高质量InSb薄膜的MBE同质和异质外延生长

InSb是3~5 μm中波红外波段具有重要研究意义的材料。本文以单位内部生产的InSb(100)衬底为基础,通过摸索InSb(100)衬底的脱氧、生长温度和V/III束流比,获得了高质量的InSb同质外延样品,1.5 μm样品的表面粗糙度RMS≈0.3 nm(10 μm×10 μm),FWHM≈7 arcsec;采用相同的生长温度和V/III束流比并采用原子层外延缓冲层的方法在GaAs(100)衬底上异质外延生长本征InSb层,获得了较高质量的异质外延InSb样品,1.5 μm样品的室温电子迁移率高达6.06×104cm2 V-1s-1,3 μm的样品最好的FWHM低至126 arcsec。InSb材料的同质和异质外延优化生长可为高温工作掺Al的InSb器件结构的优化生长提供重要参考依据。     

HgCdTe分子束外延薄膜的研制

本文概要报导我们ＨｇＣｄＴｅＭＢＥ上作的最近进展。一批面积２．０－１６．６ｃｍ２，组份ｘ０．１８８－０．３０，载流子浓度７．８１×１０１４～１．０×１０１６ｃｍ－３，迁移率１．０×１０４～１．４５×１０５ｃｍ２ｖ－１．ｓ－１和ｘ射线双晶衍射半峰宽（ＦＷＨＭ）６４～１００ａｒｃｓｅｃ的Ｎ型原生ＨｇＣｄＴｅ外延膜已经得到，某些参数已接近或达到国外报导的典型值，并在国内首先研制了直径为５０ｍｍ的ＨｇＣｄＴｅ外延膜。为了评价材料的特性，用一块Ｘ＝０．２４３的外延膜经适当热处理后研制了光伏探测器试验阵列，其最好的一元探测率Ｄλ＊＝２．４４×１０１０ｃｍＨｚ１／２Ｗ－１（λｃ＝７．９μｍ）。     

InSb分子束外延原位掺杂技术研究

对InSb分子束外延薄膜的本征掺杂、N型掺杂以及P型掺杂进行了研究,其中分别以Be作P 型以及以Si、Te作N 型的掺杂剂。实验采用半绝缘的GaAs衬底作为InSb分子束外延用衬底,通过采用低温生长缓冲层技术降低大失配应力,获得高质量InSb外延膜。实验样品采用霍尔测试以及SIMS测试掺杂浓度和迁移率分析掺杂规律、掺杂元素偏聚和激活规律的影响因素。     

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.     

分子束外延InSb薄膜缺陷分析

实现高温工作已经成为了第三代红外探测器的重要发展方向。为了达到这个目标,首先要降低探测器材料的各种缺陷。本文主要研究了不同生长条件对InSb分子束外延薄膜的晶体质量的影响,并采用金相显微镜、X射线双晶衍射仪、扫描电子显微镜及X射线能谱仪等检测手段对外延膜缺陷进行了研究,综合分析了各缺陷的特征、起因、消除方法等。通过优化外延条件,外延膜宏观生长缺陷最低值达到483 cm-2。     

分子束外延装置

如果支撑LSI的高集成化及高速化的微细化技术更进一步地发展,使设计尺寸达到1μm以下,那么不仅是横方面的微细化而且有源领域的纵方向的微细化即薄膜化和浅结形成也就变得重要了。特别有吸引力的是超高速器件的杂质剖面可任意设计。这时候,为了避免已经形成的结尺寸和杂质剖面发生大的变化,其必要条件是工艺温度要相当低。     

在含有InSb非晶过渡层的GaAs衬底上用分子束外延生长InSb薄膜

在（１００）取向半绝缘ＧａＡｓ衬底上，采用独特的含有ＩｎＳｂ非晶过渡层的两步分子束外延（ＭＢＥ）生长了异质外延ＩｎＳｂ薄膜。ＩｎＳｂ外延层表面为平滑镜面，外延层厚度约为６μｍ，导电类型为ｎ型，室温（３００Ｋ）和液氮（７７Ｋ）霍尔载流子浓度分别为ｎ＿（３００Ｋ）：２．０×１０￣（１６）ｃｍ￣（－３）和ｎ＿（７７Ｋ）：２．４×１０￣（１５）ｃｍ￣（－３）；电子迁移率分别为μ＿（３００Ｋ）：４１０００ｃｍ￣２Ｖ￣（－１）Ｓ＿（－１）和μ＿（７７Ｋ）：５１２００ｃｍ￣２Ｖ￣（－１）Ｓ￣（－１）。ＩｎＳｂ外延层双晶衍射半峰宽为１９８ａｒｃｓ，最好的ＩｎＳｂ外延层的半峰宽小于１５０ａｒｃｓ。采用ＩｎＳｂ非晶过渡层有效地降低了外延层中的位错密度，改善了ＩｎＳｂ外延层的质量。     

分子束外延HgCdTe薄膜位错密度的研究

本文报道在晶格失配ＧａＡｓ衬底上分子束外延ＨｇＣｄＴｅ薄膜的位错密度研究结果．用位错腐蚀坑密度（ＥＰＤ）、Ｘ射线双晶衍射以及透射电子显微镜方法,对ＣｄＴｅ缓冲层以及ＨｇＣｄＴｅ薄膜的位错密度、其纵向分布及与工艺条件的相关关系进行了评价、分析．研究发现退火可以有效地降低ＨｇＣｄＴｅ薄膜的位错密度．     

MBE外延InSb基CdTe工艺研究

成功制备了CdTe/InSb复合衬底,为长波HgCdTe外延提供了可能。通过工艺研究解决了InSb氧化层去除及In元素扩散控制两个难点问题,使用As钝化法可以解决双腔衬底转移的问题,在常用的退火工艺下,通过厚度的调整可以阻挡In元素的扩散。     

