气态源分子束外延Al_xGa_(1-x)As(x=0~1)材料中Si的掺杂行为研究(英文)

研究了Si在AlxGa1-xAs(0≤x≤1)中的掺杂行为.为比较Al組份对Si掺杂浓度的影响,在用气态源分子束外延生长(GSMBE)掺Si n型AlxGa1-xAs(0≤x≤1)的所有样品时,n型掺杂剂Si炉的温度恒定不变.用Hall效应测量外延层的自由载流子浓度和迁移率,用X射线双晶衍射迴摆曲线测量外延层的组份.测试结果表明,当AlxGa1-xAs中Al组份从0增至0.38时,Si的掺杂浓度从4×1018cm-3降至7.8×1016cm-3,电子迁移率从1900 cm2/Vs降至100 cm2/Vs.这与AlxGa1-xAs材料的Γ-X直接—间接带隙的转换点十分吻合.在AlxGa1-xAs全组份范囲内,自由载流子浓度隨Al组份从0至1呈“V”形变化,在X=0.38处呈最低点.在x>0.4之后,AlxGa1-xAs的电子迁移随Al组分的增加,一直维持较低值且波动幅度很小.

气态源分子束外延1.3μm VCSEL器件结构

采用气态源分子束外延(GSMBE)技术在InP(100)衬底上生长了InAsP/InGaAsP应变补偿量子阱为有源层和InP/InGaAsP分布布拉格反射镜(DBR)为上、下腔镜的垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构。通过湿法刻蚀和聚酰亚胺隔离工艺制作出了1.3μmVCSEL,器件在室温下可连续单模激射,阈值电流约为4mA。实验测得的VCSEL结构反射光谱包括高反射带和腔模等参数与传递矩阵法拟合的反射光谱相符合;边发射电致发光谱的增益峰与腔模位置一致。

短波红外InGaAs/InP光伏探测器系列的研制

采用气态源分子束外延方法及应用有源区同质结构及较薄的组分渐变InxGa1-xAs缓冲层,研制了波长扩展的InGaAs/InP光伏探测器系列,其室温下的截止波长分别约为1.9μm,2.2μm.和2.5μm.对此探测器系列在较宽温度范围内的性能进行了细致表征,结果表明在室温下其R0A乘积分别为765,10.3和12.7Ωcm2,比室温降低100K时其暗电流和R0A可改善约3个量级.瞬态特性测量表明此探测器系列适合高速工作,实测响应速度已达数十ps量级.

GSMBE InGaP/GaAs材料大面积均匀性研究

报道了气态源分子束外延 (GSMBE)技术生长的Φ5 0mm ,Φ75mmInGaP/GaAs材料的晶体完整性 ,组分均匀性和表面缺陷密度。用PhilipsX Pert′s四晶衍射仪沿Φ5 0mm ,Φ75mmInGaP/GaAs样品的x轴和y轴以 5mm间隔测量ω/2θ双晶摇摆曲线 ,获得沿x轴和y轴方向的晶格失配度分布和组分涨落分布。结果表明 ,用GSMBE生长的Φ5 0mm和Φ75mmIn0 .4 9Ga0 .51 P与GaAs衬底的失配度分别为 1× 10 - 4和 1× 10 - 5,组分波动Φ5 0mm沿x轴和y轴分别为± 0 .1%和± 0 .2 % ,Φ75mm <± 1%。表面缺陷密度在 1× 10～ 1× 10 2 cm- 2 。

以Si_3N_4作增透膜的Si基Ge量子点探测器的研究

设计并制作了以Si3N4作增透膜的Si基Ge量子点红外探测器.采用气态源分子束外延(GSMBE)方法在Si(100)衬底上生长了20层的自组织Ge量子点.在此基础上,流水制作了p-i-n结构的量子点红外探测器.为了提高探测器的响应度,采用Si3N4作为增透膜以增强探测器对入射光的吸收.用传输矩阵方法模拟的结果显示,185上nm厚的Si3N4增透膜可以使探测器在1310nm波长处具有较高的吸收率.根据此结果,用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法在探测器表面淀积了185nm的Si3N4.在室温下,测得量子点探测器在1.31μm处的响应度为8.5mA/W,跟没有增透膜的器件相比,响应度提高了将近30倍.

