GaSb衬底上分子束外延生长的低温GaSb薄膜的低缺陷表面

本论文系统的研究了,随着GaSb薄膜生长温度的降低,V/III比的变化对薄膜低缺陷表面质量的影响。为了获得良好表面形貌的GaSb外延层,生长温度与V/III比均需要同时降低。当Sb源裂解温度为900℃时,生长得到低缺陷表面的低温GaSb薄膜的最佳生长条件是生长温度为在再构温度的基础上加60℃且V/III比为7.1。     

基于InAs/GaSb超晶格的中波段红外焦平面材料生长与器件制备

本文展示了基于InAs/GaSb二类超晶格材料的中红外焦平面器件制备研究。探测器材料由400周期的结构为8ML InAs /8ML GaSb 的超晶格构成。超晶格材料通过分子束外延技术在N 型GaSb(100)衬底上生长。超晶格层与GaSb衬底层的失配被降低到148.9ppm,通过高分辨X射线衍射分析得到超晶格层的1级衍射峰半缝宽达到28arcsec.。单元探测器和128×128像元红外焦平面通过柠檬酸系腐蚀配方制备完成。通过I-V测试分析表明器件工艺中的化学和物理钝化能够有效降低器件的表面漏电流。最终单元探测器件在77K温度下50%截止波长为4.73微米,R₀A 达到 10³Ωcm²量级。最后我们对焦平面器件进行了成像实验,测试条件为积分时间0.5ms,光圈F/2.0,器件黑体平均探测率达到2.01 × 10⁹cmHz^1/2W^-1.。     

分子束外延生长的GaSb热光伏电池器件特性研究

利用分子束外延的方法在GaSb衬底上生长GaSb热光伏电池单元,制作了两种不同的1 cm×1 cm面积尺寸的热光伏电池单元,它们有着不同的电极形状。通过不断优化分子束外延的生长条件,以期得到高质量的GaSb外延层。AFM图中显示的表面形貌表明器件有着高质量的外延层,其表面形貌的RMS只有1.5 ? （1 ?=0.1 nm）。测量和比较了两种热光伏电池的器件特性,包括开路电压、短路电流密度、光电转换效率、填充因子以及暗电流密度。在一个模拟太阳光照射下,热光伏电池单元有着0.303 V的开路电压和27.1 mA/cm2的短路电流密度。和只有简单电极形状的热光伏电池单元进行对比,有栅形电极形状的热光伏电池单元在短路电流密度和填充因子上具有更优异的表现。在红外光的照射下,有栅形电极形状的热光伏电池达到了一个最优的填充因子56.8%。     

GaSb半导体表面极化子基态能量的研究

采用Ｌ．Ｌ．Ｐ方法导出表面极化子的基态能量,声子平均数,讨论了电子在反冲效应中发射和吸收不同波矢声子之间相互作用对ＧａＳｂ半导体表面中表面极化子基态能量的影响。数值计算结果表明：当动量趋于零时,声子之间的相互作用对极化子性质无影响;当动量达到某一值时,声子之间相互作用的能量占极化子总能量中非常显著的部分;随着动量（平方）的增加,声子平均数近似线性地增加。     

GaInAsSb／GaSb PIN红外探测器及其I—V特性的研究

本文简单介绍了GaInAsSb／GaSb PIN探测器的结构及工作原理,重点分析了生长窗口层和硫钝化两种不同的改善探测器I—V反向偏软的特性的方法。     

GaSb晶体的高能N~＋注入及其光学性质

本文用低温光致发光光谱（ＰＬ）、椭圆偏振光谱（ＳＥ）、背散射及沟道技术（ＲＢＳ／Ｃ）、扫描电镜技术（ＳＥＭ）等研究了２ＭｅＶ高能Ｎ＋注入Ｇａｓｂ晶体损伤及其光学性质．结果表明高能Ｎ＋注入Ｇａｓｂ晶体不会产生反常膨胀（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ），通过合理的退火可使注入样品晶格得到很好恢复．椭圆偏振光谱能准确反映注入样品晶格损伤情况，并与背散射结果吻合．用有效介质模型（ＥＭＡ）对椭偏谱进行似合可对注入损伤有定量的了解．     

