GaAs/InP异质材料及MESFET器件研究

用低压金属有机气相外延 (LP MOCVD)在InP衬底上生长出较高质量的GaAs材料 ,并对材料进行Raman、光致发光 (PL)谱的测试分析 ,结果表明在GaAs InP外延层中存在伸张应力致使Raman的LO模式的频率红移 ;PL谱峰较强 ,16K下测到GaAs的特征激子峰和杂质相关的激子峰 ,表明了GaAs外延层的晶体质量较好 .以此生长方法制备了金属 半导体场效应晶体管 (MESFET) ,其单位跨导可达 2 0 0ms mm .

在InGaAsP/InP双异质结构中的光弹效应及其对侧向光的限制作用

从理论上计算了厚度为 110 nm的 W0 .95 Ni0 .0 5 金属薄膜应变条在 In Ga As P/ In P双异质结构中形成的应力场分布 ,及由应力场分布引起的折射率变化 .在 W0 .95 Ni0 .0 5 金属薄膜应变条下半导体中 0 .2— 2μm深度范围内 ,由应变引起条形波导轴中央的介电常数 ε相应增加 2 .3× 10 - 1— 2 .2× 10 - 2 (2 μm应变条宽 )和 1.2× 10 - 1— 4.1× 10 - 2(4μm应变条宽 ) .同时 ,测量了由 W0 .95 Ni0 .0 5 金属薄膜应变条所形成的 In Ga As P/ In P双异质结光弹效应波导结构导波的近场光模分布 .从理论计算和实验结果两方面证实了 In Ga As P/ In

MOCVD法生长HgCdTe/CdTe/GaAs多层异质材料的特性研究

本文用多种方法分析MOCVD外延片的表面形貌、结晶性、界面和缺陷、组分和其均匀性,电、光性能。在15×15mm^2面积上,HgCdTe外延层表面形貌较好,为单晶。CdTe和HgCdTe外延层的半宽度为450弧度秒。界面平坦、清晰过渡层约0.12μm,几乎没有发现Ga、As的扩散,但局部有微观缺陷。X值可生长出0.1～0.8,均匀性△X=0.008,典型样品,77K下,电子浓废为1.4×10^(16)cm^(-3),迁移率为7.4×10~4cm^2/V·S,透过率约42％。

基于MOCVD的InP/GaAs异质外延生长

使用金属有机物气相沉积方法(MOCVD),在GaAs衬底上生长InP外延层.先在GaAs衬底上生长一层低温InP缓冲层,然后再生长InP外延层.通过比较不同缓冲层生长条件下的外延层晶体质量,发现在生长温度为450℃,厚度约15nm的缓冲层上外延所得到的晶体质量最理想;此外,外延层厚度的增加对其晶体质量有明显改善作用.实验在优化生长条件的同时,也考虑了热退火等辅助工艺,最后所获得的外延层的双晶X射线衍射(DCXRD)的ω/2θ扫描外延峰半高全宽(FWHM)值为238.5".

MOCVD法生长HgCdTe/CdTe/GaAs多层异质材料工艺研究

用自已设计的MOCVD设备,国产的DMCd和DETe金属有机源,采用变通的多层互扩散工艺生长了HgCdTe/CdTe/GaAs外延片,获得良好的n型HgCdTe外延层。研究了生长速率与温度的关系;组份与DMCd/DETe之比的关系;x值与汞源温度的关系。生长CdTe和HgCdTe外延层的衬底温度分别约为:370℃和420℃。汞源温度约为280℃,汞压约0.02atm。DMCd/DETe随生长x值不同而不同。气流在2.6～3.7cm/s之间。

ZnSe及ZnSe/GaAs异质结构中压力导致的直接禁带向间接禁带的转变

用经验赝势方法计算了体ZnSe以及ZnSe/GaAs单异质结系统中ZnSe外延层Γ、X、L等特殊对称点导带底能量随压力的变化。结果表明 ,同Si、Ge、GaAs等半导体材料不同 ,ZnSe的X点导带底具有正的压力系数 ,但比Γ点的压力系数小 ,这是ZnSe材料以及ZnSe基异质结构材料发生直接禁带向间接禁带的转变时所需转变压力较大的根本原因。研究了ZnSe/GaAs异质结构中晶格失配造成的应变对外延层Γ、X、L对称点压力系数的影响 。

