【摘 要】
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砷磷体系材料在电子迁移率方面具有很大优势,不同的材料组合拓宽了该材料体系。与锑结合的砷磷体系中波超晶格材料已经在红外探测方面有重大的应用,具体涉及到军事和部分民事领域;砷磷超晶格以高迁移率等优点非常适用于高速器件、激光器等。在材料生长方面,金属有机物化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)为两种主要的生长技术。相较于后者,MOCVD以高产能低功耗、适用于产业发展的优点吸引很多关注,但是采用
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砷磷体系材料在电子迁移率方面具有很大优势,不同的材料组合拓宽了该材料体系。与锑结合的砷磷体系中波超晶格材料已经在红外探测方面有重大的应用,具体涉及到军事和部分民事领域;砷磷超晶格以高迁移率等优点非常适用于高速器件、激光器等。在材料生长方面,金属有机物化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)为两种主要的生长技术。相较于后者,MOCVD以高产能低功耗、适用于产业发展的优点吸引很多关注,但是采用MOCVD生长材料也存在很多的挑战需要克服。所以,本文主要介绍了采用MOCVD生长技术优化生长中波InAsP/InAs Sb超晶格和短波InP/InGaAs超晶格,并采用一系列的表征手段测试材料质量,主要工作包含以下两个方面:1.提出了采用MOCVD生长无Ga且应力平衡的InAsP/InAsSb超晶格并探索了其作为红外吸收材料的可行性。首先采用k·p理论计算了 InAsP/InAsSb超晶格的带隙,发现其波长调节范围可以从中波红外到长波红外。然后通过MOCVD技术在InAs衬底上生长了 InAs0.8P0.2/InAs0.7Sb0.3超晶格。XRD测试结果表明InAs衬底峰与超晶格零级卫星峰的失配仅61 arcsec,即基本实现应力平衡;AFM测试材料表面形貌显示5×5 μm2范围内均方根粗糙度为0.4 nm;低温PL光谱显示较强的发光,峰位于3.3μm的中波红外波段,接近设计值。这些结果表明采用MOCVD生长应力平衡的InAsP/InAsSb超晶格作为红外探测材料具有较好的可行性和实用性。2.选择在InP衬底上生长InP/InGaAs短波超晶格。首先在InP衬底上生长InGaAs单层,XRD测试得到InGaAs的组分和生长速率分别为0.533和0.21nm/s,保持界面1(InP到InGaAs)生长条件不变,仅改变界面2(InGaAs到InP)的AsH3保护时间T1和PH3预流时间T2生长三个(20nm)InP/(10nm)In0.53Ga0.47As超晶格样品。显微镜和AFM分别观测到整洁的表面和台阶流模式的表面形貌;XRD测得三个样品分别存在-67 arcsec、-17 arcsec和-114 arcsec的晶格失配以及57 arcsec、54 arcsec和46 arcsec的负一级峰半高宽,周期厚度分别为30.58 nm、30.4 nm和30.68 nm,非常接近设计值。STEM测得样品的HADDF像清晰显示出完整的超晶格周期,周期厚度分别为31.17 nm、31.83 nm和31.14 nm。采用GPA分析材料界面处的应变,利用Vegard定律计算界面1可能成分为InAsP,界面2可能成分为InGaAsP。样品的EDS测试图像表明原子分数呈现稳定的周期变化,分别以P和As的原子分数变化计算界面厚度,经对比发现关闭P预流的超晶格样品具有最窄的界面,认为是该条件下减少了 P-As互换,有助于形成突变界面。
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