在(100)GaAs衬底上低温液相外延晶格匹配的In1-xGaxAs1-yPy层及其特性研究

介绍一种低温液相外延技术,可在650℃在GaAs衬底上生长晶格匹配和组份可重复的In1-xGaxAs1-yPy层。给出对外延层进行场发射扫描电镜观察、电子探针、X光双晶衍射、俄歇电子谱和光荧光测量得到的结果。结果表明外延层具有平坦的异质结界面和良好的晶体特性。同时研究了异质结界面的粗糙度和组份梯度变化区域的宽度和晶格失配率的关系。     

异质结构的应变和应力分布模型研究

基于组合杆的平衡条件，分别建立了晶格失配、热失配以及由两者共同导致的异质结构应变 和应力分布模型，并获得了异质结构的晶格失配应变、热失配应变、弯曲应变以及曲率半径 的分析解. 同时，运用所建的模型，计算了HgCdTe/CdZnTe异质结构的应变和应力分布.结果 表明：应力最大值均在界面处，而中性面仅是材料厚度和弹性参数的函数，与晶格失配、晶 格弛豫、热失配等参数无关，且该异质结构的曲率半径是衬底厚度的函数，随衬底厚度的减 小而减小，而要保证HgCdTe/CdZnTe器件在液氮温度下不发生断裂，衬底的厚度必须大于临界值. 关键词： 异质结构 应变分布模型 应力分布模型 晶格失配     

用卢瑟福背散射/沟道技术研究ZnO/Zn0.9 Mg0.1 O/ZnO异质结的弹性应变

利用卢瑟福背散射/沟道技术对射频等离子体辅助分子束外延法生长在蓝宝石衬底上的ZnO/Zn0.9Mg0.1O/ZnO异质结进行了组分分析,并得到了异质结弹性应变随深度的变化,应变由界面向表面逐渐释放,并由负变正,且在ZnO与Zn0.9Mg0.1O界面处轻微增大.负的应变是由于ZnO与衬底的晶格失配和热失配,而逐渐变为正值是Zn0.9Mg0.1O与ZnO的晶格常数差异及弹性应变的逐渐释放所致.     

半导体异质外延薄膜质量的X射线衍射检测方法

本文介绍了一种使用X射线宽角测角仪和双晶测角仪相配合的检测半导体异质外延薄膜的方法.其特点是快速且不损伤样品,特别适合大失配度的外延生长的条件试验检测,也可用于器件生产过程中的外延质量的监控.此法还可用于各种超晶格结构参数的测量.     

用卢瑟福背散射/沟道技术研究ZnO/Zn0.9Mg0.1O/ZnO异质结的弹性应变

利用卢瑟福背散射/沟道技术对射频等离子体辅助分子束外延法生长在蓝宝石衬底上的ZnO/Zn_0.9Mg_0.1O/ZnO异质结进行了组分分析，并得到了异质结弹性应变随深度的变化，应变由界面向表面逐渐释放，并由负变正，且在ZnO与Zn_0.9Mg_0.1O界面处轻微增大.负的应变是由于ZnO与衬底的晶格失配和热失配，而逐渐变为正值是Zn_0.9Mg_0.1O与ZnO的晶格常数差异及弹性应变的 关键词： 异质结 卢瑟福背散射/沟道 弹性应变 ZnMgO     

应变弛豫InGaAs/GaAs超晶格的X射线双晶衍射及形貌研究

应用X射线双晶衍射及双晶形貌术,对应变弛豫的InGaAs/GaAs超晶格作了研究,通过对双晶衍射摇摆曲线的计算机模拟,得到了超晶格的结构,应变弛豫机制,弛豫比,超晶格层与衬底的取向差等重要参数。从双晶形貌,得到了超晶格与衬底界面处和超晶格中的位错分布。 关键词：     

InGaAs/Si键合界面a-Si键合层厚度对InGaAs/Si雪崩光电二极管性能的影响

为从根本上阻断InGaAs/Si之间的失配晶格,获得低噪声的InGaAs/Si雪崩光电二极管,理论上在InGaAs/Si键合界面插入超薄a-Si键合层,彻底隔断键合界面异质晶格,同时保证InGaAs吸收层和Si倍增层超高的晶体质量和良好的电学传输.模拟了a-Si键合层厚度对InGaAs/Si雪崩光电二极管性能影响.由于...     

