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

  更多相關(guān)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(cè)器、激光器等,在醫(yī)藥診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地形勘探和航空航天等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。在Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料中,窄禁帶半導(dǎo)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(zhǎng)方法,獲得的薄膜晶格缺陷少,晶體質(zhì)量高,非常適合應(yīng)用于器件質(zhì)量的In As1-xNx和In As1-xSbx材料的生長(zhǎng)。我們采用液相外延技術(shù)制備In As1-xNx和In As1-xSbx薄膜,對(duì)其結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征和分析。在材料生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行In As Sb基p Bin型紅外探測(cè)器制備。主要研究?jī)?nèi)容及研究進(jìn)展如下:(1)改進(jìn)液相外延生長(zhǎng)設(shè)備。新設(shè)備實(shí)現(xiàn)了液相外延生長(zhǎng)過(guò)程的自動(dòng)化,電腦和直線電機(jī)控制的自動(dòng)推舟取代了舊設(shè)備中的手動(dòng)推舟,提高了推舟過(guò)程的平穩(wěn)性和定位的準(zhǔn)確性;襯底滑動(dòng)的新石墨舟取代了熔源滑動(dòng)的舊石墨舟,減小了生長(zhǎng)過(guò)程中的擾動(dòng);在主控溫系統(tǒng)之外添加了輔控溫系統(tǒng),延長(zhǎng)了恒溫區(qū)長(zhǎng)度,增加了溫場(chǎng)的穩(wěn)定性;新氣路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了氮?dú)夂蜌錃獾耐〝嗯c切換的自動(dòng)控制,正、負(fù)保壓過(guò)程提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全性。新液相外延設(shè)備大大提高了樣品生長(zhǎng)的可重復(fù)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(shù)在In As襯底上生長(zhǎng)In As1-xNx薄膜。通過(guò)優(yōu)化液相外延生長(zhǎng)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(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)試和原子力顯微鏡(AFM)測(cè)試分別對(duì)外延薄膜的截面形貌和表面形貌進(jìn)行表征。通過(guò)高分辨X射線衍射譜(HRXRD)測(cè)試得到薄膜中的N元素含量最高達(dá)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(guò)紅外透射譜測(cè)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(shù)在In As襯底上生長(zhǎng)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(zhǎng)Sb元素含量較高的In As1-xSbx材料(x0.10)。通過(guò)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(cè)試對(duì)外延薄膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、截面形貌、缺陷情況和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)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(zhǎng)達(dá)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(xué)機(jī)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(dǎo)電襯底對(duì)In As0.94Sb0.06薄膜電學(xué)測(cè)試結(jié)果的影響。通過(guò)Hall測(cè)試對(duì)純化后In As0.94Sb0.06薄膜的電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征,研究分析不同的純化過(guò)程對(duì)材料電學(xué)性質(zhì)的影響。此外通過(guò)FTIR和PL譜測(cè)試對(duì)純化后的In As0.94Sb0.06薄膜的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征,研究分析不同的純化過(guò)程對(duì)材料光學(xué)性質(zhì)的影響。(5)采用液相外延技術(shù)在n型In As襯底上生長(zhǎng)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(cuò)與缺陷,寬能隙的In As0.67Sb0.14P0.19四元合金作為勢(shì)壘阻擋層壓制器件暗電流。通過(guò)HRXRD、SEM、TEM和PL測(cè)試等對(duì)器件結(jié)構(gòu)中各組元的晶體結(jié)構(gòu)、位錯(cuò)情況和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征和分析。最后對(duì)器件的電流電壓特性和光電流響應(yīng)特性進(jìn)行測(cè)試和分析。
【關(guān)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(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(jìn)展12-15
• 1.1.3 In As1-x Nx器件研究進(jìn)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(jìn)展19-22
• 1.3 本論文選題背景與創(chuàng)新意義22-24
• 參考文獻(xiàn)24-32
• 第二章 液相外延生長(zhǎng)設(shè)備改進(jìn)32-39
• 2.1 液相外延（LPE）生長(zhǎng)方法介紹32-33
• 2.2 液相外延生長(zhǎng)設(shè)備改進(jìn)33-38
• 2.2.1 石墨舟的改進(jìn)34-35
• 2.2.2 精確推舟定位的設(shè)計(jì)35
• 2.2.3 控制面板和保壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)35-37
• 2.2.4 黃金爐恒溫設(shè)計(jì)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(zhǎng)和性質(zhì)表征39-54
• 3.1 In As1-x Nx薄膜液相外延生長(zhǎng)參數(shù)優(yōu)化39-41
• 3.2 In As1-x Nx薄膜的液相外延生長(zhǎng)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(lán)移與分析49-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 參考文獻(xiàn)53-54
• 第四章 In As1-x Sbx薄膜的液相外延生長(zhǎng)和性質(zhì)表征54-73
• 4.1 In As1-x Sbx薄膜的液相外延生長(zhǎng)54-56
• 4.1.1 熔源配比計(jì)算54-55
• 4.1.2 In As1-x Sbx薄膜的液相外延生長(zhǎng)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(xué)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(cuò)研究67-70
• 4.3 本章小結(jié)70-71
• 參考文獻(xiàn)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(xué)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(xué)機(jī)械拋光方法76-77
• 5.2.3 電學(xué)測(cè)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(xué)性質(zhì)表征80-82
• 5.4.2 In As0.94Sb0.06拋薄樣品的光學(xué)性質(zhì)表征82-87
• 5.5 本章小結(jié)87-88
• 參考文獻(xiàn)88-90
• 第六章 In As Sb基p Bin型紅外探測(cè)器的LPE生長(zhǎng)與性能表征90-107
• 6.1 In As Sb基紅外探測(cè)器器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化90-97
• 6.1.1 緩沖層設(shè)計(jì)90-92
• 6.1.2 In As1-x-y Sbx Py勢(shì)壘層設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(cuò)100-101
• 6.3.4 外延薄膜的光學(xué)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(yīng)特性104-105
• 6.5 本章小結(jié)105-106
• 參考文獻(xiàn)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(jìn)一步研究工作展望108-109
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果109-110

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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

，

本文編號(hào)：684500