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InSb/InAsSb超晶格红外探测薄膜结构与性能

作　者: 徐南娟
导　师: 赵连城；李洪涛
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 分子束外延 InSb/InAsSb 超晶格 X-ray双晶衍射 XPS
分类号: TN304.055
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-21
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 InAs_xSb_(1-x)长波长红外探测器的发展现状及分析  9-11
  1.3 InAs_xSb_(1-x)材料的性质  11-18
    1.3.1 InAs_xSb_(1-x)材料的带隙与成分和温度的关系  11-13
    1.3.2 InAs_xSb_(1-x)材料的本征载流子浓度  13
    1.3.3 InAs_xSb_(1-x)材料的输运特性  13-15
    1.3.4 InAs_xSb_(1-x)材料的光学性质  15-18
    1.3.5 室温下InAs_xSb_(1-x)的物理性质  18
  1.4 InAs_xSb_(1-x)外延薄膜的生长  18-20
  1.5 本文研究的目的、意义及主要内容  20-21
第2章材料及试验方法  21-27
  2.1 InAs_xSb_(1-x)材料的选择  21-23
  2.2 衬底材料的选择  23
  2.3 晶格失配问题的解决  23
  2.4 薄膜生长设备  23-25
  2.5 薄膜结构、性能测试方法  25-27
    2.5.1 原子力显微镜（AFM）  25-26
    2.5.2 扫描电子显微镜（SEM）  26
    2.5.3 双晶X射线衍射（DCXRD）  26
    2.5.4 X射线光电子能谱（XPS）  26
    2.5.5 红外吸收光谱  26
    2.5.6 霍尔测试  26-27
第3章薄膜结构设计及生长工艺  27-36
  3.1 能带结构计算及薄膜结构设计  27-29
    3.1.1 能带结构计算  27-28
    3.1.2 薄膜结构设计  28-29
  3.2 薄膜生长工艺  29-34
    3.2.1 薄膜制备工艺流程设计  29-30
    3.2.2 GaAs缓冲层生长工艺研究  30-33
    3.2.3 薄膜生长工艺参数的选择  33-34
  3.3 本章小结  34-36
第4章薄膜微观组织结构  36-53
  4.1 InSb/InAsSb超晶格薄膜的表面形貌分析  36-39
  4.2 InSb/InAsSb超晶格薄膜的断面形貌分析  39-41
  4.3 InSb/InAsSb超晶格薄膜的双晶X射线衍射分析  41-44
  4.4 InSb/InAsSb超晶格薄膜的成分分布与元素扩散分析  44-51
  4.5 本章小结  51-53
第5章薄膜的光电性能  53-59
  5.1 InSb/InAsSb超晶格薄膜的红外吸收性能分析  53-56
  5.2 InSb/InAsSb超晶格薄膜的霍尔测试结果与分析  56-58
  5.3 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-66
致谢  66

InSb/InAsSb超晶格红外探测薄膜结构与性能

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