本文關鍵詞：InAs基紅外薄膜的LPE生長特性研究與器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化探索

  更多相關文章： 液相外延 InAs1-xNx薄膜 InAs1-xSbx薄膜 純化 器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化

【摘要】：工作在3-5μm波段的紅外光電器件,例如發(fā)光二極管、紅外探測器、激光器等,在醫(yī)藥診斷、環(huán)境監(jiān)測、地形勘探和航空航天等領域有重要應用。在Ⅲ-Ⅴ族半導體材料中,窄禁帶半導體材料In As1-xNx和In As1-xSbx是制備紅外器件的潛力材料。液相外延是一種近平衡態(tài)的材料生長方法,獲得的薄膜晶格缺陷少,晶體質(zhì)量高,非常適合應用于器件質(zhì)量的In As1-xNx和In As1-xSbx材料的生長。我們采用液相外延技術制備In As1-xNx和In As1-xSbx薄膜,對其結(jié)構(gòu)、光學和電學性質(zhì)進行表征和分析。在材料生長的基礎上進行In As Sb基p Bin型紅外探測器制備。主要研究內(nèi)容及研究進展如下:(1)改進液相外延生長設備。新設備實現(xiàn)了液相外延生長過程的自動化,電腦和直線電機控制的自動推舟取代了舊設備中的手動推舟,提高了推舟過程的平穩(wěn)性和定位的準確性;襯底滑動的新石墨舟取代了熔源滑動的舊石墨舟,減小了生長過程中的擾動;在主控溫系統(tǒng)之外添加了輔控溫系統(tǒng),延長了恒溫區(qū)長度,增加了溫場的穩(wěn)定性;新氣路系統(tǒng)實現(xiàn)了氮氣和氫氣的通斷與切換的自動控制,正、負保壓過程提高了整個系統(tǒng)的安全性。新液相外延設備大大提高了樣品生長的可重復性和成品率,提高了外延薄膜的質(zhì)量。(2)采用液相外延技術在In As襯底上生長In As1-xNx薄膜。通過優(yōu)化液相外延生長參數(shù)和In N粉末的放置方式增加外延薄膜中的N元素含量。通過掃描電子顯微鏡(SEM)測試和原子力顯微鏡(AFM)測試分別對外延薄膜的截面形貌和表面形貌進行表征。通過高分辨X射線衍射譜(HRXRD)測試得到薄膜中的N元素含量最高達到0.66%,其搖擺曲線半高寬與In As單晶襯底的半高寬相差不大,外延薄膜的晶體質(zhì)量較好。通過紅外透射譜測試得到了外延薄膜的能隙,隨著外延薄膜中N元素含量的增加,材料的能隙逐漸變小。(3)采用液相外延技術在In As襯底上生長In As1-xSbx薄膜。采用Sb元素含量較低的In As1-xSbx材料(x0.10)作為緩沖層,生長Sb元素含量較高的In As1-xSbx材料(x0.10)。通過HRXRD、SEM、透射電子顯微鏡(TEM)、紅外透射譜、光致發(fā)光(PL)譜和橢圓偏振(SE)光譜測試對外延薄膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、截面形貌、缺陷情況和光學性質(zhì)進行表征和分析。外延薄膜的晶體質(zhì)量較好,室溫下透射譜截止波長達到4.6μm。(4)采用高溫烘烤熔源材料和向熔源材料中添加稀土元素相結(jié)合的方法純化In As1-xSbx材料。采用化學機械拋光的方法將In As0.94Sb0.06/In As樣品中的In As襯底拋掉,消除導電襯底對In As0.94Sb0.06薄膜電學測試結(jié)果的影響。通過Hall測試對純化后In As0.94Sb0.06薄膜的電學性質(zhì)進行表征,研究分析不同的純化過程對材料電學性質(zhì)的影響。此外通過FTIR和PL譜測試對純化后的In As0.94Sb0.06薄膜的光學性質(zhì)進行表征,研究分析不同的純化過程對材料光學性質(zhì)的影響。(5)采用液相外延技術在n型In As襯底上生長In As Sb基p Bin器件結(jié)構(gòu)。In As0.92Sb0.08作為緩沖層減小In As0.87Sb0.13吸收層中的位錯與缺陷,寬能隙的In As0.67Sb0.14P0.19四元合金作為勢壘阻擋層壓制器件暗電流。通過HRXRD、SEM、TEM和PL測試等對器件結(jié)構(gòu)中各組元的晶體結(jié)構(gòu)、位錯情況和光學性質(zhì)進行表征和分析。最后對器件的電流電壓特性和光電流響應特性進行測試和分析。
【關鍵詞】：液相外延 InAs1-xNx薄膜 InAs1-xSbx薄膜 純化 器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海技術物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN216
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-32
• 1.1 In As1-x Nx紅外材料11-17
• 1.1.1 In As1-x Nx材料特性11-12
• 1.1.2 In As1-x Nx材料研究進展12-15
• 1.1.3 In As1-x Nx器件研究進展15-16
• 1.1.4 In As1-x Nx材料研究中遇到的難題16-17
• 1.2 In As1-x Sbx紅外材料17-22
• 1.2.1 In As1-x Sbx材料特性17-19
• 1.2.2 In As1-x Sbx材料與器件的研究進展19-22