Si基短波碲镉汞材料分子束外延生长研究

报道了在中波工艺基础上,Si 基碲镉汞分子束外延短波工艺的最新研究进展,通过温度标定、使用反射式高能电子衍射、高温计的在线测量和现有的中波 Si 基碲镉汞温度控制曲线建立及优化了 Si 基碲镉汞短波材料的生长温度控制曲线;获得的 Si 基短波 HgCdTe 材料表面光亮、均匀,表面缺陷密度小于3000 cm －2;基于此技术成功制备出了 Si 基短／中波双色材料。     

Sb induced nucleation of InSb on (III) InSb substrates by molecular beam epitaxy

Hillock formation was observed on (III) InSb grown by molecular beam epitaxy. The hillocks covered layers were examined by X-ray diffraction, Auger spectroscopy and ion channeling measurements and found to be of single phase growth and perfectly oriented with the substrates. The growth conditions to avoid the hillock formation were investigated and a model for the hillock formation is proposed. A growth rate hierarchy was determined from the shapes of the faceted hillocks.     

InSb quantum dot LEDs grown by molecular beam epitaxy for mid-infrared applications

We report the molecular beam epitaxial growth of InSb quantum dots (QD) inserted as sub-monolayers in an InAs matrix which exhibit intense mid-infrared photoluminescence up to room temperature. The InSb QD sheets were formed by briefly exposing the surface to an antimony flux (Sb₂) exploiting an As-Sb anion exchange reaction. Light emitting diodes were fabricated using 10 InSb QD sheets and were found to exhibit bright electroluminescence with a single peak at 3.8 μm at room temperature.     

3英寸Si基碲镉汞分子束外延工艺研究

随着红外焦平面阵列规模的扩大,由于尺寸和成本的限制,传统晶格匹配的碲锌镉衬底逐渐成为碲镉汞红外焦平面探测器发展的瓶颈,大尺寸、低成本硅基碲镉汞材料应运而生。本文采用分子束外延工艺生长获得了3 in Si基中波碲镉汞薄膜材料,通过采用金相显微镜、傅里叶红外光谱仪、双晶X射线衍射仪、湿化学腐蚀位错密度(EPD)法、Hall测试系统等检测手段对Si基中波碲镉汞分子束外延薄膜材料进行表面、光学、结构和电学性能表征,并采用标准平面器件工艺制备中波640×512焦平面探测阵列进行材料验证,结果表明该材料性能与国际先进水平相当。     

分子束外延材料表面平整度的研究

分子束外延Si基HgCdTe材料的表面平整度对红外焦平面组件的制备有重要的影响.分子束外延的Si基复合衬底作为HgCdTe分子束外延的衬底材料对最终外延材料的表面平整度的影响较大.本文通过研究工艺过程中各外延因素对Si片和衬底材料表面平整度的影响,通过实验发现脱氧工艺的高温影响最大,其次是Si片自身的表面平整度和外延膜...     

Controllable growth of GeSi nanostructures by molecular beam epitaxy

We present an overview on the recent progress achieved on the controllable growth of diverse GeSi alloy nanostructures by molecular beam epitaxy. Prevailing theories for controlled growth of Ge nanostructures on patterned as well as inclined Si surfaces are outlined firstly, followed by reviews on the preferential growth of Ge nanoislands on patterned Si substrates, Ge nanowires and high density nanoislands grown on inclined Si surfaces, and the readily tunable Ge nanostructures on Si nanopillars. Ge nanostructures with controlled geometries, spatial distributions and densities, including two-dimensional ordered nanoislands, three-dimensional ordered quantum dot crystals, ordered nanorings, coupled quantum dot molecules, ordered nanowires and nanopillar alloys, are discussed in detail. A single Ge quantum dot-photonic crystal microcavity coupled optical emission device demonstration fabricated by using the preferentially grown Ge nanoisland technique is also introduced. Finally, we summarize the current technology status with a look at the future development trends and application challenges for controllable growth of Ge nanostructures.     

大尺寸碲锌镉基碲镉汞材料分子束外延技术研究

针对高质量、大规模碲镉汞红外焦平面探测器需求的持续增加,本文开展了使用分子束外延方式在50 mm×50 mm(211)B碲锌镉衬底上外延碲镉汞材料技术的研究.通过对碲锌镉衬底改进湿化学腐蚀、碲锌镉衬底预处理、碲锌镉衬底缓冲层生长、碲锌镉基碲镉汞材料工艺开发等方面的研究,开发出了能够稳定获得碲锌镉基碲镉汞材料的工艺.材料...     

分子束外延PbTe薄膜中的红外光电导探测器

中红外探测器在诸多领域具有重要的应用,目前,我国在PbTe、PbSe中红外探测器方面研制较少,通过分子束外延技术、以CdZnTe(lll)为衬底生长PbTe外延薄膜,XRD表征表明:PbTe外延薄膜是单晶薄膜,且与衬底具有相同(lll)取向,光吸收光谱测量得到外延薄膜的光学吸收边位于3.875 μm,光致发光谱显示发光波长位于3.66 μm,蓝移是红外激光泵浦导致PbTe温升所致.以PbTe为有源区材料、ZnS薄膜作为钝化和绝缘材料,用AuPtTi合金作为欧姆接触电极,研制了PbTe光电导中红外探测器原型器件,探测器在78 K温度下的光电导响应在红外波段的1.5～5.5μm,探测率约为2×10~9 cm·Hz~(1/2)·W~(-1).最后,对影响探测器工作的因素和改进方法进行了讨论.