基于低温InGaP组分渐变缓冲层的InP/GaAs异质外延

摘要

随着光通信技术的发展，全光网络和波分复用技术的应用已成为人们研究的热点，这些技术的实现都需要以新型通信光电子集成器件为基础。而新型通信光电子集成器件研究面临最突出的就是半导体材料的“异质兼容”问题。 为了解决半导体材料的“异质兼容”问题，目前主要采用新型材料系的理论计算、晶片键合技术和大失配异质外延三类途径来实现。 本论文围绕着基于InxGa1-xP组分渐变缓冲层的InP/GaAs异质外延开展了较为深入的研究，并在该研究的基础上尝试制备了GaAs基异变In0．53Ga0．47As PIN探测器，主要研究工作如下： 1、利用低压金属有机化学气相外延（LP-MOCVD）技术，采用低温GaAs与低温组分渐变InxGa1-xP作为缓冲层，开展了InP/GaAs异质外延实验，重点对InxGa1-xP组分渐变缓冲层的生长条件进行优化。实验中，InxGa1-xP缓冲层采用线性渐变生长模式（其中X=0．49→1），其优化后的生长温度（Tg）和渐变时间（Ramp Time）分别为450℃、500s，TEM测试表明该缓冲层厚度约为250nm。以此制备的1．2μm InP外延层DCXRDω-20和ω扫描的半高全宽（FWHM）分别为380arcsec和446arcsec； 2、采用生长条件优化后的低温GaAs与低温组分渐变InxGa1-xP作为缓冲层进行InP/GaAs异质外延，并在正常InP外延层中插入生长一层厚度约为48nm的In0．53Ga0．47As体材料，测得了样品的室温PL谱峰值波长为1643nm，半高全宽为60meV； 3、在基于低温InxGa1-xP组分渐变缓冲层的InP/GaAs异质外延基础上，应用本课题组之前的相关研究成果，采用在正常InP外延层300nm处插入生长15周期的InP/Ga0．1In0．9P应变超晶格（SLS）方法来进一步提高InP/GaAs异质外延的晶体质量。以此制备的1．2μmInP外延层DCXRDω-20和ω扫描的半高全宽（FWHM）分别为315arcsec和340arcsec。通过在InP外延层上生长10周期的In0．53Ga0．47As/InP MQWs结构，测得了样品的室温PL谱峰值波长为1570nm，半高全宽为35．4meV；其TEM图像显示SLS有效地阻挡了穿透位错在外延层中的延伸； 4、利用基于低温InxGa1-xP组分渐变缓冲层加Ga0．1In0．9P/InP应变超晶格的InP/GaAs异质外延工艺，在GaAs衬底上尝试制备了异变In0．53Ga0．47As PIN光探测器。由于实验参数还有待进一步优化，相关工作正在进行中。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的背景和意义

1.2论文的结构安排

参考文献

第二章InP/GaAs异质外延现状及晶体质量测试技术

2.1 InP/GaAs异质外延现状及缓冲层技术简介

2.1.1晶格匹配型缓冲层

2.1.2组分渐变型缓冲层

2.1.3应变超晶格技术

2.2金属有机化学气相外延技术

2.3晶体生长质量的测试方法

2.3.1 X射线衍射技术(XRD)

2.3.2光致发光技术(PL)

2.3.3透射电子显微镜术(TEM)

2.4本章小结

参考文献

第三章基于低温组分渐变缓冲层的InP/GaAs异质外延研究

3.1引言

3.2基于低温组分渐变InxGa1-xP缓冲层的InP/GaAs异质外延

3.2.1低温组分渐变InxGa1-xP缓冲层生长条件的优化

3.2.2组分渐变缓冲层与单低温缓冲层对InP/GaAs异质外延影响的比较

3.2.3插入应变超晶格对InP/GaAs异质外延质量的影响

3.3 InP/GaAs异质外延组分渐变缓冲层中的位错和应变

3.3.1错配位错和穿透位错的产生机理

3.3.2组分渐变缓冲层中的错配位错和穿透位错关系

3.3.3 InP/GaAs异质外延中穿透位错密度和双轴应变的计算

3.4本章小结

参考文献

第四章InP/GaAs异质外延在单片集成PIN光探测器中的应用

4.1 PIN光探测器的工作原理

4.2 PIN光探测器的性能表征参数

4.2.1光谱响应

4.2.2频率响应

4.3 GaAs基异变In0.53Ga0.47As PIN探测器

4.3.1材料生长

4.3.2器件的制备

4.4测试结果及分析

4.4.1光谱响应测试

4.4.2高频特性测试

4.4.3结果分析

4.5本章小结

参考文献

第五章总结

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文