InGaAs/InP光伏探测器阵列钝化工艺及均匀性研究

通过对气态源分子束外延结合常规器件工艺研制的晶格匹配InGaAs/InP光伏型探测器阵列光响应和暗电流特性的表征和比较,研究了聚酰亚胺和氮化硅两种钝化工艺对阵列器件性能和均匀性的影响,并对两种不同钝化膜阵列器件后续封装的可靠性进行了比较和分析。实验结果表明,气态源分子束外延材料具有良好的均匀性;氮化硅钝化器件总体性能上优于聚酰亚胺钝化器件。引线封装实验显示,SiN钝化膜有较好的抗冲击和热稳定性,具有更好的工艺相容性。

GSMBE生长的用于研制HBT的SiGe/Si异质结材料

用 GSMBE法生长了 Si/ Si Ge/ Si异质结构材料 .采用双台面结构制造了 Si Ge/ Si NPN异质结晶体管 .在发射结条宽为 4μm,面积为 4μm× 1 8μm的条件下 ,其共发射极直流放大倍数为 75,截止频率为 2 0 GHz.给出了结构设计。

重碳掺杂p型GaAsSb的GSMBE生长及其特性

以四溴化碳(CBr4)作为碳掺杂源,采用气态源分子束外延(GSMBE)技术生长了InP衬底上晶格匹配的重碳掺杂p型GaAsSb材料.通过改变CBr4压力,研究了掺杂浓度在(1～20)×1019cm-3范围内的掺杂特性,得到的最大掺杂浓度为2.025×1020cm-3,相应的空穴迁移率为20.4cm2/(V.s).研究了不同生长温度对掺碳GaAsSb外延层组分、晶格质量和表面粗糙度的影响,结果表明480℃是生长优良晶格质量的最优温度.

2～3微米波段InP基无锑激光器和光电探测器

介绍了我们基于InP衬底采用无锑材料体系开展的2～3μm波段激光器及光电探测器方面的持续探索，包括采用赝配三角形量子阱方案的2～2．5μm波段I型InGaAs多量子阱激光器、采用虚拟衬底异变方案的2．5～3μm波段I型InAs多量子阱激光器、以及截止波长大于1．7μm的高In组分InGaAs光电探测器等，这些器件结构均采用GSMBE方法生长，其中2．5μm以下波长的激光器已实现了高于室温的CW激射并获实际应用，2．9μm波长的激光器也在热电制冷温度下实现了脉冲激射，含超晶格电子阻挡势垒层的截止波长2．6μm InGaAs光电探测器暗电流显著减小，此类光电探测器材料已用于航天遥感焦平面组件的研制．

波长延伸(1.7～2.7μm)InGaAs高速光电探测器的研制

采用气态源分子束外延方法和化合物半导体工艺研制了波长延伸的InGaAs探测器,其室温下的截止波长已由1.7μm拓展至2.7μm。对此探测器系列的特性进行了细致的测量表征,结果表明此类探测器十分适合在室温条件下工作,且在热电制冷温度下其性能可大为改观。瞬态特性测量结果表明此探测器系列可在高速下工作,实测响应速度已达数十ps量级,可以满足此波段激光雷达等方面的需要。

带有阶梯缓变集电区的InP/InGaAs/InP DHBT材料研究

设计并生长了一种新的InP/InGaAs/InP DHBT结构材料,采用在基区和集电区之间插入两层不同禁带宽度的InGaAsP四元系材料的阶梯缓变集电结结构,以解决InP/InGaAs/InP DHBT集电结导带尖峰的电子阻挡效应问题。采用气态源分子束外延(GSMBE)技术,通过优化生长条件,获得了高质量的InP、InGaAs以及与InP晶格相匹配的不同禁带宽度的InGaAsP外延材料。在此基础上,成功地生长出带有阶梯缓变集电区结构的InP基DHBT结构材料。

新结构InGaP/GaAs/InGaP DHBT生长及特性研究

设计并生长了一种新的InGaP/GaAs/InGaP DHBT结构材料,采用在基区和集电区之间插入n+-InGaP插入层结构,以解决InGaP/GaAs/InGaP DHBT集电结导带尖峰的电子阻挡效应问题。采用气态源分子束外延(GSMBE)技术,通过优化生长条件,获得了高质量外延材料,成功地生长出带有n+-InGaP插入层结构的GaAs基InGaP/GaAs/InGaP DHBT结构材料。采用常规的湿法腐蚀工艺,研制出发射极面积为100μm×100μm的新型结构InGaP/GaAs/InGaP DHBT器件。直流特性测试的结果表明,所设计的集电结带有n+-InGaP插入层的InGaP/GaAs/InGaP DHBT器件开启电压约为0.15V,反向击穿电压达到16V,与传统的单异质结InGaP/GaAs HBT相比,反向击穿电压提高了一倍,能够满足低损耗、较高功率器件与电路制作的要求。

