AlGaAs/GaAs薄膜的基本表征

摘要

铝镓砷(AlGaAs)作为一种重要光电基础材料，被广泛的应用于高速电子器件与红外探测器。AlGaAs材料的质量，特别是材料表面的质量直接影响着所制作器件的光电性能。本文利用分子束外延(MBE)设备对生长高质量的 AlGaAs/GaAs异质外延薄膜进行了详细的研究。
　　实验首先探索了 GaAs衬底的生长工艺、AlGaAs/GaAs异质外延的生长以及不同铝组分、生长速率条件对 AlGaAs表面形貌的影响，利用反射式高能电子衍射仪(RHEED)以及扫描隧道显微镜(STM)对其表面进行分析。研究发现，针对不同铝组分的 AlGaAs薄膜，随着 Al组份增大，结构由明显的2×4重构转变到较弱的2×4重构；薄膜表面形貌由多层岛结构过渡到相对平坦表面(Al组分为25％)，当 Al组份超过25%时，台阶逐渐减少，开始转变为有较大的坑覆盖率的表面。针对不同速率下的Al0.25Ga0.75As/GaAs外延薄膜，随着生长速率增大，表面呈现越来越粗糙的趋势。统计坑的覆盖率，通过拟合曲线发现，理论上当生长速率达到0.13单层每秒(ML/s)可以达到完美的原子级平坦的表面。这与实验过程中0.16 ML/s时的 STM扫描图所显示的结果相对应。
　　实验对比了 Al0.15Ga0.85As/GaAs薄膜与In0.15Ga0.85As/GaAs薄膜的表面形貌，而In0.15Ga0.85As/GaAs薄膜在晶格失配触发的压应力作用下表面有半岛平台和岛显得更加平滑，并利用半平台扩散模型进行了解释。
　　在原子级平坦的 GaAs表面生长不同组分、不同厚度(360nm、600nm)的AlGaAs厚膜，利用X射线衍射仪(X-rays Diffraction, XRD)对其结构进行分析。研究表明，AlGaAs薄膜随着 Al组分的增加，薄膜结晶粒尺寸逐渐减小，晶粒生长趋向越来越不明显，高 Al组分甚至生长出现非晶态，薄膜表面非常粗糙。另外，对 Al0.25Ga0.75As/GaAs多层量子阱进行生长，并且利用综合物性测量系统(PPMS)测试其输运特性，计算了载流子浓度、载流子 Hall迁移率，得到了有意义的结论。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 AlGaAs材料的制备方法与应用简介

1.3 论文研究意义与内容

第二章 实验设备与准备

2.1 分子束外延系统

2.2 反射式高能电子衍射仪

2.3 低温扫描隧道显微镜系统

2.4 X射线衍射

2.5 霍尔效应

第三章AlGaAs薄膜的表面形貌表征

3.1不同组分的AlGaAs薄膜的表面形貌

3.2沉积速率对AlGaAs薄膜表面形貌的影响

3.3 In0.15Ga0.85As薄膜与Al0.15Ga0.85As薄膜表面形貌差异

第四章 AlGaAs/GaAs的结构与电学性质表征

4.1 AlGaAs/GaAs膜的XRD表征

4.2 Al0.25Ga0.75 As/GaAs量子阱输运特性

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间参加发表的论文和参加科研情况