×104 cm^2 V^-1 s^-1,本征载流子迁移率和电子浓度随温度的变化符合理论公式的预期。     

GaAs（331）A衬底上分子束外延生长自组织InAs纳米结构形貌演化机制

采用分子束外延方法在GaAs(331)A高指数衬底上制备自对齐InAs量子线(QWR)或者三维(3D)岛状结构。InAs量子线(QWR)选择性生长在GaAs层的台阶边缘。通过原子力显微镜(AFM)仔细研究了InAs纳米微结构的表面形貌，发现不同的生长条件如衬底温度、生长速率和InAs层厚度等，对InAs表面形貌有很大的影响。低温更容易导致线状纳米微结构的形成，而高温更利于3D岛状结构形成。表面形貌的转变归结于表面能同应变能之间的竞争。     

GaAs/Si/AlAs异质结的带阶和GaAs生长温度的影响

用分子束外延(MBE)设备制备了GaAs/AlAs和GaAs/Si/AlAs异质结,通过XPS分别研究了异质结界面处Si层厚度为0.5ML和1ML对异质结带阶的调节,得到最大调节量为0.2eV;通过C-V法研究了异质结的GaAs层在不同温度下生长对0.5ML Si夹层的影响,得到Si夹层的空间分布随GaAs层生长温度的升高而扩散增强的温度效应,通过深能级瞬态谱(DLTS)研究了在上述不同温度下生长的GaAs层的晶体质量.     

有并联电导的调制掺杂N-Al_xGa_(1-x)As/GaAs异质结

在分子束外延生长的调制掺杂N-A1_xGa_(1-x)As/GaAs异质结中,在Al_xG_a_(1-x)As层中常出现载流子未耗尽的薄层,对二维电子气会形成一个并联电导层。本文研究了有并联电导时这种结构在低温强磁场下的输运特性。     

用于单片集成光接收机前端的GaAs基InP/InGaAs HBT

实现了一种可用于单片集成光接收机前端的GaAs基InP/InGaAs HBT。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衬底上成功制备出了InP/InGaAsHBT,器件的电流截止频率达到4.4GHz,开启电压0.4V,反向击穿电压大于4V,直流放大倍数约为20。该HBT器件和GaAs基长波长、可调谐InP光探测器单片集成为实现适用于WDM光纤通信系统的高性能、集成化光接收机前端提供了一种新的解决方法。     

N-GaAs/(In,Ga)As HEMT

采用n-(AI,Ga)As/GaAs异质结构材料制作的高电子迁移率晶体管(HEMT)在微波与超高速器件中已逐步成熟,并已开始出现实用化产品。 本简讯首次报导采用汽相外延方法在半绝缘GaAs衬底上生长N-GaAs/(I,Ga八s异质结构材料制作的HEMT,并已证实器件在低温下未出现陷附中心造成的异常。(国外均采用MBE生长的材料)。 所用材料结构为半绝缘GaAs衬底上汽相外延约1卜m In人a1.仲s层(X=0.15)及o.2～0.3urn N-GaAs层,(In,Ga八s层不掺杂,而GaAs层掺杂浓度约 5 x 10‘”cm-‘。为研制HEMT,采用厚度监控技术使顶部N-GaAs层减薄至1000A以内。…