晶体相场法研究衬底小倾角对界面形态演化的影响

采用晶体相场模型模拟了异质外延过程中不同衬底倾角时外延层的生长过程,研究了较大晶格错配度(??10.0)时不同衬底倾角下外延层的生长形貌和界面平均厚度,分析了晶格失配和衬底倾角对外延层的影响。研究表明,在错配度较大时,随着衬底倾角的增大,外延层由层状生长(0°与1°)转变为岛状生长(2°)。     

薄膜界面粗糙对双晶摇摆曲线的影响

用X射线衍射动力学理论,模拟计算InP衬底上InGaAs/AllnAs超晶格和InGaAs单层膜的X射线双晶摇摆曲线,计算结果表明:薄膜界面粗糙对单层膜的衍射峰和超晶格的零级衍射峰影响较小,但却明显影响单层膜衍射干涉条纹和超晶格的±1级卫星峰,随着平均界面粗糙度的增大,单层膜衍射干涉条纹强度减弱并趋于消失;超晶格的±1级卫星峰变弱并逐渐展宽,理论计算的模拟双晶摇摆曲线与超晶格实验曲线比较表明:高质量匹配In_0.53Ga_0.47As(85?)/Al_{0.4 关键词：}     

CdS/CdMnTe太阳能电池异质结界面与光电性能的第一性原理计算

CdS/CdMnTe异质结是具有集成分立光谱结构的叠层电池的"核芯"元件,是驱动第三代太阳能电池发展的核心引擎,其界面相互作用对大幅度提高太阳能电池的转换效率至关重要.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算构建CdS (002), CdMnTe (111)表面模型及Mn原子占据不同位置的CdS/CdMnTe异质结界面结构模型,分析CdS (002), CdMnTe (111)表面及异质结界面的电子性质和光学性质.晶格结构分析表明, CdS/CdMnTe异质结的晶格失配度约为3.5%,弛豫后原子位置与键长均在界面处发生一定程度的变化.态密度分析发现异质结界面的费米能级附近不存在界面态,并且界面处的Cd, S, Te原子之间的轨道杂化可增强界面的结合能力.差分电荷密度分析显示,界面处发生了电荷的重新分配,电子由CdMnTe转移到CdS侧.光学分析显示, CdS/CdMnTe异质结主要吸收紫外光,吸收系数可达105 cm~(–1),但不同Mn原子位置的异质结光学性质也稍有差别.在200—250 nm范围, Mn原子位于中间层的异质结的吸收系数更大,但在250—900 nm范围内, Mn原子位于界面层的异质结吸收峰更高.本文合理构建了CdS/CdMnTe异质结模型,计算分析了其界面光电性能,可为提高叠层电池的光电转换效率提供一定的理论参考,为实现多带隙异质结的实验研究提供一定的理论依据.     

液封坩埚下降法生长非掺杂InP单晶的特性研究

用液封坩埚下降(LE-VB)法沿〈100〉晶向成功地生长了非掺杂InP单晶。LE-VB晶体的4.2K光致发光谱包含束缚于中性浅受主上的激子发光、与Zn受主相关的施主-受主(DA)对发光及其声子伴线、以及与本征缺陷等有关的深能级发光三部分。通过与液封直拉(LEC)生长的籽晶的光致发光谱比较表明,在LE-VB晶体中,束缚于中性浅受主上的激子发光与籽晶中的相差不大;DA对发光的晶格弛豫比籽晶中的小;与本征缺陷等有关的深能级发光强度比籽晶中的弱。晶体的室温光致发光谱仅包含带-带发光,其发光强度形貌测试结果表明,LE-VB晶体的带-带发光强度比LEC籽晶的强。用Huber法对晶片腐蚀的结果表明,在LE-BV晶体中,位错密度仅为LEC籽晶中的三分之一。分析认为,在LE-VB晶体中,本征缺陷和位错等浓度较低,可能是其带-带发光强度比在LEC籽晶中强的物理起因。     

直接键合的三结太阳能电池研究

本文研制了直接键合的三结GaInP/GaAs/InGaAsP太阳电池.直接键合技术可以减少晶格不匹配的材料在外延生长过程中产生的线位错和面缺陷,将缺陷限制在界面几十纳米的薄层而不向内扩散,是未来实现高效多结电池的发展趋势之一.此类电池国内鲜有报道.本文键合三结电池的键合界面采用p+GaAs/n+InP结构,得到电池开路电压3.0 V,在电池结构没有优化的情况下获得效率24%,表面未做减反膜.开路电压表明三结电池实现了串联,为单片集成的高效多结电池提供了新的途径.对实验结果进行了分析并给出了改进措施.     

