横向外延技术的理论分析与两步生长法的实验研究

摘要

本论文的研究工作是围绕以任晓敏教授为首席科学家的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要结构工艺创新与基础研究”(项目编号：2003CB314900)中课题1“单片集成光电子器件的异质兼容理论与重要结构工艺创新”(项目编号：2003CB3 14901)、以及黄辉副教授承担的教育部“新世纪人才支持计划”(批准号：NCET-05-0111)展开的。 今天，随着信息技术的发展，光通信技术作为信息社会的“神经”，其基础地位日益凸现。波分复用与全光网络在光通信技术中脱颖而出，已成为人们研究的焦点。这些技术希望能够同时利用光的高速特性与电的成熟特性，因此，如何将具备不同光电特性的异质半导体材料，尤其是以GaAs、InP为代表的Ⅲ/V族化合物半导体材料与Si集成在一起，改善异质兼容的性能，从而为实现光电子器件的单片集成及准单片集成提供衬底基础的问题，已经成为人们研究的重中之重。 本论文围绕着光电子集成中大失配异质外延的横向外延技术与两步生长技术的若干理论问题开展了系统的研究，并在实验上对这些实现方法进行了有益的探索。取得的主要成果如下： 1．建立了基于金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术的横向外延(ELOG)生长速率模型。该模型将气相扩散与掩膜表面扩散相结合，解释了掩膜宽度、窗口宽度以及有效掩膜宽度对ELOG中横向和纵向生长速率的作用机制。其结论与已有文献报道的实验相一致； 2．依据Khenner等人建立的ELOG晶体形貌演进模型，利用Matlab与Fortran混合编程技术编写了计算程序，讨论了模型求解的若干数学问题。这部分工作与生长速率模型一起，为未来的晶体表面动态模拟提供了理论与计算机程序基础； 3．在本课题组周静博士地带领下，采用扫描电子显微镜(SEM)对ELOG外延片进行测试。测试结果表明：本课题组探索的InP/GaAs横向外延技术，其生长过程与生长速率的理论分析相吻合，为下一步研究GaAs与InP光电子器件的集成奠定了基础； 4．在本课题组熊德平博士地带领下，利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术，采用基于低温非晶缓冲层的两步生长方法，开展了在(100)Si衬底上直接异质外延GaAs的实验研究。优化得到的GaAs低温缓冲层生长条件为：生长温度为450℃，生长时间为250s。在此基础上生长了厚度为1.4μm的正常GaAs外延层，DCXRD ω-20测试得到的半高宽为493.6arcsec。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的背景及意义

1.2论文的结构安排

参考文献

第二章MOCVD生长技术及相关检测手段

2.1外延技术及MOCVD

2.2晶体生长质量的测试手段

2.3本章小结

参考文献

第三章横向外延的生长机理研究

3.1基于MOCVD的横向外延技术

3.2生长速率模型

3.3晶体形貌演进模型

3.4本章小结

参考文献

第四章GaAs/Si大失配异质外延的实验研究

4.1基于低温缓冲层的GaAs/Si异质外延的实验研究

4.2本章小结

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文