Ge衬底上GaInP2 材料的生长研究

采用自制的低压金属有机化学汽相淀积LP-MOCVD设备, 在(100)面偏(110)面 9°的Ge单晶衬底上外延生长了GaInP2材料,研究了生长温度 、Ⅴ/Ⅲ比、生长速率等生长参数对GaInP2材料的表面形貌和固相组分的影响.结果表明,当GaInP2材料的生长温度为650～680℃,生长速率为25～35 nm/min,Ⅴ/Ⅲ为180～220时,获得了满足级联电池的GaInP2材料.     

Effect of the Si-doped In0.49Ga0.51P barrier layer on the device performance of In0.4Ga0.6As MOSFETs grown on semi-insulating GaAs substrates

In0.4Ga0.6As channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) with and without an Si-doped In0.49Ga0.51P barrier layer grown on semi-insulating GaAs substrates have been investigated for the first time. Compared with the In0.4Ga0.6As MOSFETs without an In0.49Ga0.51P barrier layer, In0.4Ga0.6As MOSFETs with an In0.49Ga0.51P barrier layer show higher drive current, higher transconductance, lower gate leakage current, lower subthreshold swing, and higher effective channel mobility. These In0.4Ga0.6As MOSFETs (gate length 2 μm) with an In0.49Ga0.51P barrier layer exhibit a high drive current of 117 mA/mm, a high transconductance of 71.9 mS/mm, and a maximum effective channel mobility of 1266 cm2/(V·s).     

高In组分InGaNAs/GaAs量子阱的生长及发光特性

采用分子束外延技术(MBE)在Ga As衬底上外延生长高In组分(40%)In Ga NAs/Ga As量子阱材料,工作波长覆盖1.3~1.55μm光纤通信波段。利用室温光致发光(PL)光谱研究了N原子并入的生长机制和In Ga NAs/Ga As量子阱的生长特性。结果表明:N组分增加会引入大量非辐射复合中心;随着生长温度从480℃升高到580℃,N摩尔分数从2%迅速下降到0.2%;N并入组分几乎不受In组分和As压的影响,黏附系数接近1;生长温度在410℃、Ⅴ/Ⅲ束流比在25左右时,In_(0.4)Ga_(0.6)N_(0.01)As_(0.99)/Ga As量子阱PL发光强度最大,缺陷和位错最少;高生长速率可以获得较短的表面迁移长度和较好的晶体质量。     

GaInP材料生长及其性质研究

用常压MOCVD在半绝缘GaAs衬底上生长了Ga_xIn_1-xP(x=0.476～0.52)外延层,对外延层进行了X光双晶衍射、Hall和光致发光(PL)测试.77K下电子迁移率达3300cm²/V.s(浓度为1.4×10¹⁶cm^-3).载流子浓度随生长温度升高,随Ⅴ/Ⅲ比的增大而降低,并提出P空位(V_p)是自由载流子的一个重要来源,17KPL谱中,Ga_0.5In_0.5P(Tg=650℃,Ⅴ/Ⅲ=70)的峰能为1.828eV,半峰宽为19meV.另外,在1.849eV处还有一较弱的峰,GaInP峰能和其计算的带隙最大相差113meV,这可能与GaInP中杂质或缺陷以及其中存在有序结构有关.     

Zn杂质扩散诱导AlGaInP/GaInP量子阱混杂

杂质扩散诱导量子阱混杂技术可用于制作腔面非吸收窗口,提高大功率半导体激光器的输出功率.以Zn2As2为扩散源,采用闭管扩散方式,在550℃下对650 nm半导体激光器的外延片进行了一系列Zn杂质扩散诱导量子阱混杂的实验.实验发现,随着扩散时间从20～120 min,样品光致发光(PL)谱蓝移偏移增加,峰值波长蓝移53 nm;当扩散时间超过60 min后,样品的PL谱中不仅出现了常见的蓝移峰,同时还出现了红移峰,峰值波长红移32 nm.分析表明PL谱蓝移来自Zn扩散引起的AlGaInP/GaInP间的量子阱混杂;红移来自Zn杂质扩散对样品中Ga0.51In0.49P缓冲层的影响.还研究了扩散温度(550℃)和扩散时间对样品晶体品质的影响,并在理论上计算了AlGaInP/GaInP量子阱混杂巾的Al-Ga的互扩散系数.     