SiGe/Si异质结缺陷的光致发光研究

本文用光致发光(PL)光谱对Si0.87Ge0.13/Si异质结的缺陷进行了研究。对PL光谱中与SiGe外延层应变驰豫产生的失配位错相关的D-Band进行了分析,发现应变驰豫同时在SiGe层和Si衬底中诱生了位错。由于在PL光谱中观察到了D1而没有观察到D2,因此D1,D2很可能并不对应于相同的位错。通过进一步的分析,我们推测引起SiGe/Si异质结的PL光谱中D-Band的位错的微观结构很可能和Si-Si相关。     

Au-Zn,TiPdAu电极对InGaAsP/InP双异质结发光管可靠性影响的研究

本文用AES研究了P-InP/TiPdAu热处理前后的界面特性,结果表明:TiPd层对Au的内扩散和In的扩散有阻挡作用。以TiPdAu作InGaAsP/InP双异质结发光管的p面电极、镀Au作热沉,采用In焊料,研究了器件的可靠性问题,在室温大气气氛中;70℃存储,70～80℃带电老化,三种条件下长时间考核结果表明:器件的I-V特性正常,末见正向压降明显变化。还比较了Au-Zn材料作p面电极用TiPdAu作肖脱基势垒限制层制成的器件和用TiPdAu作电极材料制成的深Zn扩散型器件在老化过程中的特性变化,后二种结构的器件,在长期老化过程中,有源区中有大面积DSD生长和增殖。     

p型Ga0.47In0.53AS接触层的生长

用过冷法在632-630℃生长了掺Zn的p型Ga0.47In0.53As接触层.研究了液相中Ga组分和Zn组分对GaxIn1-xAs/InP异质结晶格失配的影响,用一次外延技术生长了GaxIn1-xAs作接触层的GaInAsP/InP双异质结.     

1.3μmInGaAsP/InP DCC结构半导体激光器

用普通的LPE技术,严格控制两个有源区组分的匹配、各层掺杂浓度及生长条件,获得了1.3μm双载流子限制DCC结构半导体激光器(T0=150K)。此结构中第二有源区形成的势阱对热载流子具有二次限制作用,增加了第一个有源区泄漏和俄歇过程产生的过热载流子在第二有源区内辐射复合参与激射的机会;降低了这些热载流子进入限制层产生损耗的几率,提高了T0值,说明了DCC结构激光器阈值以下特征EL光谱半宽度与注入电流密度的关系并讨论了两个有源区组分匹配及薄夹层厚度对特征温度T0和阈值电流的影响。     

晶格失配对InAsxP1-x/InP发光特性的影响

采用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,在掺Fe的半绝缘InP衬底上制备了InAs_0.157P_0.843 外延层。利用变温光致发光研究了InAs_0.157P_0.843外延层在13~300 K温度范围内的发光特性,通过理论分析与计算,证实了在应力作用下InAs_0.157P_0.843外延层价带顶的轻重空穴带发生了劈裂,并研究了导带底与价带顶轻空穴带之间形成的复合发光峰在应力作用下随温度的变化规律。     

InGaAsP/InP双异质结发光管频响特性的研究

本文研究了光纤通信用1.3μmInGaAsP/InP双异质结发光管的频响特性。结果表明:器件有源区掺杂浓度;有源层厚度;注入电流;光谱特性;P-n结特性等因素,对发光管的频响特性有重要影响。老化前有源区DSD的存在与否对频响无明显关系。     

InGaAsP分别限制量子阱激光器

长波长InGaAsP量子阱激光器,以其低阈值、窄光谱线宽和高的调制频带宽等优良特性而成为大容量通信的基础。为此,我们利用低压MOVCD技术生长了1.62μm和1.3μm的InGaAsP材料,测得其77K光荧光(PL)谱线半峰高宽分别为18.7meV和28meV.利用X射线双晶衍射测得两种材料的晶格失配度不大于1×10^-3.并生长了四个不同阱宽的InGaAsP/InP量子阱结构,测得77K温度下的PL谱,分析了阱宽对发光波长及半峰宽的影响,并提出在量子阱激光器中减小界面层影响的方法。在此基础上,生长了分别限制量子阱激光器结构,并利用质子轰击制备出条形结构激光器,测得其最低阈值电流为100mA.直流工作光谱峰值波长为1.52μm左右,单面输出外微分量子效率约为36%.     

GaAs/AlGaAs异质结的界面束缚二维激子效应

本文讨论了GaAs/AlGaAs异质结界面的H线发光及其性能。用双晶X射线衍射及皮秒光致发光证明了H线与界面质量密切相关,并且有相似于激子跃迁的寿命行为。用限制于异质结界面势阱的二维电子(或空穴)与分布于GaAs边的三维空穴(或电子)组成的二维激子效应,解释了H线的实验结果。并讨论了不同外延生长的异质结与界面有关的发光行为。