GaAs/AlAs DBR的GSMBE优化生长及表征

采用气态源分子束外延(GSMBE)技术优化生长了GaAs/AlAs分布布拉格反射镜(DBR)材料,并用X射线衍射(XRD)及反射光谱对其生长质量进行了表征。结果表明,采用5s间断生长的GaAs/AlAs DBR材料质量和界面质量优于无间断生长,并且10对GaAs/AlAs DBR的质量优于30对,说明DBR对数越多,周期厚度波动越大,材料质量越差。优化生长得到的30对GaAs/AlAs DBR的反射率大于99%,中心波长为1316nm,与理论设计结构的模拟结果基本一致,可用作1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL)直接键合的反射腔镜。

探究GSMBE制备GaAsBi薄膜中生长条件对Bi浓度的影响

为了探究GaAsBi薄膜生长中生长条件与Bi浓度的关系,我们利用气态源分子束外延(GSMBE)技术,通过改变每个GaAsBi单层的生长温度、AsH_3压和Bi源温度,在半绝缘GaAs(100)衬底上生长GaAsBi的多层结构。通过二次离子质谱(SIMS)及透射电镜X光谱(EDX)测试得出:GaAsBi中Bi的浓度随着生长温度的升高而降低,且生长速率越慢表面偏析和再蒸发严重,可导致Bi浓度下降趋势更明显;Bi浓度随着AsH_3压的升高而减小,在As_2和Ga束流比在0.5~0.8之间几乎成线性变化,远不如固态源MBE敏感;此外,Bi源温度升高,Bi掺入的浓度也会增大,但是当生长温度大于420℃时,Bi就很难凝入。

GSMBE生长的非均匀多纵模量子点激光器

报道了InAs/GaAs量子点激光器GSMBE生长,激光器器件有源区包含了层叠的5层InAs量子点微结构。AFM显微图像显示相同生长条件下的未覆盖表层量子点样品呈现出不均匀的多模尺寸分布。制作了脊条宽为6μm,腔长为1.5 mm的未镀膜激光器器件,器件室温连续工作的最大输出功率达到51.1 mW(单面),最高工作温度70℃。激光光谱包含一系列非均匀的多纵模簇,且随着电流的增加,纵模簇个数也增加。经分析认为,光谱的这一不同于常规半导体激光器的性质是由量子点的非均匀性以及量子点之间互不关联性导致的,是多个互相无关联的不同特性激光的集体行为。

激光器件 半导体激光器

TN248．4 2005064083 气态源分子束外延1．3 μm VCSEL器件结构=1．3μm vertical-cavity surface-emitting laser structure grown by GSMBE[刊．中]/刘成(中科院上海微系统与信息技术研 究所,信息功能材料国家重点实验室．上海(200050)),吴 惠桢…∥功能材料与器件学报．-2005,11(2)．-173- 176。

我国研究人员对短波红外InGaAs探测器研究提出创新性结构

中科院上海微系统与信息技术研究所科研人员针对波长扩展器件中InGaAs线性缓冲层对所需探测光有较强吸收，不利于阵列规模提高及同质Dn结不利于探测性能提高的问题，依据其在Ⅲ-V族化合物半导体材料与器件及分子束外延技术方面多年积累的经验和优势，结合气态源分子束外延的特点和优势提出了一种创新的普适宽带缓冲层和窗口层结构并申请了国家发明专利（200710041778．7）。

中科院上海微系统所短波红外研究获突破

针对波长扩展器件中InGaAs线性缓冲层对所需探测光有较强吸收不利于阵列规模提高和同质pn结不利于探测性能提高的问题，依据微系统所在Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体材料与器件及分子束外延技术方面的多年积累和优势，结合气态源分子束外延的特点和优势，中科院上海微系统与信息技术研究所的科研人员提出了一种创新的普适宽带缓冲层和窗口层结构（并申请了发明专利200710041778．7）。