蓝宝石衬底上AIGaN／GaN HEMT自热效应研究

建立了包含“自热效应”的AIGaN／GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）直流I-V特性解析模型。从理论的角度分析了自热效应对AlGaN／GaN HEMT器件的影响，并同已有的实验结果进行了对比，符合较好。证明基于这种模型的理论分析适于AIGaN／GaN HEMT器件测试及应用的实际情况。     

蓝宝石图形衬底上生长GaN的微区拉曼光谱研究(英文)

采用微区拉曼光谱对生长在湿法腐蚀获得的无掩膜周期性图形蓝宝石衬底上GaN材料做了研究,结果显示,侧向外延生长区域具有较低的压应力。采用湿法腐蚀结合原子力显微镜对材料的位错进行了表征,侧向外延区域显示了低的位错密度,具有较高的晶体质量。另外通过对不同生长区域的拉曼纵光学声子与等离子体激元形成的耦合模高频支进行拟合,结果显示侧向外延区域具有较低的背底载流子浓度。研究认为,由于采用图形衬底,侧向外延区域悬空生长降低了位错密度,同时侧向外延区域不与蓝宝石接触,因此采用该方法生长的GaN材料具有较低的压应力和较低的背底载流子浓度。     

蓝宝石衬底上AlGaN/GaN HEMT自热效应研究

建立了包含“自热效应”的A lG aN/G aN HEM T(高电子迁移率晶体管)直流I-V特性解析模型。从理论的角度分析了自热效应对A lG aN/G aN HEM T器件的影响,并同已有的实验结果进行了对比,符合较好。证明基于这种模型的理论分析适于A lG aN/G aN HEM T器件测试及应用的实际情况。     

在蓝宝石衬底上低压MOVPE生长GaN单晶

研究用水平反应室低压金属有机物汽相外延方法在Ｃ面及Ｒ面蓝宝石衬上外延生长ＣａＮ单晶。讨论了反应室中气流分布和汽相反应对ＧａＮ外延生长的影响提出了不同的衬底晶向对外延ＧａＮ表面形貌产生影响的机制。     

Si衬底上侧向外延生长GaN的研究

采用条形Al掩模在Si(111)衬底上进行了GaN薄膜侧向外延的研究.结果显示,当掩模条垂直于Si衬底[11-2]方向,也即GaN[10-10]方向时,GaN无法通过侧向生长合并得到表面平整的薄膜;当掩模条平行于Si衬底[11-2]方向,也即GaN[10-10]方向时,GaN侧向外延速度较快,有利于合并得到平整的薄膜.同时,研究表明,升高温度和降低生长气压都有利于侧向生长.通过优化生长工艺,在条形Al掩模Si(111)衬底上得到了连续完整的GaN薄膜.原子力显微镜测试显示,窗口区域生长的GaN薄膜位错密度约为1×109/cm2,而侧向生长的GaN薄膜位错密度降低到了5×107/cm2以下.     

用RHEED方法实时观测GaSb晶体表面的溶化

晶体不存在过热溶化。人们普遍认为，这是因为在熔点之下晶体的某些表面已发生表面熔化。熔化层的厚度随温度升高而增加，从几个原子层到百个原子层，达到熔点时晶体则完全熔化。已观察到Pb、Au、Cu、Ag及H2O等晶体一些晶面的表面熔化现象。表面熔化已成为人们关注的一个重要     

用于GaN生长的蓝宝石衬底化学抛光研究

蓝宝石是生长GaN材料最常用的衬底，本文研究了H2SO4和H3PO4的混合酸液的温度、混合酸的比例以及腐蚀时间对蓝宝石腐蚀速率的影响．发现在H2SO4：H3PO4=3：1的溶液中的腐蚀速率是由表面化学反应速率所控制．利用X射线双晶衍射对除去蓝宝石表面的机械损伤层情况进行了测量．     

玻璃衬底上低温沉积GaN薄膜研究

采用电子回旋共振.等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)方法在康宁7101型普通玻璃衬底上沉积了GaN薄膜,利用反射高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和霍尔测量系统对样品进行了检测,研究了其结晶性和电学特性随沉积温度的变化.结果表明,当沉积温度为250-430℃时,得到的GaN薄膜都呈现高度的C轴择优取向,结晶性较好;薄膜表面形貌较为平整且呈n型导电.     

