半导体异质结界面能带排列的实验研究

本文综述半导体异质结界面能带排列的实验研究情况。介绍了九种目前已成功用于这方面研究的实验方法,这包括C—V测试、光致发光谱测量和光电子能谱测量,并讨论了Al_xGa_(-x)As/GaAs、InAs/GaSb、Ge/Si和Ge/GaAs等几种典型系统的一些研究结果。     

GaAs/Ge的MOCVD生长研究

用常压MOCVD在Ge衬底上外延生长了GaAs单晶层,研究了GaAs和6e的极性与非极性材料异质外延生长,获得了质量优良的GaAs/Ge外延片,GaAs外延层X射线双晶衍射回摆曲线半高宽达16弧秒.10K下PL谱半峰宽为7meV.讨论了极性与非极性外延的界面反相畴问题和GaAs-Ge界面的Ga、Ge原子互扩散问题.     

位移损伤剂量法评估空间GaAs/Ge太阳电池辐照损伤过程

本文针对GaAs/Ge太阳电池,利用位移损伤剂量法研究了其在轨服役条件下的性能退化行为.首先在地面模拟辐照环境中,试验获得了在不同能量的电子和质子辐照下的电池性能随辐照注量的退化行为.基于上述实验结果以及计算获得的带电粒子在电池中的非电离能量损失(NIEL)获得了不同能量电子辐照位移损伤的等效指数n为1.7,电子损伤剂量转化为质子损伤剂量等效系数为5.2,并进一步建立了电池性能随位移损伤剂量的退化方程.利用该方法对国产GaAs/Ge太阳电池在500,22000和36000 km轨道带电粒子辐 关键词： GaAs/Ge太阳电池 辐照损伤 带电粒子 位移损伤剂量     

Molecular beam epitaxy growth of GaAs on an offcut Ge substrate

Molecular beam epitaxy growth of GaAs on an offcut Ge (100) substrate has been systemically investigated. A high quality GaAs/Ge interface and GaAs film on Ge have been achieved. High temperature annealing before GaAs deposition is found to be indispensable to avoid anti-phase domains. The quality of the GaAs film is found to strongly depend on the GaAs/Ge interface and the beginning of GaAs deposition. The reason why both high temperature annealing and GaAs growth temperature can affect epitaxial GaAs film quality is discussed. High quality In_0.17Ga_0.83As/GaAs strained quantum wells have also been achieved on a Ge substrate. Samples show flat surface morphology and narrow photoluminescence line width compared with the same structure sample grown on a GaAs substrate. These results indicate a large application potential for III--V compound semiconductor optoelectronic devices on Ge substrates.     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子辐照损伤效应

研究了1 MeV和1.8 MeV电子辐照下GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的辐照损伤效应.电学性能研究结果表明,GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的开路电压、短路电流和最大功率随辐照剂量的增加发生明显衰降,在1 MeV电子辐照下剂量为1×10¹⁵cm^-2时,与辐照前相比最大功率衰降了17.7%.暗I-V特性分析表明,高能电子辐照下三结电池串、并联电阻的变化是引起太阳电池电学性能衰降的重要原因.光谱响应分析结果表明,GaInP 关键词： GaInP/GaAs/Ge太阳电池 电子辐照 电学性能 光谱响应     

Bufferless Epitaxial Growth of GaAs on Step-Free Ge(001) Mesa

GaAs/Ge heterostructures have been employed in various semiconductor devices such as solar cells,high-performance CMOS transistors,and Ⅲ-Ⅴ/Ⅳ heterogeneous optoelectronic devices.The performance of these devices is directly dependent on the material quality of the GaAs/Ge heterostructure,while the material quality of the epitaxial GaAs layer on the Ge is limited by issues such as the antiphase domain(APD),and stacking-fault pyramids(SFP).We investigate the epitaxial growth of high-quality GaAs on a Ge(001) mesa array,via molecular beam epitaxy.Following a systematic study of the Ge terrace via an in situ scanning tunneling microscope,an atomically step-free terrace on the Ge mesa measuring up to 5 × 5 μm~2 is obtained,under optimized growth conditions.The step-free terrace has a single-phase c(4 × 2) surface reconstruction.The deposition of a high-quality GaAs layer with no APD and SFP is then achieved on this step-free Ge terrace.High-resolution transmission electron microscopy and electron channel contrast image characterizations reveal the defect-free growth of the GaAs layer on the step-free Ge mesa.Furthermore,InAs quantum dots on this GaAs/Ge mesa reveal photoluminescent intensity comparable to that achieved on a GaAs substrate,which further confirms the high quality of the GaAs layer on Ge.     

