第三代半导体Ⅲ族氮化物的物理与工程——从基础物理到产业发展的典范

以氮化镓(GaN)为代表的Ⅲ族氮化物属于宽禁带半导体,即通常所谓"第三代"半导体材料。作为Si、Ge以及传统Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体之后的新一代半导体材料,GaN具有更大的禁带宽度、更高的击穿电场、更稳定的物理化学性质等优异特性,已经成为半导体研究极为重要的领域和国家重大研究方向。尽管Ⅲ族氮化物的晶体质量与传统半导体材料相比仍然有很大差距,但并不妨碍Ⅲ族氮化物及其量子结构在光电器件及电子器件中的广泛应用,围绕GaN及其他相关氮化物半导体的研究和开发,在物理与工程方面都具有极为特殊的意义,是基础物理研究和产业化应用结合的典范。     

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中的深能级杂质缺陷

本文综述了近十多年以来对Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中深能级杂质缺陷的研究工作。讨论了深能级杂质缺陷对Ⅲ-Ⅴ族化合物材料与器件的性能的重要影响。介绍了结谱法、光致发光与电子自旋共振等几种研究深中心的方法在研究Ⅲ-Ⅴ族化合物时的某些特点。评述了对砷化镓、磷化镓和磷化铟及某些Ⅲ-Ⅴ族混晶中的一些深中心所取得的研究成果。     

基于半导体材料微纳波导全光逻辑门的研究进展

全光逻辑门是全光计算以及全光信号处理系统中关键的光子器件.随着互补金属氧化物半导体(COMS)工艺的发展,基于半导体材料微纳波导全光逻辑门已经成为集成光学领域中的重要方向;尤其是硅基光子集成器件在近些年成为了国际研究热点.文章主要对基于绝缘体上的硅(SOD)和Ⅲ-Ⅴ族化合物材料不同波导结构(马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer)微环谐振腔和条形波导结构)的全光逻辑门的研究进展进行了介绍,并且在器件的工作速率和功耗方面,分别对上述基于SOI和Ⅲ-Ⅴ族化合物材料三种不同波导结构的全光逻辑门进行了分析和比较.     

Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体器件的硫钝化

Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体的表面钝化是一个长期未能完满解决的问题．８０年代后期出现的硫钝化技术给钝化研究注入了活力．文章对有关硫钝化技术使Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体器件性能得到的改善以及所存在的问题进行了综述．     

长波长光探测器在光纤通信中的应用

本文以Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体雪崩管为基础,评述长波长光探测器的材料系、结构、特性和目前能达到的水平及其在光纤通信中的应用。1975年美籍中国学者谢肇金首创了长波长1.2~1.7微米波段的最佳光源一长波长     

GaAs1—xPx晶体生长

最近Ⅲb—Ⅴb族化合物半导体做为注入型发光元件材料,已被广泛地应用。其中最引人注意的可见发光材料是Ga_1—xAlxAs、GaAs_1—xPx、GaP等含Ga的化合物半导体。从晶体生长方法,发光区域的形成方式以及发光特性来看,这些化合物都具有自己     

基于Ⅲ-Ⅴ与Ⅱ-Ⅵ族半导体材料色散特性的高灵敏度慢光干涉仪

分析了Ⅲ-Ⅴ与Ⅱ-Ⅵ族半导体材料的光学特性,证明半导体慢光介质不但可以提高干涉仪的光谱灵敏度,而且可以获得远大于气体慢光介质的工作光谱范围.实验证明,基于慢光介质GaAs的干涉仪光谱灵敏度相对于传统的干涉仪提高约3.2倍. 关键词： 干涉仪 非线性光学 Ⅲ-Ⅴ与Ⅱ-Ⅵ族半导体材料     

在Al2O3衬底上GaN的APMOCVD生长

含氮Ⅱ一Ⅴ族化合物(包括GaN、AIN、InN和GaAIN)是直接带隙半导体材料,它们的禁带宽度可以从1.9eV到6.2eV,是目前最重要的蓝光半导体材料,不仅适合制作从可见光到紫外波段的光电器件,例如蓝光发光二极管、激光器和光电探侧器,而且可用于制作耐高温、大功率的电子器件.特别是利用APMOCVD技术在蓝宝石衬底上制备GaIV单晶膜取得突破性进展,并且制作了高亮度发光二极管后[1],Ⅱ-Ⅴ族含氮化合物半导体材料受到广泛重视.     

