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工作在3-5μm波段的红外光电器件,例如发光二极管、红外探测器、激光器等,在医药诊断、环境监测、地形勘探和航空航天等领域有重要应用。在Ⅲ-Ⅴ族半导体材料中,窄禁带半导体材料In As1-xNx和In As1-xSbx是制备红外器件的潜力材料。液相外延是一种近平衡态的材料生长方法,获得的薄膜晶格缺陷少,晶体质量高,非常适合应用于器件质量的In As1-xNx和In As1-xSbx材料的生长。我们采用液相外延技术制备In As1-xNx和In As1-xSbx薄膜,对其结构、光学和电学性质进行表征和分析。在材料生长的基础上进行In As Sb基p Bin型红外探测器制备。主要研究内容及研究进展如下:(1)改进液相外延生长设备。新设备实现了液相外延生长过程的自动化,电脑和直线电机控制的自动推舟取代了旧设备中的手动推舟,提高了推舟过程的平稳性和定位的准确性;衬底滑动的新石墨舟取代了熔源滑动的旧石墨舟,减小了生长过程中的扰动;在主控温系统之外添加了辅控温系统,延长了恒温区长度,增加了温场的稳定性;新气路系统实现了氮气和氢气的通断与切换的自动控制,正、负保压过程提高了整个系统的安全性。新液相外延设备大大提高了样品生长的可重复性和成品率,提高了外延薄膜的质量。(2)采用液相外延技术在In As衬底上生长In As1-xNx薄膜。通过优化液相外延生长参数和In N粉末的放置方式增加外延薄膜中的N元素含量。通过扫描电子显微镜(SEM)测试和原子力显微镜(AFM)测试分别对外延薄膜的截面形貌和表面形貌进行表征。通过高分辨X射线衍射谱(HRXRD)测试得到薄膜中的N元素含量最高达到0.66%,其摇摆曲线半高宽与In As单晶衬底的半高宽相差不大,外延薄膜的晶体质量较好。通过红外透射谱测试得到了外延薄膜的能隙,随着外延薄膜中N元素含量的增加,材料的能隙逐渐变小。(3)采用液相外延技术在In As衬底上生长In As1-xSbx薄膜。采用Sb元素含量较低的In As1-xSbx材料(x<0.10)作为缓冲层,生长Sb元素含量较高的In As1-xSbx材料(x>0.10)。通过HRXRD、SEM、透射电子显微镜(TEM)、红外透射谱、光致发光(PL)谱和椭圆偏振(SE)光谱测试对外延薄膜的结构性质、截面形貌、缺陷情况和光学性质进行表征和分析。外延薄膜的晶体质量较好,室温下透射谱截止波长达到4.6μm。(4)采用高温烘烤熔源材料和向熔源材料中添加稀土元素相结合的方法纯化In As1-xSbx材料。采用化学机械抛光的方法将In As0.94Sb0.06/In As样品中的In As衬底抛掉,消除导电衬底对In As0.94Sb0.06薄膜电学测试结果的影响。通过Hall测试对纯化后In As0.94Sb0.06薄膜的电学性质进行表征,研究分析不同的纯化过程对材料电学性质的影响。此外通过FTIR和PL谱测试对纯化后的In As0.94Sb0.06薄膜的光学性质进行表征,研究分析不同的纯化过程对材料光学性质的影响。(5)采用液相外延技术在n型In As衬底上生长In As Sb基p Bin器件结构。In As0.92Sb0.08作为缓冲层减小In As0.87Sb0.13吸收层中的位错与缺陷,宽能隙的In As0.67Sb0.14P0.19四元合金作为势垒阻挡层压制器件暗电流。通过HRXRD、SEM、TEM和PL测试等对器件结构中各组元的晶体结构、位错情况和光学性质进行表征和分析。最后对器件的电流电压特性和光电流响应特性进行测试和分析。