透射电子显微学在半导体材料科学中的应用

本文介绍了将透射电子显微学应用于半导体材料科学研究中的几个典型课题中所取得的研究结果,展示出从体单晶到超薄、多层异质结材料,从平面型异质结到非平面异质结材料的广泛领域中所获取的关于材料中"微区"、"微量"、"微观结构"的全方位信息,说明了透射电子显微学在半导体材料科学中起到的独特重要作用,而且随着半导体材料的日新月异的发展,其重要性将日趋明显。

半导体材料发展现状与趋势

本文共分四个部分。第一部分从材料是人类社会发展的物质基础与先导着手,对作为现代信息社会支柱的微电子和光电子高技术产业的核心和基础的半导体材料在国民经济建设。社会可持续发展以及国家安全中的战略地位和作用进行了分析。第二部分首先分析了硅单晶在现代微电子技术中所起的主导地位和下一世纪初所遇到的挑战;进而对以GaAs、MnP等为代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料和以它们为基的超晶格量子阱材料、硅基GeSi合金材料和宽带隙半导体材料等目前所达到的水平和发展趋势进行简单讨论。第三部分,将对近年来新兴起的前沿研究领域低维（一维、零维）半导体微结构材料和固态量子器件研制所取得的进展、存在问题和发展趋势作一评述。最后一部分,结合国情和我国在该领域发展水平和地位,提出了发展我国半导体材料的战略设想。

用于泵浦固体激光器的大功率半导体激光材料及器件实用化研究

本课题采用分子束外延技术,生长高质量的大功率半导体激光器材料,并制备高性能的大功率半导体激光器器件,提供给八六三项目的其它课题,制做大功率半导体激光光纤耦合模块,为全固态绿、蓝光激光器系统提供高性能的泵浦源。 经过近5年的研究,在大功率半导体激光器材料生长和器件制备方面取得了很大进展。(1)研制出的808nm,大功率量子阱激光器材料阈值电流密度低(300～400A/cm^2),发光波长准确(808.7±3.0nm)均匀性比较高。(2)

掺硅氮化镓材料的MOVPE生长及其性质研究

研究了用金属有机物气相外延（ＭＯＶＰＥ）方法在蓝宝石衬底上生长掺硅氮化镓的生长方法．发现了在硅烷掺杂剂流量较高的情况下，氮化镓的电子浓度趋于饱和现象．研究了掺硅氮化镓的电学、光学、结晶学以及表面形貌等物理性质．

粒子束辐照在AlGaAs/GaAs量子阱材料中引入的深能级缺陷

Al1 xGaxAs/GaAs量子阱材料在高速和高频电子器件有着广泛的应用 ,研究其辐照效应及其辐照引入的深能级缺陷直接关系着高速高频器件在空间技术中应用的稳定性 ,由于人造卫星运行所穿透的宇宙范·艾伦辐射带中核辐射主要来自电子束及质子束 ,因此本工作以电子、质子辐照为主研究其引入的深能级缺陷。采用传统的分子束外延 (MBE)方法在GaAs衬底上生长具有量子阱的AlGaAs/GaAs材料 ,包括单量子阱(SQW )和多量子阱 (MQW )样品。用静电加速器对样品进行电子束辐照实验 ,电子束能范围为 0 .4～ 1.8MeV ,注量为 1× 10 13～ 1× 10 16 cm- 2 。用高压倍加器进行质子束辐照 ,质子束能量范围为 2 0～ 130MeV ,注量为 1× 10 11～ 1× 10 14 cm- 2 。为进行深能级瞬态谱 (DLTS)的测量 ,以样品n+ GaAs衬底上的铟作为欧姆接触 ,在样品正面蒸上50 0 μm左右的金点作为肖特基势垒 ,使用IBMPC计算机作为数据采集和处理系统的匈牙利Semitrap公司生产的高灵敏度锁相深能级瞬态谱仪DLS 82F进行DLTS测试 ,测量灵敏度为△C/C～ 10 - 5,测量的温度范围为 77～380K ,采用温度和频率扫描二种途径并通过Arrheninsplots验证有关深能级位置 ,而能级的俘获截面则通过改变样品上所加的脉冲宽度来获得。辐照前后的样品均经过深能级?