硅基外延GaAs材料的力学仿真分析

Si,GaAs,Si基异质外延GaAs三种材料的基本力学特性各有不同,通过理论计算和ANSYS仿真得出相同条件下Si基异质外延GaAs材料中GaAs应力转化率是Si和GaAs材料的1.26倍左右,应力造成的位移系数略小于Si,远远小于GaAs,同时经过计算得出Si基异质外延GaAs材料的量程是GaAs材料的5倍,说明Si基外延GaAs材料不仅机械特性良好,而且还明显优于Si和GaAs,有更好的力电耦合效应需要的机械特性。

MOCVD生长A1_xGa_(1-x)P/GaAs异质外延层的结晶完整性初探

MOCVD生长的III V族异质外延材料的晶体结构完整性主要由生长时采用的源材料、衬底、温度、压力、流量以及反应器设计等因素所决定。为了获得具有优良光电性能的异质外延材料 ,需要对这些影响因素进行优化。AlxGa1-xP由于具有宽的禁带宽度、较低的本征载流子浓度和折射率 ,因此可以用于制作优良的光电器件。然而由于AlxGa1-xP与GaAs在晶格常数、热膨胀系数等物理化学性质上存在着差异 ,致使利用MOCVD在GaAs衬底生长的AlxGa1-xP外延层常常呈现较差的表面形貌以及内部存在大量缺陷。本文利用扫描电子显微镜、双晶X射线衍射、背散射分析技术对常压MOCVD生长的AlxGa1-xP/GaAs异质外延层的结晶完整性进行了初步研究。通过观察A1xGa1-xP外延层的表面形貌及双晶X射线衍射半峰宽 ,对外延生长温度和V/Ⅲ比进行了优化 ,利用背散射分析对外延层结晶完整性进行了初步表征。本文研究结果表明 ,虽然AlxGa1-xP与GaAs存在较大的晶格失配 ,但是仍然可以利用MOCVD在GaAs衬底上优化生长出具有良好结晶完整性的AlxGa1-xP外延材料。

分子束外延GaAs/Si异质结的生长和研究

使用自己研制的带有MBE系统的表面联合谱仪进行生长和研究GaAs/Si异质结。Si衬底经过重复氧化和去氧的化学腐蚀,随后热处理得到清洁完整的表面。Si上外延GaAs薄膜的生长过程是由低温、慢生长速率生成缓冲层和通常同质结外延两个阶段组成,通过RHEED、LEED、AES、喇曼散射和X光双晶衍射测量,对结果分析、讨论,表明生长的异质结是无C和O等杂质沾污的结晶材料,最初以岛状形式进行三维生长。形成的界面存在元素互扩散和3.83%晶格失配,从而导致GaAs外延层中有较大的缺陷密度。

图案化GaAs衬底外延InP局域表面成核层生长

使用光学显微镜、原子力显微镜和微区喇曼光谱对在纳球光刻图案化GaAs衬底的孔洞区进行金属有机化学气相沉积(MOCVD)进而对InP成核层进行了研究。实验结果表明,该局域表面InP的成核层生长和孔洞的大小、方向、位置关系不大,与MOCVD的生长条件相关。与渐变缓冲层生长相比,在InP的成核层中没有出现穿透位错,其结晶质量随着温度的升高而提高,但其表面粗糙度会随着温度的升高而增加,这个现象可能和它的3D岛状生长有关。AFM测试结果表明,提高V/III比可以在较低的温度下抑制其表面粗糙度降至纳米量级。微区喇曼光谱测试表明,在适当条件生长下可获得InP成核层的二维生长方式。该研究为进一步基于ART机理在二维图案化GaAs衬底开展InP异质外延研究奠定基础。

