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InAsSb作为一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料,其具有带隙窄、电子迁移率高和稳定性好等特点,在微电子和红外探测领域有很大的应用前景。但是,高质量InAsSb外延膜的生长是比较困难的。本文对InAsSb外延膜的组分控制、材料物性和表面质量的优化等问题进行了深入的分析。 首先,对InAs的外延生长和材料物性进行了研究。通过研究GaAs衬底上InAs的晶体质量和电学性能随Ⅴ/Ⅲ比和生长温度的变化关系,找到了InAs外延生长的最佳条件。在480℃的生长温度下,随Ⅴ/Ⅲ比增加,InAs外延膜晶体质量变好,表面缺陷减少。 其次,在分子束外延生长时,对于含有多个Ⅲ族元素的化合物,ⅡⅢ族元素的组分可以由其生长速度的比值来精确控制。而含有两种以上Ⅴ族元素的化合物组分控制则较复杂,其组分不是完全依靠束流来决定,要考虑到它们的并入能力、生长温度、分子形态等因素。通过对生长动力学的研究得出了InAsSb外延膜中Sb组分与Sb4束流之间的关系,获得了双Ⅴ族外延材料组分控制技术。在此基础上,成功生长出了与GaSb衬底晶格匹配的InAsSb材料。 第三,通过使用XRD、SEM、AFM和霍尔测试仪等对GaSb和GaAs衬底上InAsSb样品的晶体质量、表面形貌和电学性能进行了表征。对于GaAs衬底上生长的InAsSb样品,随着样品中Sb组分的提高,外延膜的晶体质量变差,表面粗糙度增加,较大Sb组分的样品表面出现了一些缺陷。Sb组分增加引起的晶格失配对样品的电学性能产生很大影响。InAsSb样品的载流子浓度随着Sb组分的增加而增加。在室温和低温下样品的迁移率都随着Sb组分的增加先降低后增大,迁移率降低是由晶格失配变大引起的缺陷造成的。通过使用AlGaSb插层研究了p型GaSb衬底上不同组分InAsSb外延膜的电学性能。通过测试分析,对InAsSb的材料物性有了清晰的认识,制备了具有较低本底掺杂浓度的InAsSb外延材料。 最后,研究了晶格失配、生长温度、As压和In炉温度对GaSb衬底上生长的InAsSb外延膜表面质量的影响。对于与衬底间存在较大晶格失配的InAsSb外延膜,其表面存在明显的凹凸不平,这种形貌是由失配造成的应变弛豫引起的,而且这种不平整的表面易出现In滴。通过改变生长温度研究了InAsSb表面形貌和In滴的变化规律,在较低的生长温度下由于In原子迁移能力不足,易形成表面的不平整和较多的In滴。但过高的生长温度会形成InAsSb外延膜的相分离。所以,GaSb衬底上InAsSb外延膜的最佳生长温度是440-450℃。在一定生长温度下,随着As压的增大,InAsSb表面In滴逐渐减少。但是大As压会造成外延膜表面粗糙度升高。保持其它条件一定时,较高的In Tip温度有利于表面In滴的减少。