InAsSb/InAlSb异质结红外光敏薄膜结构与性能研究

论文摘要

本文采用了分子束外延(MBE)方法在GaAs(001)衬底上生长InAsSb/InAlSb异质结外延薄膜。样品采用了NBN异质结结构,来研究InAsSb/InAlSb异质外延薄膜的结构与性能,其主要目的是为了降低暗电流,以达到提高探测率的目的。在本文中主要是为这一目的做了一些铺垫工作。其具体工作如许下:在InAsSb/InAlSb薄膜外延生长过程中,采用了反射式高能电子衍射仪(RHEED)对薄膜表面进行原位控制。为了克服InAsSb与GaAs间14.6%的晶格失配,生长时先低温生长一定厚度的GaAs缓冲层,随后又生长了不同配比的InAsSb缓冲层。NBN结构的阻挡层材料选择非掺杂的InAlSb材料。通过原子力显微镜(AFM)、扫描电镜能谱(EDS)、X射线双晶衍射(DCXRD)、X射线光电能谱(XPS)、透射电镜(TEM)等方法研究了InAsSb/InAlSb的表面形貌和晶体质量,结果表明晶体表面光滑且晶体质量良好,但成份与预期差别较大,缺陷密度也较大,所以仍需进一步调节工艺参数。在红外光谱分析中得出由于存在有序化排列现象,使得InAsSb/InAlSb薄膜存在多个吸收边,不但在3~4.5μm和4.7~7μm波段内存在吸收,在8~14μm内也存在强烈的吸收;而且由于受到晶格热震动的影响使得样品在>15μm波段内也可以观察到吸收。霍尔(Hall)测试结果显示在温度从10K到300K内变化时,样品的载流子浓度随着温度的增加而增加;其大小与霍尔迁移率一样均比文献中报道的高,且随温度降低迁移率略有下降。同时,在温度一定时,载流子的浓度即电子迁移率均不受外电场强弱的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 红外探测器的种类
• 1.3 光子红外探测器常用材料结构和性质
• 1.3.1 HgCdTe
• 1.3.2 In（As）Sb
• 1.3.3 GaAs 基材料
• 1.4 外延薄膜的制备
• 1.4.1 异质外延薄膜的生长
• 1.4.2 InAsSb 外延层生长技术
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 材料与实验方法
• 2.1 材料的选择
• 2.1.1 衬底材料GaAs
• 2.1.2 功能层材料InAsSb
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 MBE－InAsSb 薄膜的制备方法
• 2.2.2 分析测试方法
• 第3章 NBN 异质结结构的设计与制备
• 3.1 InAsSb/InAlSb 异质结结构设计
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 NBN 结构的设计
• 3.2 InAsSb/InAlSb 薄膜的制备
• 3.3 本章小结
• 第4章 InAsSb/InAlSb 异质外延薄膜的微观组织结构研究
• 4.1 InAsSb 薄膜表面形貌观察
• 4.2 InAsSb 薄膜结构分析
• 4.2.1 InAsSb 薄膜晶体质量分析
• 4.2.2 InAsSb 薄膜的微观结构研究
• 4.2.3 InAsSb/InAlSb 薄膜的断面分析
• 4.3 InAsSb/InAlSb 薄膜成份分布分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 InAsSb/InAlSb 异质结薄膜的光学与电学性能研究
• 5.1 InAsSb/InAlSb 异质结薄膜光学性能
• 5.1.1 引言
• 5.1.2 InAsSb/InAlSb 异质结的红外光谱分析
• 5.2 InAsSb/InAlSb 异质薄膜电学性能研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