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。

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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

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