InAs/GaSb体系非制冷红外探测材料研究

论文摘要

采用低压金属有机物化学气相沉积（LP-MOCVD）设备,在（100）面GaSb单晶衬底上生长了Ⅱ型InAs/GaSb超晶格材料,它可用来制作非制冷红外探测器。分析了InAs/GaSb超晶格红外材料的生长质量情况,对器件材料结构进行了表征,对材料结构进行了理论分析和优化生长。设计合适的InAs和GaSb的周期厚度,以便有效地抑制俄歇复合。对Ⅱ型InAs/GaSb超晶格材料进行了X射线双晶衍射测量,得到外延层与衬底材料的晶格失配仅为-0.43%。利用拉曼散射谱研究了材料的界面层特性,从而可通过选择相应的界面结构来减小界面处的应变,提高材料的生长质量。对于材料的表面形貌,则使用原子力显微镜进行了表征,分析了不同的生长参数对表面形貌的影响,从而可以优化生长参数,使其达到最佳表面形貌的生长。最后,对所生长的InAs/GaSb超晶格结构做了光致发光谱的检测,在77K的温度下得到峰值波长为3.25微米,说明可以作为甲烷气体探测的潜在材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 背景介绍
• 1.2 本文的研究目的和意义
• 第二章 InAs/GaSbⅡ型超晶格材料介绍
• 2.1 概述
• 2.2 超晶格量子阱材料背景
• 2.3 准二维和二维结构——超晶格与量子阱
• 2.3.1 超晶格与量子阱的概念
• 2.3.2 无限（infinite）量子阱
• 2.3.3 超晶格与量子阱的简单性质
• 2.4 Ⅱ型超晶格能带排列
• 2.5 InAs/GaSb超晶格材料
• 2.6 InAs/GaSb超晶格的能带结构特点
• 2.7 Ⅱ型超晶格材料特性
• 2.8 复合机制
• 2.8.1 复合类型
• 2.8.2 俄歇复合
• 第三章 MOCVD外延概述
• 3.1 MOCVD简介
• 3.1.1 MOCVD的概念及原理
• 3.1.2 MOCVD外延生长方法的优缺点
• 3.1.3 低压MOCVD
• 3.2 MOCVD设备简介
• 3.2.1 MOCVD设备系统
• 3.2.2 设备的性能与特征
• 3.2.3 MOCVD设备的改造
• 第四章 薄膜材料的生长
• 4.1 锑化物材料MOCVD生长的关键技术和难点
• 4.1.1 平衡蒸汽压较低
• 4.1.2 V族锑的氢化物
• 4.1.3 生长动力学
• 4.1.4 衬底
• 4.2 薄膜材料的生长
• 4.2.1 InAs/GaSb材料的生长方法
• 4.2.2 MOCVD材料生长的热动力学过程
• 4.2.3 InAs/GaSb超晶格结构的生长
• 第五章 生长结果的分析
• 5.1 X射线衍射
• 5.2 拉曼散射（Raman scattering）谱
• 5.2.1 InAS/GaSb应变层超晶格材料的界面类型
• 5.3 生长温度对外延层生长速率的影响
• 5.4 生长参数对材料表面形貌的影响
• 5.4.1 原子力显微镜（AFM）
• 5.4.2 生长温度对表面形貌的影响
• 5.4.3 过渡层对表面形貌的影响
• 5.4.4 界面层对表面形貌的影响
• 5.4.5 Ⅴ/Ⅲ比对外延层表面形貌的影响
• 5.5 光致发光（PL）谱
• 5.5.1 光致发光技术的主要优缺点
• 5.5.2 光致发光谱
• 5.5.3 光致发光谱检测
• 第六章 结论
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作设想
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