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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。