Ⅲ-Ⅴ化合物的范德华外延生长与应用

Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料体系带隙涵盖范围广、载流子迁移率高,非常适宜用来制备发光二极管、激光器、高电子迁移率晶体管等光电子器件。在异质衬底上进行Ⅲ-Ⅴ化合物的共价外延时,只有外延层与衬底层间的晶格失配度较小时才能获得高质量外延层,而范德华外延已被证实可以有效放宽外延层与衬底层间晶格失配与热失配要求,有利于外延层的应力释放与质量提高,同时也易于外延层从衬底上剥离转移,为制备Ⅲ-Ⅴ化合物基新型光电子器件提供了便利。本文对二维(2D)材料、Ⅲ-Ⅴ化合物在石墨烯上的范德华外延过程以及使用范德华外延制备的Ⅲ-N基光电子器件的各项研究进行了讨论分析,并对其前景进行了展望。     

稀释磁性半导体

稀释磁性半导体是指Ⅱ－Ⅵ族、Ⅳ－Ⅵ族、Ⅱ－Ⅴ族或Ⅲ－Ⅴ族化合物中，由磁性过渡族金属离子或稀土金属离子部分地替代非磁性阳离子所形成的新的一类半导体材料。这类材料的突出特点是磁性离子磁矩和能带电子自旋之间存在交换相互作用。由此引起材料性质发生一系列重要变化。本文系统介绍这类材料的各种物理性质，包括能带结构，ｓｐ－ｄ和ｄ－ｄ交换作用，磁性质和自旋玻璃特性，光学和磁学性质，输运特性等。最后简单介绍这类材料     

CdSnAs_2的基本反射光谱

A~(Ⅱ)B~(Ⅳ)C_2~Ⅴ三元化合物,作为一类具有应用前途的新型半导体材料,近来引起了人们的注意。这是因为它们在物理化学性质、电学性质等方面与相应的等电子系列的Ⅲ-V族化合物半导体有很多相近的地方。特别是 CdSnAs_2 已被人们作了较多的研究,由于具有高值迁移率而受到极大的重视(霍尔迁移率μ_e=22000—25000厘米~2/伏·秒)。     

稀释磁性半导体

稀释磁性半导体是指Ⅰ—Ⅵ族、Ⅳ—Ⅵ族、Ⅱ—Ⅴ族或Ⅲ—Ⅴ族化合物中,由磁性过渡族金属离子或稀土金属离子部分地替代非磁性阳离子所形成的新的一类半导体材料。这类材料的突出特点是磁性离子磁矩和能带电子自旋之间存在交换相互作用。由此引起材料性质发生一系列重要变化。本文系统介绍这类材料的各种物理性质,包括能带结构,ｓｐ—ｄ和ｄ—ｄ交换作用,磁性质和自旋玻璃特性,光学和磁光性质,输运特性等。最后简单介绍这类材料的应用前景。     

褶皱状蜂窝结构的单层二维材料研究进展

以石墨烯为代表的二维材料具有新颖的物理特性和潜在的应用前景.但石墨烯的零带隙限制了它在半导体器件中的应用,寻找新的半导体型替代材料成为当前的一个研究热点.作为黑磷的单层,磷烯具有褶皱状蜂窝结构.它具有可调直接带隙、高载流子迁移率和面内各向异性等独特的性质,引起了人们的广泛关注.磷烯的发现开辟了Ⅴ族二维单层材料的研究领域.本文首先着重介绍具有黑磷结构的五种单元素二维材料(氮、磷、砷、锑和铋)的结构、合成和物理性质.其次,讨论了一些类黑磷结构的二元二维材料,包括Ⅳ-Ⅵ族化合物、Ⅴ-Ⅴ族化合物.这些材料具有独特的晶体对称性,通过改变结构以及维度可以实现对性质的调控.最后指出了一些当前需要解决的问题,并对这些二维半导体材料未来可能的应用前景进行了展望.     

侵蚀法测定碳化硅结构极性的研究

碳化硅作为一种高温半导体材料和受激光发射材料,其表面的性质是很重要的。由于SiC的极性,它的两个(0001)面,即两个c面(硅面和碳面)无论在物理性质或是在晶体生长的某些习性上都会有显著的区别。不少人曾试图用各种方法判别SiC的两种c面,但至今尚未见有一种是方便而可靠的。一般用于判别极性晶面的方法有X射线反常吸收法、侵蚀法和生长外形分析法。X射线反常吸收法已成功地用于一些Ⅲ-Ⅴ族的半导体,如InSb,GaAs中,但因碳和硅原子序数低,吸收限波长大,而难于应用。     

RIE技术制备p—n结型GaN蓝光LEDs

自从Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ等人成功地制备了ＧａＮ／ＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮ蓝、绿光ＬＥＤｓ以来,ＧａＮ及其相关化合物的材料生长和器件工艺得到了广泛地研究．由于ＧａＮ材料不同于传统的Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体材料,因此其器件的加工工艺,如欧姆或肖特基接触的形成、...     