Two crucial factors influencing quality of GaAs on Ge substrate

High-quality GaAs films with fine surfaces and GaAs/Ge interfaces on Ge have been achieved via molecular beam epitaxy. The influence of low temperature annealing and low temperature epitaxy on the quality of the film when GaAs is grown on a （100） 6 ° offcut towards [111] Ge substrate are investigated by analyzing and comparing the GaAs films that are fabricated via three different processes. A low temperature annealing process after high temperature annealing and a low temperature epitaxy process after the initial GaAs growth play a vital role in improving the quality of GaAs film on a Ge substrate.     

质子辐射损伤对单结GaAs/Ge太阳电池暗特性参数的影响

基于p-n结暗特性双指数模型,对经质子辐射后的单结GaAs/Ge太阳电池的暗特性I-V曲线进行数值拟合,确定了单结GaAs/Ge太阳电池在辐射前后的四个暗特性特征参数,即串联电阻R_s、并联电阻R_(sh)、扩散电流I_(s1)和复合电流I_(s2).研究结果表明,质子辐射后单结GaAs/Ge太阳电池的R_s,R_(sh),I_(s1)和I_(s2)四个暗特性参数均发生显著变化.经低能质子辐射后,单结GaAs/Ge太阳电池的R_(sh)随位移损伤剂量的增加而减小,而R_s,I_(s1)和I_(s2)三个参数随位移损伤剂量的增加而增大,其中串联电阻随位移损伤剂量线性增加而与辐射质子能量无关.理论分析表明,上述参数的变化与质子辐射损伤区域分布有关.基区和发射区的损伤主要引起单结电池串联电阻和扩散电流的增加;结区的损伤导致并联电阻减小,复合电流增大.     

100 keV质子辐照对空间GaAs/Ge太阳电池光电效应的影响

利用空间环境模拟设备,用固定能量为100keV、注量为1×10⁹—3×10¹²cm^-2的质子,对空间实用GaAs/Ge太阳电池进行了辐照试验.利用伏安(I-V)特性、光谱响应和光致发光(PL)光谱测试,研究分析了电池的光电效应.试验表明,电池的各种电性能参数如短路电流(I_sc)、开路电压(V_oc)、最大输出功率(P_{m< 关键词： GaAs/Ge太阳电池 质子辐照 光电效应}     

高温处理工艺对低压MOCVD外延GaAs/Ge太阳电池的影响

采用自制的低压金属有机化学汽相淀积LP-MOCVD设备,在Ge衬底(100)面向(111)偏9°外延生长出GaAs电池结构,对电池材料进行了X射线衍射分析另外,对由此材料制成的太阳电池进行了性能测试,测试结果表明,Ge衬底的高温处理工艺对GaAs/Ge太阳电池的电流电压特性有一定的影响试验表明,在600～700℃之间高温处理效果较好。     

经验赝势法在GaAs/Ge,AlAs/GaAs和AlAs/Ge异质结能带排列理论计算中的应用

在异质结能带排列的理论计算中，采用经验赝势能带计算方法，并将平均键能Ｅ_m作为参考能级，计算了GaAs/Ge,AlAs/GaAs和AlAs/Ge三种异质结的整体能带结构和排序（包括价带、导带和带隙），获得完整且较准确的理论计算结果，其价带偏移ΔＥ_ｖ的计算值分别为０.５７，０.５０和１.０７ｅＶ．     

生长速率对低压MOCVD外延生长GaAs/Ge异质结的影响

采用自制的液相金属氧化物化学汽相沉积(LP-MOCVD)设备,在Ge(100)向(110)面偏9°外延生长出GaAs单晶外延层,对电池材料进行了X射线衍射测试分析,半峰宽为52″.讨论了外延生长参量对GaAs/Ge的影响,表明抑制反向畴不仅与过渡层有关,而且与GaAs单晶外延生长参量有关.适当的生长速率可有效地抑制反向畴的生长.     

