【摘 要】
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GaInSb作为典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料,由于其电子迁移率高、带隙窄等优点,可广泛应用于探测器、激光器、光电通讯、集成电路、卫星导航等领域。但由于In元素存在较大的
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GaInSb作为典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料,由于其电子迁移率高、带隙窄等优点,可广泛应用于探测器、激光器、光电通讯、集成电路、卫星导航等领域。但由于In元素存在较大的偏析倾向,且制备工艺不够成熟使晶体中的位错密度等缺陷较多,GaInSb晶体的质量一直未得到显著地改善。本文将旋转磁场(RMF)施加于移动加热器法(THM)生长GaInSb晶体的实验过程中,利用旋转磁场引入的强迫对流以加强熔体的对流、换热和传质,提高固液界面温度分布、应力分布和溶质分布的均匀性,进而改善固液界面的形状,降低晶体中的成分偏析和位错等缺陷。研究了旋转磁场的频率和强度对GaInSb晶体质量和性能的影响,并使用X射线衍射仪(XRD)、能量色散光谱仪(EDS)、金相显微镜、霍尔效应测试仪、傅立叶变换红外光谱仪对晶体进行测试与表征,最终得出了最佳的生长条件和参数。本论文主要得到以下结论:(1)本实验将旋转磁场(RMF)施加于移动加热器法(THM)生长GaInSb晶体的实验过程中,使用自制的RMF-THM晶体生长炉制备了高质量的Ga0.86In0.14Sb晶体(φ25mm×100mm)。(2)旋转磁场显著地改善了GaInSb晶体的组织和性能,提高了晶体质量。施加旋转磁场后,晶体的表面平整度提高,结晶度提高;晶体固液界面的形状趋于平稳,In组分的偏析显著降低;晶体中的杂质和位错密度、孪晶等缺陷减少;晶体的载流子迁移率增大;红外透过率也有所提高。(3)通过研究旋转磁场强度对GaInSb晶体组织和性能的影响,得出的结论如下:随着旋转磁场强度的增大,晶体的结晶度提高。当旋转磁场的强度为25m T时,GaInSb晶体的2θ减小了0.191°,FWHM降低到96″。晶体中In元素的偏析降低,其中,In组分的径向偏析降至0.031 mol%/mm,轴向偏析降至0.038mol%/mm。GaInSb晶体的位错密度降低至5.295×103 cm-2。晶体中的固有缺陷和结构缺陷显著减少,生长晶向更加明确,生长晶向为(110)方向。晶体的电学性质得到改善,载流子迁移率增大至1.902×103 cm2(V s),电阻率降低至1.047×10-3Ω·cm。晶体的红外透过率升高,达到了39%。(4)通过研究旋转磁场频率对GaInSb晶体组织和性能的影响,得出的结论如下:随着旋转磁场频率的增大,晶体的结晶度提高。当旋转磁场的频率为50Hz时,GaInSb晶体的2θ减小了0.157°,FWHM降低到117″。晶体中In元素的偏析降低,其中In组分的径向偏析降至0.086 mol%/mm,轴向偏析降至0.04mol%/mm。晶体的位错密度降低至7.274×103 cm-2,且晶体中的杂质、孪晶、微裂纹等缺陷显著减少。GaInSb晶体的电学性质得到改善,载流子迁移率增大至1.709×103 cm2(V s),电阻率降低至1.377×10-3Ω·cm。当旋转磁场的频率为50Hz时,晶体的红外透过率达到了38%。
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