刻槽硅衬底上的GaAs/AlGaAs超晶格材料的微结构特性

用分子束外延在有刻槽的{001}硅衬底上生长了 GaAs/Al_(0.3)Ga_(0.7)As超晶格材料,利用横断面透射电子显微术对非平而异质结的生长行为和微观结构进行了观察.研究结果表明硅衬底上刻槽的几何形状对外延层的微缺陷特性及生长行为有一定影响,和Si{001}晶面相比,Si{113}可能是一个有利于生长半导体异质结的晶面.

In_(0.5)Ga_(0.5)P/GaAs材料系中有序结构的研究

利用光致发光（ＰＬ），横截面透射电子显微镜（ＸＴＥＭ）对金属有机物气相外延（ＭＯＶＰＥ）生长的Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ／ＧａＡｓ材料系中的有序结构进行了研究。实验结果指出：（１）材料中有序畴的尺寸，形状及分布特性极大地依赖于材料的生长条件；（２）材料的光学性质和结构性质有密切关系。文中提出了一个物理模型，认为有序Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ材料是一种具有可变带尾态的Ⅱ型量子阱材料。

黄昆X射线漫散射的实验研究

本文描述了黄昆X射线漫散射的实验方法及其所需的实验条件,并利用它研究了离子注入CaAs中点缺陷所引起的黄昆散射,在同一GaAs晶片上的不同部分分别注入Mo和Er,浓度均为1×10^(15)cm^(-2),注入电压为500keV,经850℃退火30分钟后分别在77K的条件下进行黄昆散射测量,实验观测到注入Er元素比Mo元素引起的黄昆散射要强,这一结果表明Er元素在GaAs中大多处于间隙状态,而Mo元素在GaAs中大多处于替换状态.

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si的XPS研究

利用X射线光电子能谱深度剖析方法对ZnO/Si异质结构进行了分析 .用该法可生长出正化学比的ZnO ,不过生长的ZnO薄膜存在孔隙 ,工艺还有待进一步改进 .

氮化镓缓冲层生长过程分析

研究了用金属有机物化学气相外延（ＭＯＶＰＥ）在蓝宝石上生长氮化镓（ＧａＮ）缓冲层的生长速率随生长温度（５００～６００℃）的变化关系．用原位激光反射厚度测量方法，发现生长温度、三甲基镓和氨气的摩尔流量、以及源进入双层反应室的模式都对生长速率有影响．提出了生长过程的微观模型，解释了ＭＯＶＰＥ生长ＧａＮ缓冲层过程中观察到的现象．

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si的研究

利用 X 射线衍射(XRD),X 射线摇摆曲线(XRC)和 X 射线光电子能谱(XPS)分析方法对氧离子束辅助激光淀积生长的 ZnO/Si 异质结薄膜进行了分析。结果表明:用该法可生长出高度 c 轴单一取向 ZnO 薄膜,XRC 的半高宽度(FWHM)仅为2.918°。表明此生长方法经优化,可生长出单晶质量很好的 ZnO/Si 薄膜。

MBE生长的PM－HEMT结构中深电子陷阱及其钝化／消除

应用ＤＬＴＳ、ＳＩＭＳ和ＰＬ技术详细研究ＭＢＥ生长的ＰＭ－ＨＥＭＴ结构中深能级．样品的ＤＬＴＳ谱表明在ＰＭ－ＨＥＭＴ结构的ｎ－ＡｌＧａＡｓ层里存在着较大浓度和俘获截面的深电子陷阱，其能级位置分别位于导带下的０．６４ｅＶ和０．７９ｅＶ处．ＳＩＭＳ和ＰＬ谱表明深电子陷阱与ＡｌＧａＡｓ层里的氧含量和光致发光（ＰＬ）响应有直接的联系．它们影响ＰＭ－ＨＥＭＴ结构的电性能．应用氢等离子体对深电子陷阱进行处理，结果表明，在一定条件下，ＰＭ－ＨＥＭＴ结构样品里的深电子陷阱能有效地被钝化／消除．

