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本论文在理论上分析了锑化物半导体材料的基本性质,采用线性插值法计算了材料体系中相对复杂的InGaAsAb、AlGaAsSb的晶格常数、禁带宽度、折射率,为多元半导体锑化物量子阱和超晶格结的设计、制备和特性研究奠定理论基础。
由于与GaAs衬底材料晶格匹配的材料体系和器件研究最成熟,采用GaAs衬底对锑化物材料的外延生长和结构进行研究,一方面可以借鉴GaAs外延技术方面成功的经验,另外将会在未来的光电子集成方面发挥重要作用。因此,本文重点研究GaAs衬底上,GaSb、InSb二元和多元锑化物材料和结构的制备和特性。
首先,采用分子束外延(MBE)技术,研究了GaAs衬底上,二元锑化物材料GaSh的外延生长条件优化和特性研究。着重研究了低温缓冲层在提高GaSb外延材料特性方面的作用。通过外延材料的表面形貌、界面特性、晶格质量以及发光特性等研究,优化了GaSb的外延生长参数。
InSb是研究各种多元锑化物材料的另一重要的二元材料材料,而且该材料本身也是重要的红外探测器材料。而且GaAs和InSb之间存在14.6﹪的失配度,生长难度很大。我们重点研究了在GaAs衬底上,如何实现高性能InSb材料的途径和生长技术。我们着重利用二步法和低温缓冲层的引入,研究了得到高质量InSb外延材料的生长方法和技术。
在以上工作基础上,我们进一步完成了在OaAs衬底上,GaAsSb、AlGaAsSb以及InGaAsSb等材料的外延生长:
初步生长和研究了AlGaAsSb/InGaAsSb量子阱结构,为制备出性能良好的器件打下基础。
此外,在实验上重点进行了锑化物材料的腐蚀特性研究,以便为锑化物材料的器件制备奠定工艺基础。