InGaAsSb/InP的MBE生长及特性

研究了InP基InGaAsSb外延材料受生长温度和Ⅴ/Ⅲ比的影响。实验中利用高能电子衍射(RHHEED)监测获得了合适的生长温度和Ⅴ/Ⅲ比,采用扫描电子显微镜 (SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线双晶衍射(XRDCD)和光致发光(PL)谱等方法研究了InGaAsSb薄膜材料的表面形貌、结晶质量和发光特性。通过控制生长温度和Ⅴ/Ⅲ比,获得了X射线衍射峰半峰全宽较窄的高质量的外延材料。     

张应变GaInP量子阱结构变温光致发光特性

对张应变GaInP量子阱激光器材料结构开展变温光致发光特性的研究,实验中激光器有源区为9nm Ga0.575In0.425P量子阱结构,采用N离子注入并结合730℃下的快速热退火处理来诱导有源区发生量子阱混杂.变温(10K～300K)光致发光特性研究表明:300K时,只进行快速热退火或者N离子注入的样品不发生峰值波长蓝移,N离子注入后样品在退火时发生波长蓝移,且蓝移量随退火时间的增加而增加;低温条件时,不同样品的光致发光特性差别较大,光致发光谱既有单峰,也有双峰,分析认为双峰中的短波长发光峰为本征激子的复合,长波长发光峰是由于有序区域中的电子与无序区域中的空穴复合引起.本研究可为半导体激光器长期工作可靠性和材料低温特性的相互关系提供一种新的研究思路.     

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.     

Si掺杂对AlGaInP/GaInP多量子阱性能的影响

采用LP-MOCVD技术在n-GaAs衬底上生长了AlGaInP／GaInP多量子阱红光LED外延片。以X射线双晶衍射技术和光致发光技术对外延片进行了表征,研究了Si掺杂对AlGaInP／GaInP多量子阱性能的影响。研究表明：掺Si能大大提高(Al0．3Ga0.7)0.5In0.5P／Ga0.5In0.5P多量子阱的发光强度。相对于未故意掺杂的样品,多量子阱垒层掺Si使多量子阱的发光强度提高了13倍,阱层和垒层均掺Si使多量子阱的发光强度提高了28倍。外延片的X射线双晶衍射测试表明,Si掺杂并没有使多量子阱的界面质量变差。     

退火对AlGaInP/GaInP多量子阱 LED外延片性能的影响

采用LP-MOCVD技术在n-GaAs衬底上生长了AlGaInP/GaInP多量子阱红光LED外延片.研究表明退火对外延片性能有重要影响.与未退火样品相比,460℃退火15min,外延片p型GaP层的空穴浓度由5.6×10¹⁸cm^-3增大到6.5×10¹⁸cm^-3,p型AlGaInP层的空穴浓度由6.0×10¹⁷cm^-3增大到1.1×10¹⁸cm^-3.但退火温度为780℃时,p型GaP层和p型AlGaInP层的空穴浓度分别下降至8×10¹⁷cm^-3和1.7×10¹⁷cm^-3,且Mg原子在AlGaInP系材料中的扩散加剧,导致未掺杂AlGaInP/GaInP多量子阱呈现p型电导.在460～700℃退火范围内,并没有使AlGaInP/GaInP多量子阱的发光性能发生明显变化.但退火温度为780℃时,AlGaInP/GaInP多量子阱的发光强度是退火前的2倍.     

GaAs衬底上生长的GaInP_2外延单晶薄膜的杂质污染研究

各种外延技术已被用来在ＧａＡｓ衬底上生长ＧａｘＩｎ１－ｘＰ外延单晶薄膜（ＧａＩｎＰ２／ＧａＡｓ）．很多文献认为,在ＧａＩｎＰ２／ＧａＡｓ生长过程中会被Ｃ杂质污染．我们用高灵敏的ＣＡＭＥＣＡＩＭＳ４Ｆ型二次离子质谱仪直接测量的结果表明,污染ＧａＩｎＰ２／ＧａＡｓ的微量杂质是Ｓｉ,而不是Ｃ．由ＧａＩｎＰ２／ＧａＡｓ在１．１７ｅＶ附近的光致发光峰的峰值随激发强度的变化形状表明了它应属于施主－受主对复合发光．进一步分析表明,施主为处在Ｇａ格位上的Ｓｉ杂质（ＳｉＧａ）,受主为Ｇａ空位（ＶＧａ）．     

