InP/GaAs异质结构的低温外延生长及退火研究
发布时间：2021-04-18 19:32
InP材料作为直接带隙半导体,在太阳能电池转换效率和抗辐射性能等方面都优于已具备成熟制备技术的GaAs材料。近年来,很多科学家都在InP材料上做了很多研究,但InP材料机械强度极差并且价格昂贵,想要获得大尺寸InP非常艰难。GaAs材料是目前为止应用最广泛的二元III-V族化合物半导体材料,其制备技术和应用技术成熟,性能优越,单结太阳能电池转换效率高。如果能在GaAs片层上生长一层InP薄膜,就可以取长补短,解决InP存在的问题,发挥两种材料的优点。然而,InP/GaAs异质结之间存在高达4%的晶格失配,异质外延生长时大量的线位错和界面位错就会产生。这已成为实现InP/GaAs异质外延生长的最主要的障碍。因此开展在GaAs基底上低温直接生长InP外延层的工作,明确InP外延层中位错的产生和分布情况,探讨位错与生长条件和后续处理的关系,对以后InP/GaAs材料的发展具有重要的意义。本文采用金属有机化学气相沉积技术（MOCVD）,在GaAs基底上低温直接生长了InP外延层,并针对低温生长样品进行了不同温度退火、电场作用下退火和真空退火处理。利用原子力显微镜、拉曼光谱、XRD、DCXRD和...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
闪锌矿结构示意图
图 1.2 薄膜材料生长模式示意图：(a) 单层生长模式；(b) 岛状生长模式；(c) 层岛生长模式Fig. 1.2 Growth mode of thin film materials: (a) Frank-VanderMerwe; (b) Volmer-Weber(c) Stranski-Krastanov1.6 InP/GaAs 薄膜材料中的缺陷InP/GaAs 异质半导体薄膜在外延生长时由于两种材料的热膨胀系数以及晶格常数的不同引入应变，出现缺陷。其中，由晶格常数不同引起的应变称为错配应变，由热膨胀系数不同引起的应变称为热应变。应变的产生不仅会对薄膜生长模式有所影响还会在界面处引入错配位错、穿透基底和外延层的穿透位错以及其他的晶体缺陷。而缺陷的产生会使半导体薄膜的性能降低，因此，为了减少缺陷，了解缺陷的形成过程是很必要的。薄膜厚度很小时基底与薄膜完全共格，InP 材料的晶格常数大于 GaAs 的晶格常
吉林大学硕士学位论文P 和 GaAs 的热膨胀系数。从图中可以看到，ae>as，InP 薄膜在横向在生长界面上受张应力。在临界薄膜厚度下，薄膜晶格常数 a⊥保持薄膜材料的晶格常数 abulk，当薄膜厚度 h 超过了 hc应变会逐渐松弛随着薄膜厚度的增加而减少。当薄膜厚度较大时，应变基本松弛，降胀系数 αe<αs的影响，厚膜中 a⊥大于大块材料的晶格常数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]晶格错配与应变弛豫及异质外延生长模式[J]. 王辉,周旺民,江瑛. 浙江工业大学学报. 2012(01)
[2]InP/GaAs异质键合界面的XPS研究[J]. 谢生,陈松岩,毛陆虹,郭维廉. 功能材料. 2009(04)
[3]柔性衬底太阳电池陷光结构的研究[J]. 张德贤,蔡宏琨,隋妍萍,陶科,席强,薛颖,孙云. 太阳能学报. 2009(01)
[4]利用双低温缓冲层和插入应变超晶格技术制备高质量InP-on-GaAs复合衬底的MOCVD生长（英文）[J]. 周静,任晓敏,黄永清,王琦. 半导体学报. 2008(10)
[5]Heteroepitaxial growth of InP/GaAs（100） by metalorganic chemical vapor deposition[J]. 熊德平,任晓敏,王琦,周静,舒伟,吕吉贺,蔡世伟,黄辉,黄永清. Chinese Optics Letters. 2007(07)
[6]基于硫化物表面处理的InP/GaAs低温晶片键合[J]. 黄辉,王兴妍,王琦,陈斌,黄永清,任晓敏,孙增辉,钟源,高俊华,马骁宇,陈弘达,陈良惠. 半导体学报. 2005(08)
[7]InP/GaAs低温键合的新方法[J]. 谢生,陈松岩,何国荣,周海文,吴孙桃. 功能材料. 2005(03)
[8]InP/GaAs材料和器件的直接键合[J]. 谢生,陈松岩,王水菊,何国荣,林爱清,陈朝. 半导体光电. 2004(06)
[9]新型长波长InP基谐振腔增强型光探测器[J]. 王琦,黄辉,王兴妍,黄永清,任晓敏. 中国激光. 2004(12)
[10]引线键合技术的现状和发展趋势[J]. 何田. 电子工业专用设备. 2004(10)
博士论文
