低位错密度4 inch GaSb(100)单晶生长及高质量衬底制备

采用液封直拉法(LEC)生长了4 inch直径(100)GaSb单晶并进行了衬底晶片的加工制备.通过优化热场,可重复生长出非掺和掺Te 整锭(100)单晶,单晶锭的重量为5~8 kg, 成晶率可达80;以上.4 inch(100)晶片大部分区域的位错腐蚀坑密度小500 cm-2,其(004)双晶衍射峰的半峰宽为29弧秒,表明晶片衬底的完整性相当好.晶体生长过程中固液界面较为平坦,因而晶片表现出良好的横向电学均匀性.经研磨和机械化学抛光,制备出具备良好平整度和表面粗糙度的开盒即用衬底晶片.通过控制本征受主缺陷浓度和掺杂浓度,制备出具有良好近红外透光率的n型GaSb单晶衬底.     

4 inch低位错密度InP单晶的VGF生长及性质研究

采用高压垂直温度梯度凝固法(VGF)生长了非掺、掺硫和掺铁的4 inch直径(100)InP单晶,获得的单晶的平均位错密度均小于5000 cm-2.对4 inch InP晶片上进行多点X-射线双晶衍射测试, 其(004)X-射线双晶衍射峰的半峰宽约为30弧秒且分布均匀.与液封直拉法(LEC)相比, VGF-InP单晶生长过程的温度梯度很低,导致其孪晶出现的几率显著增加.然而大量晶体生长结果表明VGF-InP晶锭上出现孪晶后,通常晶体的生长方向仍为(100)方向,这确保从生长的4 inchVGF-InP(100)晶锭上仍能获得相当数量的2~4 inch(100)晶片.由于铁在InP中的分凝系数很小,掺Fe-InP单晶VGF生长过程中容易出现组份过冷,导致多晶生长.通过控制生长温度梯度及掺铁量,可获得较高的掺铁InP单晶成晶率.对VGF-InP单晶的电学性质、位错密度及位错的分布特点、晶体完整性等进行了研究.     

富磷熔体生长InP单晶的均匀性研究

采用原位磷注入合成法在高压单晶炉内合成富磷的磷化铟(InP)熔体,并利用液封直拉法(LEC)生长出了掺硫及掺铁单晶材料.分别用快速扫描光荧光谱技术(PL-Mapping)、扫描电镜和傅里叶红外光谱对富磷单晶样品进行了研究.结果表明,在富磷条件下拉制的InP单晶会出现孔洞,致使在孔洞周围及远离区域晶体结晶质量和晶格常数存在差异,并且孔洞的存在会造成杂质分布的不均匀性.由于孔洞附近区域具有较高浓度的缺陷,而缺陷对杂质的吸引作用致使孔洞附近区域杂质浓度较远离孔洞区域有所增加.     

LEC法生长富磷掺铁InP单晶晶格应变与残留应力研究

运用原位磷注入合成法在高压单晶炉内合成富磷的InP熔体,并利用液封直拉法(LEC)生长出了3英寸富磷掺Fe的InP单晶.运用高分辨率X射线衍射技术、偏振差分透射谱测试技术、光致荧光谱技术对富磷掺Fe的InP晶片进行了结构、应力及发光特性测试.结果表明,晶格的应变导致了PL发光峰峰位的变化,晶格应变与残留应力测试结果相一致,说明材料生长过程中的热应力是导致样品晶格常数分布不均匀的主要因素.     

无位错Te-GaSb(100)单晶抛光衬底的晶格完整性

采用液封直拉(LEC)法批量生长的直径2英寸(1英寸=2.54 cm)n型Te-GaSb(100)单晶的位错腐蚀坑密度(EPD)通常低于300 cm^-2,达到无位错水平。本文利用X射线摇摆曲线以及倒易空间图(RSM)对这种GaSb单晶抛光衬底的晶格完整性和亚表面损伤情况进行了分析表征,结果表明经过工艺条件优化的化学机械抛光处理,GaSb单晶衬底表面达到原子级光滑,不存在亚表面损伤层。利用分子束外延在这种衬底上可稳定生长出高质量的Ⅱ类超晶格外延材料并呈现出优异的红外探测性能。在此基础上,对CaSb衬底材料的物性、生长制备和衬底加工条件之间的内在关系进行了综合分析。     