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO／Si的XPS探究

为了探究ZnO/Si内部化学成分及有关信息,用氧离子束辅助(O+-assisted)脉冲激光淀积(PLD)法在不同实验条件下生长成ZnO/Si(111)样品.利用X射线光电子能谱(XPS)对长成的ZnO/Si异质结构进行了异位测试.通过对O1s峰及其肩状结构进行拟合、分析,得到了原子数密度比n(O)∶n(Zn),进而探究了原子数密度比与生长质量的关系.结果表明,用氧离子束辅助PLD法,可在较低的衬底温度190℃和适当O+束流条件下,生长出正化学比接近于1,且c轴单一取向最佳的ZnO/Si薄膜.用氧离子束辅助PLD淀积法生长ZnO薄膜,可以改善缺氧状况,能提供一个富氧环境.

氧离子束辅助PLD法生长ZnO/Si的XPS研究

利用X射线光电子能谱(XPS)深度剖析方法对ZnO/Si异质结构同一典型样品的不同部位进行了分析。讨论了同时刻(厚度)样品的生长情况及所说明的问题。提出要使样品生长得更理想,应做到使DIBD系统连续工作。

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si薄膜深度剖析

对于在Si(111)上用氧离子束辅助(O+-assisted)脉冲激光淀积(PLD)生长的ZnO薄膜,用X射线光电子能谱(XPS)深度剖析方法对长成的样品进行了异位测试,分析了导致各峰峰位能移的因素;通过异位与原位XPS谱图的比较,指出O+-assistedPLD法生成的ZnO薄膜中存在孔隙;指出生长出的ZnO薄膜中含Si成分的厚度不超过18nm;同时探讨了在长成的ZnO/Si上继续生长GaN薄膜的可行性.

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si纯ZnO相的研究

通过X射线光电子能谱(XPS)深度剖析方法对ZnO/S i异质结构进行了分析。结果表明:用该法可生长出正化学比的纯ZnO相,脉冲激光淀积(PLD)法生长ZnO/S i样品时氧离子束辅助(O+-assisted)是必要的。

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si的椭偏仪及背散射研究

通过对ZnO/Si(Ⅲ)样品的椭偏仪及背散射(RBS)测量及分析,探究了氧离子束辅助(O+-assisted)脉冲激光淀积(PLD)生长ZnO/Si的薄膜厚度。

砷离子注入的GeSi合金中沉淀相的研究

砷离子注入的ＧｅＳｉ合金中沉淀相的研究范缇文（中国科学院半导体材料科学实验室，北京１０００８３）杂质在ＧｅＳｉ合金中的扩散和沉淀过程仍是目前尚待进一步研究的课题。比如，作为ＧｅＳｉ合金的主要掺杂剂的元素砷以离子形态注入ＧｅＳｉ合金再经热退火，发现其中...

刻槽Si衬底上GaAs微结构研究

本文介绍在刻楷Si衬底上用分子束外延嵌入生长GaAs的异质共平面技术。用横截面透射电子显微镜对槽壁非平面异质结的生长行为和微结构进行了研究,结果表明:槽壁的几何因素对外延层的成核行为和生长行为有一定影响,和Si[001]晶面相比,Si[113]可能是一个有利于半导体异质结生长的晶面。

在微重力下生长的GaAs：Si单晶结构缺陷的X射线研究

本文对空间生长ＧａＡＳ：Ｓｉ单晶，沿着生长方向用Ｘ射线形貌和双晶衍射方法进行了研究，Ｘ射线形貌观测到了在空间生长区域有一个扇形高完整区．双晶衍射表明，在这个扇形区回摆曲线最窄、强度较高．