InAs和InAs/GaSb异质结的MOCVD生长和表征

以三甲基铟(TMIn)、砷烷(AsH3)、三甲基镓(TMGa)和三甲基锑(TMSb)为源,用水平常压MOCVD技术,在较低的Ⅴ/Ⅲ比的条件下(1.5～4)于GaAs和GaSb衬底上成功地生长了InAs合金和InAs/GaSb异质结。实验表明,生长温度在500℃～620℃范围内,InAs外延生长是扩散控制的。在Ⅴ/Ⅲ比为2.5时,生长效率(相对Ⅲ族源)为3×103μm/mol.不掺杂InAs外延层为n型的,室温迁移率为2000cm2/V.s.InAs/GaSb异质结的12KPL谱为一个在375meV处较宽的与杂质相关的跃迁峰,和一个在417meV附近的几乎被杂质峰湮没的带边峰.     

稀土离子掺杂Ⅲ-Ⅴ族半导体的发光

稀土离子掺杂Ⅲ-Ⅴ族半导体的发光是近年来开展起来的新的研究领域.在GaAs,InP和GaP等材料中,用离子注入、LPE、MBE、MOCVD以及单晶生长等方法掺杂Er、Yb和Nd等稀土离子,得到了尖锐稀土离子的特征发光.这些发光来自占据正常立方格点和非立方格点的稀土离子的内部4f能级跃迁,其发光行为与掺杂条件关系很大.这种稀土一半导体材料已开始用来制备具有稳定发射波长的发光和激光器件.     

在MOCVD外延生长中Ⅴ/Ⅲ比对AlxGa1-xAs外延层中A1组分分布的影响

本实验首次观察到用MOCVD方法在GaAs基片上外延生长AlxGa1-xAs/GaAs薄膜结构时,生长中所用的Ⅴ/Ⅲ比对外延层中Al组份x的分布的影响.当Ⅴ/Ⅲ比较低时,外延层中的Al组份出现很明显的层状阶梯形三层分布:靠近基片的一层中x值较低,而在外延层的表面层中x值较高.随着生长中所用的Ⅴ/Ⅲ比增加时,Al组份的分布趋于均匀.利用GaAs的高温热分解和Ga、As离子在晶体中的热扩散及其对外延生长的影响,对这一现象作了初步解释.     

部分有序(AlxGa1-x)0.51In0.49P(x=0.29)合金的发光衰退过程

利用时间分辨光谱研究了(Al_xGa_1-x)_0.51In_0.49P合金的时间衰退过程,观察到载流子的转移过程和PL谱峰蓝移现象。这和变温发光谱中谱峰的Z-型依赖关系相吻合。这种现象明显表明了载流子的转移过程和子带的存在,证实了我们对超晶格带折叠效应的猜测。子带是由于有序结构的超晶格效应使导带的L带折叠到Γ带,载流子在时间衰退过程中从Γ带转移到L带。时间分辨光谱的蓝移现象同时也揭示了PL变温谱中谱峰反常蓝移现象的来源。     

镜泊湖水体水溶性有机物荧光特性研究

通过黑龙江省区域镜泊湖水体6个点位样品采集(样品号J1-J6),利用荧光检测技术,结合三维荧光光谱区域积分(FIR),研究了水溶性有机物(DOM)的荧光特性。传统荧光光谱显示J4和J5 DOM分子缩合度较高;三维荧光光谱显示J6点位DOM中类蛋白特征峰最为显著;对所有点位DOM的三维荧光光谱5个区域积分(A_Ⅰ,A_Ⅱ,A_Ⅳ：类蛋白区域;A_Ⅲ：类富里酸区域：A_Ⅴ：类胡敏酸区域)显示：所有点位DOM区域积分中A_Ⅴ区域占有比例最大,并且以J4和J5点位最高,J6点位最低。通过对腐殖酸区域(A_Ⅲ和A_Ⅴ积分比例之和)与类蛋白区域(A_Ⅰ,A_Ⅱ,A_Ⅳ积分比例之和)积分比值表明,J4(4.94)和J5(5.18)点位比值相近;J1(3.52)和J2(3.66)点位比值接近;最小值为J6点位(2.11)。综合以上分析证实,镜泊湖水体各点位DOM腐殖化程度为：J4,J5>J1,J2>J3>J6点位。