不同pH值下磷酸二氢铵(ADP)溶液成核过程研究

利用全程摄像的方法测定了不同情况下ADP过饱和溶液的诱导期,研究了不同pH值、不同温度的ADP过饱和溶液的成核过程,讨论了pH值、温度和过饱和度S等因素对诱导期的影响.结果表明:改变pH值后,在同一过饱和度下,溶液的稳定性在不同温度间差异较小,更利于晶体在较高的温度下稳定快速的生长;改变pH值后,溶液在整个过饱和度范围内更趋向于均匀成核.根据经典均匀成核理论,针对ADP溶液均匀成核的状况计算出了不同pH值和温度下的固-液界面张力、临界成核功等成核参数,并从上述参数的相互比较中得到了改变pH值后溶液稳定性变强的微观原因.最后通过对表面熵因子的计算,确定了ADP晶体的微观生长机制为连续生长模式.     

Ce∶CdGd2(WO4)4单晶的生长和发光性能研究

以高温固相反应法合成了Ce∶ CdGd2 (WO4)4和CdGd2(WO4)4多晶料原料,采用提拉法生长出了Ce∶ CdGd2(WO4)4和CdGd2(WO4)4晶体.测量了紫外可见透过光谱、光致激发和荧光发射光谱、拉曼光谱以及紫外光激发下的衰减时间,并进行了相互比较.结果表明,生长出的单晶透过性良好,Ce∶ CdGd2(WO4)4晶体吸收边有红移.在激发波长为320 nm光激发下,荧光发射光谱的峰均位于525 nm,Ce∶CdGd2(WO4)4和CdGd2(WO4)4的衰减时间分别为1.4μs和1.5μs.     

NaGd(MoO4)2单晶及其钕离子掺杂的晶体生长和性能分析

使用提拉法生长了φ15 mm ×40 mm的掺Nd3+∶NaGd(MoO4)2以及纯的NaGd(MoO4)2晶体,通过XRD分析了晶体的结构.测量了晶体的TG-DSC曲线以表征晶体的热学性质,晶体的熔点为1182℃,比热为0.51 J/g·K.测量了晶体的拉曼光谱,其拉曼频移为886 cm-1.研究了Nd3+∶NaGd(MoO4)2的吸收光谱和荧光光谱,在806 nm谱带的吸收截面为3.862 × 10-19 cm2,半高宽为17 nm.在1058 nm处的发射截面为2.900×10-20 cm2.运用J-O理论,获得振子强度参数(Ω2,Ω4,Ω6),跃迁几率,荧光分支比,辐射寿命等参数.     

钇铝石榴石晶体固液界面形状的研究

本文描述了引上法〈111〉方向生长的钇铝石榴石晶体固液界面纵横截面的形状特征.研究表明,透过系数大的钇铝石榴石晶体,存在一个发生界面反转的临界转速ω1,透过系数小的掺质钇铝石榴石晶体,临界转速扩展为ω2-ω3的范围,在这个范围上可生长出平界面的晶体.还有一个临界转速ω4(ω4<ω2),晶转大于ω4时,凸、平、凹三种界面的晶体在固液界面的边缘都有一个与转速有关的微凸的边缘区.横截面略呈三角形,从锥状体的尖到底有三条突出的脊,脊间有三条沟.研究了与固液界面形状有关的晶体光学不均匀性.     

一水甲酸锂单晶生长和(110)面边界层的全息研究

本文合成一水甲酸锂原料,选择适宜生长条件,用水溶液法培育出完美一水甲酸锂单晶(LFM).利用全息相衬干涉显微术对(110)面边界层特性进行实时观测和研究.实验表明,在自然对流情况下,边界层内折射率梯度分布函数Δn(x)和浓度分布函数Cx(x)为指数形式;另外,体过饱和度与晶面过饱和度之间呈指数关系.     