集电区阶梯缓变InGaAsP层的具有超高f＿（max）、f＿T的双异质结双极晶体管

本文用不同的发射极宽度和长度与集电极电流Ｉ＿ｃ和集电极－发射极问电压Ｖ＿ＣＥ的函数关系研究了集电区含ＩｎＧａＡｓＰ层、基区为Ｚｎ高掺杂的小尺寸ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＤＨＢＴ的高性能。结果表明，减小发射极宽度比减其长度能更有效地提高，０．８μｍ发射极金属条宽的ＤＨＢＴ在Ｉ＿ｃ＝４ｍＡ的小电流时，具有超出超高的ｆ＿（ｍａｘ）和ｆ＿Ｔ，其数值分别为２６７ＧＨｚ和１４４ＧＨｚ，ｆ＿（ｍａｘ）的增加归结为基区电阻和降低了的Ｂｃ结电容乘积的降低。

硅上异质外延材料和器件的研究动向

本文分别介绍了GaAs/Si、PTCDA/Si和YBCO/Si这三种以硅为基体异质材料的结构、特点、需解决的问题及其在半导体器件制备中的应用,同时也指出了它们今后的发展方向。

InGaAs/InGaAsP/InP等异质结构体材料最窄能带隙的实验确定

报道了几种典型的光压谱（ＰＶＳ） 和光荧光谱（ＰＬＳ）；比较了ＰＶＳ中吸收边Ｅα和ＰＬＳ中峰能值Ｅｐ 的关系；分析指出，最窄能带隙Ｅｇ＝ Ｅｐ－ １２ ＫＴ＝ Ｅα；理论分析和实验结果一致．

GaAs、GaP、InP等Ⅲ—Ⅴ族化合物的最新动向

化合物半导体,虽然发展缓慢,然而正在从工业研究阶段走向生产阶段。但是要达到目前硅那样的发展程度,仍存在不少技术上的问题。就现阶段来说,技术上期待解决的问题有:(1)增大体积降低成本;(2)实现低位错密度;(3)控制半绝缘晶体的杂质。兹分述如下: (1)增大体积降低成本,这不仅关系到大块体单晶本身,而且也关系到降低外延生长工艺和器件工艺的成本问题,所以对其要求是强烈的。硅作为化合物半导体的先行者,现在其直径已是3～4英寸,甚至还要超过4英寸,而GaAs和InP仅有2英寸左右,根据硅的经验,要使它们突破2英寸大关,就必须实现无位错化。

国内外异质结双极晶体管及其应用

本文主要叙述用各种材料制作的异质结双极晶体管的结构、特性及其应用情况。

基于低温In_xGa_(1-x)P组分渐变缓冲层的InP/GaAs异质外延

采用低温GaAs与低温组分渐变InxGa1-xP作为缓冲层,利用低压金属有机化学气相外延(LP-MOCVD)技术,在GaAs(001)衬底上进行了InP/GaAs异质外延实验。实验中,InxGa1-xP缓冲层选用组分线性渐变生长模式(xIn0.49→1)。通过对InP/GaAs异质外延样品进行双晶X射线衍射(DCXRD)测试,并比较1.2μm厚InP外延层(004)晶面ω扫描及ω-2θ扫描的半高全宽(FWHM),确定了InxGa1-xP组分渐变缓冲层的最佳生长温度为450℃、渐变时间为500s。由透射电子显微镜(TEM)测试可知,InxGa1-xP组分渐变缓冲层的生长厚度约为250nm。在最佳生长条件下的InP/GaAs外延层中插入生长厚度为48nm的In0.53Ga0.47As,并对所得样品进行了室温光致发光(PL)谱测试,测试结果表明,中心波长为1643nm,FWHM为60meV。

异质结晶体管的设计与性能

本文较详细地讨论了异质结晶体管的设计原理、材料选用和结构设计。在能带设计方面对宽发射区、缓变基区和多种收集区分别进行了讨论,比较了不同能带结构的优缺点。文章以晶体管的特征频率f_T和最高振荡频率f_(max)为例分析和比较了Ge/GaAs,Si/α-Si,GaAs/GaAlAs,InGaAsP/InP四种异质结晶体管的频率特性潜力。文章最后对目前常用的台面结构、平面结构、倒置结构作了介绍,并分析了它们的优缺点,简介了异质结的发展现状和发展方向。