InP_GaAs异质结构的低温外延生长及退火研究

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1、分类号：TN304.2单位代码：10183研究生学号：2015432037密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）InP/GaAs异质结构的低温外延生长及退火研究StudyonEpitaxialGrowthatLowTemperatureandAnnealingofInP/GaAsHeterostructures作者姓名：李婧娟闫帅专业：材料学研究方向：表界面结构研究指导教师：郭作兴教授培养单位：材料科学与工程学院2018年5月———————————————————————————InP/GaAs异质结构

2、的低温外延生长及退火研究———————————————————————————StudyonEpitaxialGrowthatLowTemperatureandAnnealingofInP/GaAsHeterostructures作者姓名：李婧娟专业名称：材料学指导教师：郭作兴教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年5月31日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面、电子版本的任何单位和个人版本，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权

3、的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体。，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期：＞？年月ｄ曰１／摘要InP/GaAs异质结构的低温外延生长及退火研究摘要

4、InP材料作为直接带隙半导体，在太阳能电池转换效率和抗辐射性能等方面都优于已具备成熟制备技术的GaAs材料。近年来，很多科学家都在InP材料上做了很多研究，但InP材料机械强度极差并且价格昂贵，想要获得大尺寸InP非常艰难。GaAs材料是目前为止应用最广泛的二元III-V族化合物半导体材料，其制备技术和应用技术成熟，性能优越，单结太阳能电池转换效率高。如果能在GaAs片层上生长一层InP薄膜，就可以取长补短，解决InP存在的问题，发挥两种材料的优点。然而，InP/GaAs异质结之间存在高达4%的晶格失配，异

5、质外延生长时大量的线位错和界面位错就会产生。这已成为实现InP/GaAs异质外延生长的最主要的障碍。因此开展在GaAs基底上低温直接生长InP外延层的工作，明确InP外延层中位错的产生和分布情况，探讨位错与生长条件和后续处理的关系，对以后InP/GaAs材料的发展具有重要的意义。本文采用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)，在GaAs基底上低温直接生长了InP外延层，并针对低温生长样品进行了不同温度退火、电场作用下退火和真空退火处理。利用原子力显微镜、拉曼光谱、XRD、DCXRD和TEM测试手段，探究了外

6、延层厚度、生长温度以及不同退火条件对InP/GaAs异质结构中InP外延层结构变化和性能方面的影响规律。主要研究工作如下：(1)发现和解释了反向位错的产生机理。在低温生长条件下，随着外延层厚度的增加，InP外延层的结晶质量提高，位错密度减小，这种现象是小岛合并而引起的，并且其电性能也得到了提高；当外延层厚度达到某一特定值时，在GaAs基底中逐渐出现了反向位错，当达到另一极限值反向位错又会消失。反向位错的出现是界面凹凸不平引起的。(2)发现和解释了InP外延层退火时的分解现象。当退火温度超过一定值后，InP外

7、延层产生了分解，一部分In元素和P元素发生扩散，形成InGaAs和InGaP过渡层，另一部分发生重结晶，在界面处InP形核并呈现岛状生长。对于经过退火的样品，随着退火温度和外延层厚度的变化，InP都有不同程度的分解，并且InP外延层的表面形貌、结晶质量、内部结构和电性能都有一定的变化。(3)在外加正负电场下进行退火的InP/GaAs材料，二者InP外延层的结构和性能I吉林大学硕士学位论文本身差别不大，比退火之前的样品结晶质量高、电性能好。经过真空退火的InP/GaAs材料由于退火时间较长，导致InP层分解趋

8、于完全，且过渡层均匀，过渡层两侧趋于平坦，只有少数InP未分解。关键词：金属有机化学气相沉积，InP/GaAs，退火温度，结晶质量，位错密度IIAbstractStudyonEpitaxialGrowthatLowTemperatureandAnnealingofInP/GaAsHeterostructuresAbstractAsadirectgapsemiconductor,InPmaterialissuper