生长在尖晶石衬底上的GaN外延层的喇曼散射研究

在室温下测量了用ＭＯＶＰＥ方法生长在尖晶石（ＭｇＡｌ２Ｏ４）衬底上的ＧａＮ外延层的一阶喇曼光谱．应用各种背散射和９０°散射配置，测得了除低频Ｅ２模外所有ＧａＮ的喇曼活性光学声子模．并且在Ｘ（Ｚ，Ｘ）Ｚ和Ｘ（Ｙ，Ｙ）Ｚ配置下观测到了由Ａ１和Ｅ２模混合形成的准ＴＯ和准ＬＯ模．所得结果与群论选择定则预计的一致     

InAs/GaSb超晶格红外探测器台面湿法腐蚀研究

研究了不同腐蚀体系对InAs/GaSb超晶格材料台面的刻蚀,并从中选择了由氢氟酸、酒石酸和双氧水构成的酒石酸腐蚀体系。该体系较适合InAs/GaSb超晶格材料的刻蚀,刻蚀速率稳定,下切效应小。进一步研究发现当HF达到一定浓度后不再影响刻蚀速度;在较低的酒石酸和双氧水浓度下,刻蚀速度是由氧化过程控制,且反应速度和双氧水的浓度成正比。腐蚀液配比为酒石酸(3.5g)∶H2O2(4mL)∶HF(1mL)∶H2O(400mL),刻蚀速度约为0.5μm/min。     

100mm直径硅衬底上MOCVD外延生长无裂纹GaN

为实现在100 mm直径硅衬底上金属有机物化学气相外延(MOCVD)生长无裂纹GaN,系统研究了预铺铝时间参数对AlN成核质量的影响、不同厚度条件下AlN层对GaN生长的影响以及Al组分渐变的AlGaN缓冲层对GaN裂纹抑制的效果。实验结果表明,适当的预铺铝时间可以显著提高AlN成核层晶体质量,合理的AlN层厚度有助于上层GaN的生长,AlN与GaN之间AlGaN缓冲层的引入可以有效抑制GaN裂纹的产生。最后,采用高分辨率X射线衍射(HRXRD)测试了MOCVD外延生长的无裂纹GaN材料,得到AlN(002)面、GaN(002)面和GaN(102)面的衍射峰半峰宽(FWHM)分别为1 382,550和746 arcsec。     

采用界面失配阵列技术在GaAs衬底上生长GaSb

采用界面失配阵列（Interfacial Misfit arrays, IMF）技术深入研究了在GaAs衬底上外延生长GaSb,研究了生长温度、Sb：Ga等效原子通量比、AlSb过渡层厚度和GaSb外延层厚度对材料结构质量的影响。其中,生长温度、AlSb过渡层厚度是影响GaSb材料结构质量的重要因素,通过高分辨率X射线衍射（HRXRD）研究,HRXRD测量材料的衍射峰半高全宽（FWHM）值对这两个参数的变化非常敏感,而Sb：Ga等效原子通量比（Effective atomic flux ratio）,在富Sb条件下,材料结构质量受其变化影响有限,GaSb衍射峰FWHM值随其变化轻微,但是GaSb材料层结构质量随其厚度增加而提高。优化的条件为GaSb材料生长温度约为515 ℃, AlSb过渡层厚度为5 nm。制备10 nm厚的GaSb外延层,经HRXRD测试,其衍射峰FWHM值仅为约15 arcsec, 与商用GaSb衬底的衍射峰FWHM值相当。生长于其上的量子霍尔器件,在1.8 K及无电场偏压测量条件下,电子迁移率高达1.5×10⁵ cm²/Vs,达到了GaSb衬底上器件性能水平。