Investigation of morphology evolution of the In‐rich inclusions and the corresponding defects in InP single crystals

Submicron, micron and millimeter‐scale In‐rich inclusions with different polyhedral morphologies are observed, which are directionally embedded in the InP matrix along <011> direction. The arrangement direction and morphological change of the In‐rich inclusions at different scales are investigated to reveal their morphology evolution. The relative size of the facets ({100} and {111}_P/In) bounding the polyhedral In‐rich inclusions is different from the reported results in other crystals, especially when the size of In‐rich inclusions is up to millimeter‐scale. The growth rate dispersion effect and the initial morphologies of the In‐rich droplets have an obvious effect on the final shape of the In‐rich inclusions. Dislocation enrichment surrounding the In‐rich inclusion is observed, which is contributed to the volume expansion of liquid‐solid phase transition and the difference of the thermal expansion coefficient and thermal conductivity between In‐rich droplet and InP matrix. The size and shape of the dislocation enriched region are closely related to the size and shape of the originating In‐rich droplet and the growth condition.     

陶瓷单晶(100)基底上外延生长Pt薄膜

用对靶溅射技术在MgAl2O4 (100) (MAO) 和SrTiO3 (100) (STO)单晶基底上制备Pt薄膜.基底温度为700℃时,Pt薄膜外延生长为(200)取向,Pt/STO 薄膜的电阻率很低,而Pt/MAO 薄膜表现出高电阻特征.此外,Pt (50nm)/La0.67Ca0.33MnO3 (50nm)/STO的制备和研究表明,在包括庞磁电阻材料的器件设计中,Pt是一种较好的电极材料.     

Large area lateral overgrowth of mismatched InGaP on GaAs(111)B substrates

Application of InGaAs/InGaP double‐heterostructure (DH) lasers increases the band offset between the cladding layer and the active layer more than the use of conventional 1.3 µm InGaAsP/InP lasers. As a first step in realizing 1.3 µm InGaP/InGaAs/InGaP DH lasers, we proposed InGaP lattice‐mismatched epitaxial lateral overgrowth (ELO) technique and successfully carried out the InGaP growth on both GaAs (100), (111)B and InP (100) substrates by liquid phase epitaxy. In this work, we grew the InGaP crystal on GaAs (111)B substrate by adjusting Ga and P composition in In solution, to obtain In_0.79Ga_0.21P (λ = 820 nm) virtual substrate for 1.3 µm InGaAs/InGaP DH lasers. To grow the InGaP all over the lateral surface of the substrate, the growth time was extended to 6 hours. The amount of InGaP lateral growth up to 2 hours was gradually increased, but the lateral growth was saturated. The InGaP lateral width was about 250 µm at the growth time of 6 hours. We report the result that optical microscope observation, CL and X‐ray rocking curve measurements and reciprocal lattice space mapping were carried out to evaluate the crystal quality of the grown InGaP layers. (© 2005 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

大尺寸高质量GaSb单晶研究

采用垂直布里奇曼法(VB法)生长2英寸GaSb单晶,分析了GaSb多晶产生的原因,即GaSb原料与覆盖剂中残留水分发生化学反应生成氧化镓残渣,残渣吸附在坩埚内壁导致GaSb多晶形成.通过增加覆盖剂除水工艺,成功生长出2英寸高质量GaSb单晶.此外,研究了单晶内部位错分布特点,结果显示GaSb晶体具有较低的位错密度,EPD≤500 cm-2;同时,对晶体进行XRD摇摆曲线测试,其FWHM值为27 arcsec,表明晶体质量较高;此外,对晶体进行了电学性能测试,结果显示制备的GaSb晶体呈P型导电,晶体迁移率为610 cm2/V·s,载流子浓度达到了1.68×1017cm-3.     

Structural Characteristics of Epitaxial Low-Temperature Grown {InGaAs/InAlAs} Superlattices on InP(100) and InP(111)A Substrates

Crystallography Reports - The structural characteristics of {InGaAs/InAlAs} superlattices, grown by molecular-beam epitaxy (MBE) at a temperature of 200°C on InP substrates with the...     

大尺寸优质声光晶体TeO2的生长

采用坩埚下降法生长了二氧化碲(TeO2)声光晶体,从原料角度分析了散射、云雾状云层等缺陷的形成,研究了晶体开裂和晶体结构的关系,从而确定了晶体生长最佳工艺条件为生长速率<0.6mm/h,固液界面的温度梯度约为45°C/cm,沿<110>方向生长可减少开裂.获得了尺寸大于55×55×120mm3的优质TeO2晶体,并测试了晶体的性能.