InAs-GaSb應(yīng)變超晶格材料的結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、InAs/Ga(In)SbⅡ型超晶格材料由于其特殊的能帶結(jié)構(gòu),使其在長(zhǎng)波紅外(LWIR)和(超長(zhǎng)波紅外)VLWIR方面有著廣闊的應(yīng)用前景,有望成為替代HgCdTe的首選材料。且對(duì)于InAs/Ga(In)SbⅡ型超晶格材料而言，界面對(duì)材料的影響已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。
　　本論文首先開(kāi)展了在GaAs(100)襯底上MBE外延InAs/GaSb超晶格材料的工藝技術(shù)研究。得出InAs/GaSb應(yīng)變超晶格材料的較佳生長(zhǎng)工藝為：GaAs緩沖層生長(zhǎng)

2、溫度600℃，GaSb緩沖層生長(zhǎng)溫度520℃，InAs/GaSb超晶格薄膜生長(zhǎng)溫度400℃；As/In束流比為4.5，Sb/Ga束流比為6。在此基礎(chǔ)上外延生長(zhǎng)了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分別為：{InAs(17ML)/InSb(0.5ML)/GaSb(13ML)}×30、{InAs(17ML)/InSb(1.0ML)/GaSb(13 ML)}×30、{InAs(8ML)/InSb(0.2ML)/GaSb(8ML)}×30的1＃、2#及3#試驗(yàn)樣品。

3、>　　通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行雙晶X射線對(duì)稱衍射，分析了材料的周期厚度、缺陷密度、垂直應(yīng)變等。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)InSb層為1.0ML時(shí)，材料的結(jié)構(gòu)質(zhì)量最好。而3#樣品比1#樣品的結(jié)構(gòu)質(zhì)量要好，說(shuō)明InSb層對(duì)短周期樣品的結(jié)構(gòu)質(zhì)量影響較大。通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行非對(duì)稱雙晶X射線衍射分析，說(shuō)明材料的類InSb層在0.2ML～1.0ML范圍內(nèi)，對(duì)材料的垂直應(yīng)變影響不大，主要影響材料的平行應(yīng)變。
　　通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行原子力顯微鏡(AFM)的測(cè)試和分析，給出1#、

4、2#和3#樣品的均方根粗糙度分別為2.215nm、1.230nm和1.216nm。說(shuō)明了類 InSb層為1.0ML時(shí)對(duì)材料的表面質(zhì)量改善明顯，且類InSb層對(duì)短周期超晶格材料的影響比長(zhǎng)周期的要大，對(duì)表面質(zhì)量的改善更加明顯。
　　通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行光致發(fā)光(PL)譜、傅里葉變換紅外(FTIR)光譜的測(cè)試，分析了超晶格材料的紅外吸收特性和光致發(fā)光特性。研究發(fā)現(xiàn)，紅外吸收峰應(yīng)來(lái)源于超晶格能帶結(jié)構(gòu)中Ec1-EHH1、Ec1-ELH1、Ec1-

5、EHH2能級(jí)的電子躍遷吸收；光致發(fā)光峰應(yīng)來(lái)源于超晶格能帶結(jié)構(gòu)中Ec1-EHH1能級(jí)間的電子-空穴的復(fù)合發(fā)光。短周期的超晶格材料有發(fā)光，而長(zhǎng)周期超晶格沒(méi)有觀察到明顯發(fā)光，說(shuō)明周期厚度減小有利于抑制俄歇復(fù)合，進(jìn)而有利于發(fā)光性能的提高。
　　通過(guò)霍爾效應(yīng)(HALL)測(cè)試，研究發(fā)現(xiàn)2#樣品70k時(shí)霍爾遷移率為21003cm2/v·s,遠(yuǎn)高于其它樣品的霍爾遷移率。我們推斷其主要原因是超晶格界面中形成了類InSb能帶結(jié)構(gòu)，使電子的遷移率大幅增