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文檔簡介
1、以 GaSb與AlSb為代表的6.1?銻化物半導(dǎo)體材料及其構(gòu)成的超晶格等低維結(jié)構(gòu)在中長波紅外探測領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景,銻化物外延生長中的表面擴(kuò)散以及 V族元素置換等材料問題在很大程度上制約著薄膜與低維結(jié)構(gòu)的表面與界面質(zhì)量。本文生長了GaSb薄膜、GaAs/GaAsSb超晶格與InAs/GaSb超晶格,研究了銻化物表面再構(gòu)對外延生長中薄膜形貌、缺陷形成、Sb/As置換以及表面偏析等的影響,設(shè)計(jì)并制備了基于InAs/GaSb超晶格的勢壘型
2、紅外探測器并分析了其光電性能。論文的主要研究內(nèi)容包括:
采用分子束外延制備了同質(zhì)與異質(zhì)GaSb薄膜,原子力顯微鏡圖像表明薄膜表面均呈現(xiàn)丘形形貌,并且沿]101[方向拉長。通過高分辨X射線衍射(HRXRD)研究了在 GaAs襯底上生長的GaSb異質(zhì)薄膜<110>方向的位錯密度、共格長度、晶面傾角與應(yīng)變弛豫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用AlSb緩沖層后,在]101[方向的位錯密度下降,應(yīng)變弛豫呈現(xiàn)各向同性。
結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,通過第
3、一性原理計(jì)算研究了Ga原子在GaSb(001)-(4×3)再構(gòu)表面的吸附與擴(kuò)散特性。研究發(fā)現(xiàn),再構(gòu)表面二聚體的類型以及排列方式?jīng)Q定著表面吸附點(diǎn)、鞍點(diǎn)的位置與吸附能。Ga原子在 GaSb(001)-(4×3)表面擴(kuò)散具有明顯的各向異性,]101[方向是表面的快速擴(kuò)散方向。另外,再構(gòu)表面晶胞平移基矢的研究表明,AlSb(001)-c(4×4)具有的較高對稱性使其相對(4×3)再構(gòu)不容易發(fā)生表面晶胞錯動,尤其沿]101[方向能有效的抑制異質(zhì)外
4、延中90°位錯網(wǎng)相對錯動而形成60°位錯。
通過 HRXRD與高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)分析了 Sb浸漬形成的GaAs/GaAsSb超晶格中的GaSb含量,觀察到了超晶格界面處Sb富集所引入局域態(tài)的光致發(fā)光。運(yùn)用熱力學(xué)估計(jì)了 Sb在超晶格表面發(fā)生吸附的條件。引入表面再構(gòu)模型研究了 GaSb覆蓋 GaAs(GaSb/GaAs)表面的Sb-for-As置換,發(fā)現(xiàn)在應(yīng)變的GaSb/GaAs表面上Sb原子置換具有弱Ga-As鍵
5、的As原子在能量上是占優(yōu)的。表面的Sb-for-As置換能穩(wěn)定GaAsSb層生長中Sb浸漬形成的GaSb,使其難以被后續(xù)GaAs生長引起的As-for-Sb所破壞。
采用sp3s*模型與最近鄰近似的經(jīng)驗(yàn)緊束縛方法計(jì)算了 GaSb、AlSb與InAs/GaSb超晶格能帶結(jié)構(gòu),分析了超晶格層厚、界面類型以及表面再構(gòu)引起的Sb偏析對超晶格能帶結(jié)構(gòu)的影響。擬合了77K下 AlSb的緊束縛參數(shù)并用于含有AlSb層的InAs/GaSb超晶
6、格(M型超晶格)的電子與空穴子帶帶邊、有效帶隙與有效質(zhì)量的計(jì)算。分析了勢壘層為AlGaSb的M型超晶格中Al組分變化對超晶格應(yīng)變與能帶結(jié)構(gòu)的影響。
采用分子束外延制備了 InAs/GaSb超晶格,通過 HRXRD、Raman散射與HRTEM分析了超晶格的應(yīng)變與界面結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)并制備了有源區(qū)為 InAs8/GaSb8,勢壘區(qū)為 InAs11/GaSb2/AlSb6/GaSb2超晶格的勢壘型紅外探測器。器件測試結(jié)果表明,90K下探測
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