论文部分内容阅读
化合物半导体材料具有优异的电学和光学特性，广泛应用于制造发光二极管、激光器、探测器等光电子器件以及微波、毫米波器件和电路，对构建当今信息社会、推动技术进步和国防科技的发展具有举足轻重的作用。化合物半导体材料的种类繁多，性能各异，一直是半导体材料研究的重点方向之一。Ga2O3作为一种宽带隙化合物半导体，在紫外发光和探测、高温功率器件等方面有重要应用前景。GaSb单晶衬底材料一直用于制造热光伏电池，近期因其在中长波Ⅱ类超晶格红外探测器方面取得的进展而受到重视和进一步研究。Ga2O3的熔点近1800℃，熔体法生长技术难度大，而化学气相传输法可在较低的温度下生长Ga2O3单晶，具有很好的研究探索价值。目前使用液封直拉法(LEC)可以大批量生长高质量的GaSb单晶材料，但GaSb单晶材料中存在的本征受主缺陷增加了施主掺杂电学补偿和红外光吸收等，限制了探测器面阵的工作方式，有必要研究抑制缺陷产生的方法和机理，提高材料的光电性能。 本论文研究分析了化学气相传输方法生长Ga2O3的传输过程以及影响因素，并与单晶生长实验结果进行了比较。采用高温退火处理方法改善了GaSb单晶的电学和光学性能，深入分析了退火过程产生的缺陷转换机制。取得的主要研究成果包括: 1.采用闭管化学气相传输(CVT)法，C作为传输剂，蓝宝石晶片作为籽晶生长了Ga2O3晶体。对生长过程中的质量传输流密度进行了数值模拟。确定了温度梯度3℃/cm和C与Ga2O3原料比例1∶100是两个重要的适合生长Ga2O3晶体的工艺参数。生长得到的Ga2O3晶体有很好的结晶性，在蓝光区有较强的发光峰。 2.对非掺p型GaSb单晶经550℃长时间退火后发现载流子浓度降低、迁移率降低，其电学性能得到明显改善，低于带隙能量波段光吸收减弱。综合霍尔测量、GDMS质谱分析结果和低温PL谱测试结果，分析发现本征受主缺陷在退火过程中发生转变，缺陷浓度降低。 3.对不同掺杂浓度的n型Te-GaSb单晶样进行550℃长时间退火后，发现样品的载流子浓度降低、迁移率增加。综合霍尔测量、GDMS质谱分析结果、低温PL谱测试结果和光吸收谱，结合补偿情况下的电中性条件分析，确定退火过程中除本征受主缺陷浓度降低外，推断出形成部分Te杂质相关的复合体深施主缺陷。