InSb/InAsSb超晶格红外探测薄膜结构与性能

论文摘要

本文用分子束外延法在半绝缘GaAs（001）衬底上成功生长了InSb/InAsSb超晶格薄膜材料,并对薄膜表面形貌、断面形貌、晶体结构、元素扩散和光电性能等进行了研究。对所生长薄膜的能带结构进行模拟计算,结果表明:无论是压应力还是拉应力,均使材料的禁带宽度减小。设计并生长了InSb/InAsSb超晶格薄膜样品,并通过试验方法确定出缓冲层生长工艺参数,结果表明:在570℃、Ga束流为2×10-7torr时生长的GaAs缓冲层质量较好。采用原子力显微镜观察分析薄膜的表面形貌,结果表明:与420℃相比,在450℃所生长的InAsSb薄膜的表面粗糙度较小,但个别地方有条形缺陷。采用扫描电子显微镜观察薄膜的断面形貌,得出元素分布情况,结果显示薄膜断面从基体到表面的解理条纹连续分布,说明薄膜各层间共格良好。利用双晶X射线衍射方法对薄膜晶体质量进行评价,分析结果显示出了尖锐的衍射峰,表明薄膜的结晶质量良好。采用XPS方法对薄膜的成分分布与元素扩散进行分析,结果表明:薄膜各层间存在元素的扩散,450℃生长的薄膜Ga的扩散层深达100nm左右,As的扩散层深则达到120nm之多。且超晶格InAsSb层中,As:Sb值稍小,不掺杂层中有少量Si扩散。研究还表明在420℃生长的样品中,在超晶格界面处Sb除了有一个纯Sb的峰外,还有Sb-As共价键的峰,且超晶格中As也发生了一定的扩散。采用红外吸收光谱法对样品的红外吸收性能进行分析,结果表明在1017μm长波段薄膜红外响应性能良好。使用霍尔测试方法对样品的电学性能如迁移率、载流子浓度等进行测试,结果显示:随着温度升高,电子扩散程度和载流子浓度增大,表面电阻率减小,霍尔系数变小;在室温下和在液氮温度下材料的迁移率差别不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• xSb_1-x长波长红外探测器的发展现状及分析'>1.2 InAs_xSb_1-x长波长红外探测器的发展现状及分析
• xSb_1-x材料的性质'>1.3 InAs_xSb_1-x材料的性质
• xSb_1-x材料的带隙与成分和温度的关系'>1.3.1 InAs_xSb_1-x材料的带隙与成分和温度的关系
• xSb_1-x材料的本征载流子浓度'>1.3.2 InAs_xSb_1-x材料的本征载流子浓度
• xSb_1-x材料的输运特性'>1.3.3 InAs_xSb_1-x材料的输运特性
• xSb_1-x材料的光学性质'>1.3.4 InAs_xSb_1-x材料的光学性质
• xSb_1-x的物理性质'>1.3.5 室温下InAs_xSb_1-x的物理性质
• xSb_1-x外延薄膜的生长'>1.4 InAs_xSb_1-x外延薄膜的生长
• 1.5 本文研究的目的、意义及主要内容
• 第2章 材料及试验方法
• xSb_1-x材料的选择'>2.1 InAs_xSb_1-x材料的选择
• 2.2 衬底材料的选择
• 2.3 晶格失配问题的解决
• 2.4 薄膜生长设备
• 2.5 薄膜结构、性能测试方法
• 2.5.1 原子力显微镜（AFM）
• 2.5.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.5.3 双晶X射线衍射（DCXRD）
• 2.5.4 X射线光电子能谱（XPS）
• 2.5.5 红外吸收光谱
• 2.5.6 霍尔测试
• 第3章 薄膜结构设计及生长工艺
• 3.1 能带结构计算及薄膜结构设计
• 3.1.1 能带结构计算
• 3.1.2 薄膜结构设计
• 3.2 薄膜生长工艺
• 3.2.1 薄膜制备工艺流程设计
• 3.2.2 GaAs缓冲层生长工艺研究
• 3.2.3 薄膜生长工艺参数的选择
• 3.3 本章小结
• 第4章 薄膜微观组织结构
• 4.1 InSb/InAsSb超晶格薄膜的表面形貌分析
• 4.2 InSb/InAsSb超晶格薄膜的断面形貌分析
• 4.3 InSb/InAsSb超晶格薄膜的双晶X射线衍射分析
• 4.4 InSb/InAsSb超晶格薄膜的成分分布与元素扩散分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 薄膜的光电性能
• 5.1 InSb/InAsSb超晶格薄膜的红外吸收性能分析
• 5.2 InSb/InAsSb超晶格薄膜的霍尔测试结果与分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