• 1.3 本論文選題背景與創(chuàng)新意義22-24
• 參考文獻24-32
• 第二章 液相外延生長設備改進32-39
• 2.1 液相外延（LPE）生長方法介紹32-33
• 2.2 液相外延生長設備改進33-38
• 2.2.1 石墨舟的改進34-35
• 2.2.2 精確推舟定位的設計35
• 2.2.3 控制面板和保壓系統(tǒng)的設計35-37
• 2.2.4 黃金爐恒溫設計37-38
• 2.3 石墨舟和石英管的清洗38
• 2.4 本章小結(jié)38-39
• 第三章 In As1-x Nx薄膜的液相外延生長和性質(zhì)表征39-54
• 3.1 In As1-x Nx薄膜液相外延生長參數(shù)優(yōu)化39-41
• 3.2 In As1-x Nx薄膜的液相外延生長41-43
• 3.3 In As1-x Nx薄膜的性質(zhì)表征43-49
• 3.3.1 高分辨X射線衍射譜（HRXRD）43-45
• 3.3.2 In As1-x Nx薄膜的形貌表征45-47
• 3.3.3 In As1-x Nx薄膜的拉曼光譜47-48
• 3.3.4 In As1-x Nx薄膜的紅外透射光譜48-49
• 3.4 In As1-x Nx薄膜的能隙藍移與分析49-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 參考文獻53-54
• 第四章 In As1-x Sbx薄膜的液相外延生長和性質(zhì)表征54-73
• 4.1 In As1-x Sbx薄膜的液相外延生長54-56
• 4.1.1 熔源配比計算54-55
• 4.1.2 In As1-x Sbx薄膜的液相外延生長55-56
• 4.2 In As1-x Sbx薄膜的性質(zhì)表征56-70
• 4.2.1 In As1-x Sbx薄膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)表征57-60
• 4.2.2 In As1-x Sbx薄膜的光學性質(zhì)表征60-62
• 4.2.3 In As1-x Sbx薄膜的橢圓偏振光譜研究62-67
• 4.2.4 In As1-x Sbx薄膜的位錯研究67-70
• 4.3 本章小結(jié)70-71
• 參考文獻71-73
• 第五章 In As_(1-x) Sbx材料的純化與性質(zhì)表征73-90
• 5.1、純化方法介紹73-74
• 5.2 In As0.94Sb0.06薄膜電學性質(zhì)的表征方法74-79
• 5.2.1 pn結(jié)方法75-76
• 5.2.2 化學機械拋光方法76-77
• 5.2.3 電學測試方法介紹77-79
• 5.3 n-In As0.94Sb0.06/p-In As型樣品性質(zhì)表征79-80
• 5.4 In As0.94Sb0.06拋薄樣品的性質(zhì)表征80-87
• 5.4.1 In As0.94Sb0.06拋薄樣品的電學性質(zhì)表征80-82
• 5.4.2 In As0.94Sb0.06拋薄樣品的光學性質(zhì)表征82-87
• 5.5 本章小結(jié)87-88
• 參考文獻88-90
• 第六章 In As Sb基p Bin型紅外探測器的LPE生長與性能表征90-107
• 6.1 In As Sb基紅外探測器器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化90-97
• 6.1.1 緩沖層設計90-92
• 6.1.2 In As1-x-y Sbx Py勢壘層設計92
• 6.1.3 In As0.87Sb0.13吸收層厚度優(yōu)化92-96
• 6.1.4 In As Sb基p Bin器件結(jié)構(gòu)96-97
• 6.2 In As Sb基p Bin器件結(jié)構(gòu)的LPE生長97
• 6.3 In As Sb基p Bin結(jié)構(gòu)各組元性質(zhì)表征97-102
• 6.3.1 器件結(jié)構(gòu)中各組元的組分確定97-99
• 6.3.2 器件結(jié)構(gòu)截面形貌99-100
• 6.3.3 器件結(jié)構(gòu)各組元中的位錯100-101
• 6.3.4 外延薄膜的光學能隙101-102
• 6.4 器件性能表征102-105
• 6.4.1 二極管的電流-電壓特性103-104
• 6.4.2 二極管的光電流響應特性104-105
• 6.5 本章小結(jié)105-106
• 參考文獻106-107
• 第七章 總結(jié)和展望107-109
• 7.1 研究工作總結(jié)107-108
• 7.2 進一步研究工作展望108-109
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果109-110

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 ;LPE Growth of InAsPSb on InAs:Melt Composition,Lattice Mismatch and Surface Morphology[J];Rare Metals;1990年01期

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本文編號：684500