[1]ZnO薄膜的MOCVD制备及ZnO/Si发光器件研究[D]. 李香萍.吉林大学 2009
硕士论文
[1]GaAs/Si和含B光电子材料异质外延生长的理论和实验研究[D]. 冯建友.北京邮电大学 2008
[2]GaAs多层异质外延结构材料和SiC MESFET结构材料的X射线双晶衍射分析[D]. 马永强.河北工业大学 2007
[3]若干低维半导体系统拉曼散射理论研究[D]. 赵祥富.广州大学 2007
[4]MOD法制备YBCO薄膜及工艺研究[D]. 张彦兵.西南交通大学 2007
本文编号：3146049
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
闪锌矿结构示意图
图 1.2 薄膜材料生长模式示意图：(a) 单层生长模式；(b) 岛状生长模式；(c) 层岛生长模式Fig. 1.2 Growth mode of thin film materials: (a) Frank-VanderMerwe; (b) Volmer-Weber(c) Stranski-Krastanov1.6 InP/GaAs 薄膜材料中的缺陷InP/GaAs 异质半导体薄膜在外延生长时由于两种材料的热膨胀系数以及晶格常数的不同引入应变，出现缺陷。其中，由晶格常数不同引起的应变称为错配应变，由热膨胀系数不同引起的应变称为热应变。应变的产生不仅会对薄膜生长模式有所影响还会在界面处引入错配位错、穿透基底和外延层的穿透位错以及其他的晶体缺陷。而缺陷的产生会使半导体薄膜的性能降低，因此，为了减少缺陷，了解缺陷的形成过程是很必要的。薄膜厚度很小时基底与薄膜完全共格，InP 材料的晶格常数大于 GaAs 的晶格常
吉林大学硕士学位论文P 和 GaAs 的热膨胀系数。从图中可以看到，ae>as，InP 薄膜在横向在生长界面上受张应力。在临界薄膜厚度下，薄膜晶格常数 a⊥保持薄膜材料的晶格常数 abulk，当薄膜厚度 h 超过了 hc应变会逐渐松弛随着薄膜厚度的增加而减少。当薄膜厚度较大时，应变基本松弛，降胀系数 αe<αs的影响，厚膜中 a⊥大于大块材料的晶格常数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]晶格错配与应变弛豫及异质外延生长模式[J]. 王辉,周旺民,江瑛. 浙江工业大学学报. 2012(01)
[2]InP/GaAs异质键合界面的XPS研究[J]. 谢生,陈松岩,毛陆虹,郭维廉. 功能材料. 2009(04)
[3]柔性衬底太阳电池陷光结构的研究[J]. 张德贤,蔡宏琨,隋妍萍,陶科,席强,薛颖,孙云. 太阳能学报. 2009(01)
[4]利用双低温缓冲层和插入应变超晶格技术制备高质量InP-on-GaAs复合衬底的MOCVD生长（英文）[J]. 周静,任晓敏,黄永清,王琦. 半导体学报. 2008(10)
[5]Heteroepitaxial growth of InP/GaAs（100） by metalorganic chemical vapor deposition[J]. 熊德平,任晓敏,王琦,周静,舒伟,吕吉贺,蔡世伟,黄辉,黄永清. Chinese Optics Letters. 2007(07)
[6]基于硫化物表面处理的InP/GaAs低温晶片键合[J]. 黄辉,王兴妍,王琦,陈斌,黄永清,任晓敏,孙增辉,钟源,高俊华,马骁宇,陈弘达,陈良惠. 半导体学报. 2005(08)
[7]InP/GaAs低温键合的新方法[J]. 谢生,陈松岩,何国荣,周海文,吴孙桃. 功能材料. 2005(03)
[8]InP/GaAs材料和器件的直接键合[J]. 谢生,陈松岩,王水菊,何国荣,林爱清,陈朝. 半导体光电. 2004(06)
[9]新型长波长InP基谐振腔增强型光探测器[J]. 王琦,黄辉,王兴妍,黄永清,任晓敏. 中国激光. 2004(12)
[10]引线键合技术的现状和发展趋势[J]. 何田. 电子工业专用设备. 2004(10)
博士论文
[1]ZnO薄膜的MOCVD制备及ZnO/Si发光器件研究[D]. 李香萍.吉林大学 2009
硕士论文
[1]GaAs/Si和含B光电子材料异质外延生长的理论和实验研究[D]. 冯建友.北京邮电大学 2008
[2]GaAs多层异质外延结构材料和SiC MESFET结构材料的X射线双晶衍射分析[D]. 马永强.河北工业大学 2007
[3]若干低维半导体系统拉曼散射理论研究[D]. 赵祥富.广州大学 2007
[4]MOD法制备YBCO薄膜及工艺研究[D]. 张彦兵.西南交通大学 2007
本文编号：3146049
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