FDTD法对二维正方格子光子晶体带隙的数值计算

通过optiFDTD模拟软件对二维椭圆柱构造的正方格子光子晶体的禁带特性进行了数值模拟。分别研究了在空气中椭圆介质(Ge,Si,GaAs)柱和在介质(Ge,Si,GaAs)中椭圆空气柱构造的二维正方格子光子晶体中椭圆柱的横轴半径和纵轴半径的大小,以及椭圆柱的不同旋转角度对光子禁带的影响;并计算出了在上述两种情况下的空气和介质中的最优结构参数。     

MOCVD生长GaAs高质量掺碳研究

利用低压金属有机化合物汽相淀积(LP-MOCVD)系统,通过调节生长参量和掺杂工艺,得到了晶格质量高、表面形貌好且空穴浓度从8×10¹⁷到4×10²¹可控的掺碳GaAs外延层,最后给出一应用实例-用重掺碳的GaAs材料做级联GaInP/GaAs/Ge太阳能电池的隧道结.     

ZnSe及ZnSe/GaAs异质结构中压力导致的直接禁带向间接禁带的转变

用经验赝势方法计算了体ZnSe以及ZnSe/GaAs单异质结系统中ZnSe外延层г、X、L等特殊对称点导带底能量随压力的变化。结果表明，同Si、Ge、GaAs等半导体材料不同，ZnSe的X点导带底具有正的压力系数，但比г点的压力系数小，这是ZnSe材料以及ZnSe基异质结构材料发生直接禁带向间接禁带的转变时所需转变压力较大的根本原因。研究了ZnSe/GaAs异质结构中晶格失配造成的应变对外延层г、X、L对称点压力系数的影响，表明这种晶格失配造成的应变可以极大地减小ZnSe外延层材料由直接禁带向间接禁带的转变压力。     

电子辐照下GaAs/Ge太阳电池载流子输运机理研究

通过地面模拟辐照试验获得不同能量电子辐照下GaAs/Ge太阳电池电学参数退化的基本规律, 在此基础上使用PC1 D模拟程序分析太阳电池内部的载流子输运机理, 建立不同能量的电子辐照下GaAs/Ge太阳电池中多数载流子浓度和少数载流子扩散长度随辐照粒子注量变化的基本规律. 研究结果表明: 多数载流子浓度和少数载流子扩散长度均随入射电子注量的增大而减小, 多数载流子去除率和少数载流子扩散长度损伤系数均随电子能量的增高而增大, 多数载流子去除效应和少数载流子扩散长度缩短分别是电池开路电压和短路电流退化的主要原因.     

In原子掺入对GaInNAs/GaAs单量子阱光致发光的影响

研究了In掺入GaNAs/GaAs单量子阱对其带间和低于带边发光性质的影响。实验结果显示,随着In浓度的增加,GaInNAs/GaAs量子阱带间发光得到改善,低于带边的发光强度大大地减小。这是由于GaInNAs合金生长在GaAs衬底上,为补偿In和N原子尺度的差异,N原子硬倾向于与In原子形成共价健。GaInNAs/GaAs单量子阱的光调制光谱证实了高能端发光峰来自来征的带边发光。     

能级构型对InAs/GaAs量子点电磁感应透明介质中光孤子存储的影响

基于现有的实验,利用不同频率的光脉冲耦合到InAs/GaAs量子点的不同能级之间可形成梯形、Λ形和V形等3类量子点电磁诱导透明介质.继而研究这三类能级构型InAs/GaAs量子点电磁诱导透明介质中的光孤子形成和存储性质,结果表明,梯形和Λ形InAs/GaAs量子点体系不但可形成光孤子还可以实现光孤子的存储与读取,且其所存储光孤子的保真度比光存储的保真度高;但V形InAs/GaAs量子点体系却不能形成光孤子,这是由于体系的非线性效应非常弱.有趣的是在相同的实验参数下,Λ形InAs/GaAs量子点体系所存储的光孤子幅度比梯形所存储的光孤子幅度大.这为半导体量子点器件对所存储光孤子进行调幅操作提供了理论依据.     

高速率沉积磁控溅射技术制备Ge点的退火生长研究

采用磁控溅射技术在Si衬底上以350?C沉积14 nm的非晶Ge薄膜,通过退火改变系统生长热能,实现了低维Ge/Si点的生长.利用原子力显微镜(AFM)和拉曼(Raman)光谱所获得的形貌和声子振动信息,对Ge点的形成机理和演变规律进行了研究.实验结果表明:在675?C退火30 min后,非晶Ge薄膜转变为密度高达8.5×109cm-2的Ge点.通过Ostwald熟化理论、表面扩散模型和对激活能的计算,很好地解释了退火过程中,Ge原子在Si表面迁移、最终形成纳米点的行为.研究结果表明用高速沉积磁控溅射配合热退火制备Ge/Si纳米点的方法,可为自组织量子点生长实验提供一定的理论支撑.