GaAs太阳电池的现状

自从前几年出现能源危机以来,太阳光作为“无污染”的能源引起了人们的注意,仅在这数年内,关于太阳光发电的研究就得到了飞速发展。但是,使用太阳电池大规模发电还是十年以后的计划,目前正处在探讨Si以及Ⅲ—Ⅴ族,Ⅱ—Ⅵ族化合物太阳电池的性能和经济前景以及今后发展方向的时期。本文针对Ⅲ—Ⅴ族化合物,尤其是GaAs系太阳电池的以前研究过程、现状和今后应该发展的技术等,展望GaAs太阳电池的将来。     

半导体超晶格

超晶格材料是用现代薄膜生长技术制成的一种新型材料,它在过去的自然界中从未存在过,是一种完全新的人工制造的晶体. 1970年,美国IBM公司的江崎玲于奈(L.Esaki)和朱兆祥首次在GaAs半导体上制成了超晶格结构[1].以后,半导体超晶格的研究工作得到了很快的发展,不仅研制出GaAs和各种Ⅲ-V族化合物超晶格材料,而且Ⅳ-Ⅳ族、Ⅱ-Ⅵ族、Si超晶格以及非晶态半导体超晶格等也已相继出现,有一些已经获得实用,做成了相当重要的微电子和光电子器件.半导体超晶格以及与之相联系的异质结中的许多物理现象,特别是低维物理现象已引起了人们广泛的兴趣.近…     

CuHg_2Ti型Ti_2Cr基合金的电子结构、能隙起源和磁性研究

利用第一性原理计算方法,研究了CuHg2Ti结构下Ti2CrK(K=Sb,Ge,Sn,Sb,Bi)系列合金的电子结构、能隙起源和磁性.研究发现:Ti2CrK(K=Si,Ge)合金是普通半导体材料;Ti2CrK(K=Si,Bi)合金是亚铁磁性半金属材料,其半金属性能隙受到Sb和Bi原子s态的直接影响;Ti2CrSn合金是完全补偿的亚铁磁性半导体.基于Ti2CrSn合金两个自旋方向上的能隙起源不同,通过Si和Ge替换掺杂同族Sn元素调制能隙的宽度,获得了完全补偿亚铁磁性自旋无能隙材料;通过Fe和Mn替换掺杂过渡族Cr元素获得了一系列半金属材料.Ti2Cr1-xFexSn和Ti2Cr1-xMnxSn合金都具有亚铁磁性.所研究的这些半金属性合金的分子磁矩Mtotal与总的价电子数Zt服从Mtotal=Zt-18规则.     

气流混合对生长GaN：Si膜性能影响的研究

用金必有机化学气相沉积技术在三种不同型号的反应管中生长了GaN:Si膜。通过对样品的光电及结晶性能的分析，研究了气流混合时间不同对GaN:Si膜性质的影响。结果表明：合理的Ⅲ、Ⅴ族气流混合对提高GaN:Si膜的光电及结晶性能很重要。Ⅲ、Ⅴ族气流混合太早，气流混合时间长，GaN:Si膜的黄带与发射强度之比较大，X射线双晶衍射半高宽；Ⅲ、Ⅴ族气流混合太晚，尽管可减少预反应，但气流混合不均匀，致使GaN:Si膜的发光性能及结晶性能变差。使用Ⅲ、Ⅴ族气流混合适中的反应管B生长、获得了光电及结晶性能良好的CaN:Si单晶膜。     

发光二极管特性的测定

为了使人们进一步对发光二极管应用技术的发展有所了解,本文叙述了与用户和生产单位都有关系的元件特性测试法。作为具体的例子,主要以三菱电机制造的红色发光二极管ME112为例来说明。 发光二极管是利用半导体物质作为材料,伴随p—n结的少数载流子注入而发光的半导体元件。 作为这种料材的半导体物质有多种,但是,现在实用的料材有Ⅲ-Ⅴ族的GaAs、GaP,与此相同还有Ⅲ—Ⅴ族AlAs和GaAs的混晶