InAs-GaSb超晶格界面微觀結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、GaSb/GaAs薄膜及InAs/GaSb超晶格等GaSb基材料作為重要的光電功能材料在中遠(yuǎn)紅外探測(cè)等領(lǐng)域展現(xiàn)出了極大的應(yīng)用前景。本文主要研究了GaAs襯底上GaSb薄膜及InAs/GaSb超晶格材料的生長(zhǎng)方法及其缺陷分布、結(jié)構(gòu)特征和光電性質(zhì)。
　　本文系統(tǒng)研究了GaAs（001）襯底上GaSb薄膜的外延生長(zhǎng)方法。采用二步生長(zhǎng)法，引入低溫緩沖層提高了GaSb外延層的質(zhì)量。對(duì)GaSb低溫緩沖層的生長(zhǎng)速度、V/III比、厚度等進(jìn)行了分

2、析，得到了優(yōu)化的低溫GaSb緩沖層生長(zhǎng)參數(shù)：生長(zhǎng)速率為1.43μm/h，厚度為20nm，V/III束流比為3.0。通過引入低溫GaSb緩沖層，降低了GaSb薄膜生長(zhǎng)早期的溫度，控制了生長(zhǎng)初期島的粗化過程，有效抑制了60°失配位錯(cuò)的形成，從而降低了GaSb薄膜中的穿透位錯(cuò)密度。
　　開展了GaSb/GaAs薄膜的微觀結(jié)構(gòu)研究。透射電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，GaAs襯底上生長(zhǎng)的GaSb薄膜中存在著大量的位錯(cuò)，包括位于{111}滑移面內(nèi)的穿透

3、位錯(cuò)和界面處的失配位錯(cuò)。利用高分辨X射線衍射對(duì)在沿[110]方向4°斜切的GaAs襯底上生長(zhǎng)的GaSb薄膜中的位錯(cuò)分布進(jìn)行了研究，結(jié)果表明（111）滑移面上的穿透位錯(cuò)密度高于(111)面上的穿透位錯(cuò)密度，[110]方向的位錯(cuò)間距大于[110]方向上的位錯(cuò)間距。這是由GaSb薄膜中的應(yīng)力分布不均勻和GaSb島生長(zhǎng)的方向性決定的。另外，對(duì)斜切襯底引起的外延層中的錯(cuò)向角的大小和成因進(jìn)行了分析，指出了在外延生長(zhǎng)早期主要形成90°失配位錯(cuò)，而在隨

4、后的島的合并過程中才形成60°位錯(cuò)，進(jìn)而使錯(cuò)向角增大。
　　未摻雜GaSb/GaAs薄膜的霍爾測(cè)試結(jié)果表明，GaSb/GaAs薄膜呈明顯的p型導(dǎo)電特性，其77K下的空穴濃度為3.6×1015cm-3，霍爾遷移率為4200cm2v-1s-1，這主要與GaSb中高濃度的Ga反位缺陷有關(guān)。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，高溫退火能夠減少GaSb薄膜中的缺陷，降低載流子濃度，提高GaSb薄膜的遷移率。
　　采用Sb浸漬的方法，利用Sb/As置換反應(yīng)生

5、長(zhǎng)了高質(zhì)量的GaAs/GaAsSb超晶格，并對(duì)襯底溫度、Sb束流大小和Sb束流下暴露時(shí)間與超晶格中的Sb含量的關(guān)系進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著襯底溫度的提高，Sb的解吸附程度增加，使超晶格中的Sb含量下降，在Sb4束流作用下，Sb/As置換反應(yīng)很弱，僅局限在GaAs表面層中，因此對(duì)暴露時(shí)間和束流大小不敏感。
　　利用分子束外延方法生長(zhǎng)了InAs/GaSb超晶格，研究了生長(zhǎng)中斷和表面遷移增強(qiáng)（MEE）方法對(duì)超晶格材料的界面結(jié)構(gòu)的影