gaas基gasb薄膜的分子束外延生长与发光特性

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1、万方数据第36卷2007年第2期2月稀有金属材料与工程RAREMETALMATERIAI，SANDENGINEEIuNGVbl．36．No．2Febmaq2007GaAs基GaSb薄膜的分子束外延生长与发光特性熊丽1，李美成2，邱永鑫2，张保顺3，李林3，刘国军3，赵连城2(1．哈尔滨工业大学(威海)，山东威海264209)(2．哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001)(3．长春理工大学，吉林长春130022)摘要：研究了用分子束外延(MBE)在GaAs衬底上生长Gasb薄膜的工艺。为了减小因晶格失配

2、度较大所引起的位错密度，采用低温GaSb作为缓冲层，有效降低了外延层中的位错密度，提高了晶体质量。通过X射线双晶衍射仪和原子力显微镜测试分析，得到低温GaSb缓冲层的优化生长参数：厚度为20nm，生长速率为1．43um／ll，v／III束流比为2．0。并在此基础上研究了Gasb薄膜的发光特性：GaSb薄膜的光致发光光谱主要由束缚激子(BE4)和施主．受主对(D．A)辐射复合发光峰组成，在50K时其发光峰强度最强，半峰宽最窄。关键词：分子束外延；Gasb；缓冲层；发光特性中图法分类号：TN304．055文

3、献标识码：A文章编号：1002—185x(2007)02．0339．051引言GaSb是一种III．v族化合物半导体材料，近年来，由于光纤通信技术和长波长红外技术的发展，这种材料引起了人们越来越大的兴趣【l】。Gasb的晶格常数与多种三元、四元III．V族化合物半导体相匹配，这些材料的光谱范围在0．8肛m～4．0¨m之间，可做长波长2．0斗m～4．0¨m半导体激光器的光源，这恰好符合超低损耗光纤通讯光源的需要。GaSb基材料在红外技术方面也有巨大的潜在应用价值，利用GaSb基超晶格的带间吸收可以制造波长

4、在8．0pm～14．0岫范围的长波红外探测器。例如，自1989年D．L．Smith等人[2】提出了InAs／GaInSb超晶格材料在红外探测器领域的应用潜力以后，该材料具有的优良性质而引起人们的广泛关注并得到了迅速的发展【3'4】：通过改变InAs／(Ga，In)Sb超晶格各组成材料的厚度，还可以得到多波段的红外探测器，其中制得的在3．O¨m～5．O¨m中红外波段的红外探测器有更低的暗电流，工作温度高，均匀性好，可与传统红外探测器材料HgCdTe和InSb相竞争【5】。由此可见，GaSb基材料体系具有非

5、常广阔的应用前景。二元GaSb材料是制备高质量的三元和四元锑化物的基础和重要材料，因此，研究GaSb材料的生长和特性是十分必要的。目前，生长GaSb异质外延薄膜所存在的主要问题之一是衬底和外延层之间较大的晶格失配度(约7％)。为了解决这一问题，已经尝试采用了各种缓冲层[6~91。本试验以低温GaSb作为缓冲层，采用分子束外延(MBE)技术在GaAs衬底上生长GaSb薄膜，优化了低温GaSb缓冲层的生长参数，并研究了GaSb薄膜的光学特性。2实验本试验采用英国VGSEMICON公司的V80H型分子束外延设

6、备系统。所采用的衬底为AmericanXtalTechnology(AXT)公司的50．8mm．Epi-Ready_n．GaAs衬底，其表面为(100)面偏向<111>A20～40。为消除因机械加工损伤给衬底带来的表面不平整等因素，在生长GaSb薄膜之前，首先生长一层GaAs作为缓冲层，然后在400℃下生长低温GaSb缓冲层。最后，在500℃下生长厚度约1um的GaSb外延层。为便于比较，分别生长了无低温Gasb缓冲层和有低温GaSb缓冲层的试样，其中，有低温GaSb缓冲层的试样又分为不同的缓冲层厚度、

7、生长速率以及V—IⅡ束流比。所有试样的生长条件如表1所示。采用日本理光电机公司生产的D／max—RA型x射线双晶衍射仪(DCxRD)分析材料的晶体质量，X射线源为CuK口，波长A=0．15405nm。采用美国DigitalInstmmentsInc(DIInc)公司生产的NanoscopeIIa型收到初稿日期：2005．11．30；收到修改稿日期：2006．03—20基金项目：国家自然科学基金(50272019)及国家高技术研究发展计划(“863”计划)项目资助(2003AA305860)作者简介：熊丽

8、，女，1980年生，硕士，助教，哈尔滨工业大学(威海)材料学院，山东威海264209，电话：0631．5687324万方数据稀有金属材料与工程第36卷SPM原子力显微镜分析材料的表面形貌。采用英国伯乐公司的PL9000型傅立叶变换光荧光光谱仪分析材料的发光特性，所用激发光源为氩离子激光514nm线，发射功率为50mw。表1不同GaSb薄膜试样的生长条件1hble1GrowthconditionsOfdifferentGaSbthin6lms