50周期的In_(0.3)Ga_(0.7)AsGaAs应变超晶格的生长
金属化学气相外延
物的缺点是 价格昂贵。
③在图形衬底上或在聚焦 离子中 选择生长化合物半导体薄膜材 料。
选择外延是一种直接 控制横向尺寸的外延方法。
它可以在亚微米级 水平上从 实现典型的平面结构沉积至完成任意横向侧面沉积。
MOVPE 在本质上通常是平面结构生长 的。
但如果应用了卤化物为基的 MO 源，例如(CZHS) GaCI 和(CZHS)ZAICI ，则可以 进行广阔的生长条 件范围内的GaAs 和GaAIAs 的选择外延。
这样 形成的小面积、亚 微米的选择异质结构表明，它是选择外延在横向限定生长 结构中最早应用的。
③利 用 应变层在超出晶格匹配的体系中扩大外延材料的 生长和应用。
这方面原子层外延(ALE)是制备应 变层超晶格(SLS)结构的有力手段，因为 ALE 可 以被逐层生长 模型的自限制 机理控制为单原子层生 长。
④生长新的化合物材料体系，例如GalnAssb 和GaAIA 息 Sb , InAssb ，GalnP 和 AIGalnP ， GaN 和 AIN ，SIGe ，Znse 和 CdZnTe/ZnTe 以及 HgCdTe/CdTe 等。
此外，MOVPE 也用于试 制高温超导薄膜。
由于MOVPE 和LPE 一 样，需要 足够的相图，溶解度和要求与衬底的晶格匹配，因此MOVPE 的高温超导薄 膜生长过程比较复杂，使之只 获得部分的成功。
MOVPE 生长高温超导薄膜的 质量 较 高和生长速率较快。
今后在这方面尚需改进 MOVPE 技术，优化MO 源和了解MO 源的分解和表面反应等。
在MOVPE 材料制成的新器件中，主要有面发光激光器、短波 长(0.62 一 0.67召m)的GalnP/ GaAllnP 发光管和激光器、应变 量子阱激光器和量子 阱 红外探测器等。
(彰瑞伍)表l 几种主要 VPE 的比较 | --------------- 1 ------------------- —I --------------------- 1 I 方法 I 优点 丨缺点 丨I -------------- 1 ---------- ---------- 1 ---------------------- 1 I CLVPE I 简单I 不能制备含 AI 化合物， I I I 高纯度I 制备Sb 化物困难;)I I I I 20人的界面宽度源有毒性I I I I 如 AsC13 I I --------- 1 --------------------- 1 --------------------- 1 I HVPE I 已发展为生产规模I 不能制备Al 化物，制备I I I I sb 化物困难；源有 毒性，I I I I 如AsH3等;界面为梯I I I I 度;复杂的反应管和复杂 I II I 过程；控制困难’I I ---------- 1 ---------------------- 1 ---------------- ---- 1 I MOVPE I 操作灵活性和可变性 I 源的价格贵 I I I 界面突变，可制作 微结构I 源的毒性大、 I I I 材料，界面复合速率低I I I I 可以选择外延 II I I 外延层均匀，具生产规模I I I I 反应器较简单I I 1 ---------------------- 1 ----- ------------------------- 1 ---------------------------------- 1 MOCVD 设备的改进主要是为了获得 大面积和高均匀性的外延材料。
国内首次用分子束外延生长出短周期InAa／GaSb超晶格
世界最薄材料有望取代硅片 英国曼彻斯特大学联手德国马克斯 ・ 普朗克研究所 已研制出世界上最薄的材料， 厚度 只
有一根头发的 ２ ０万分之一 。这种 新材料 的问世有望在电子计算机和医学等领域掀起一场新 的革命 。 超薄膜片 这种膜片 由碳原子六边形连接而成，状如蜂巢，但只有一个原子那么厚。 如果层层叠加 ，需要 ２ 万层才 能达到一根头发丝的厚度 。 ０ 科学家两年前创造出这种二维碳原子膜片，但必须贴在其他材料上。 如今， 研究人员 已 经可 以利用纳米级 的金制架 台将这种膜片悬挂起来 。 根据物理理论 ， 这种材料不可能稳定存在，因为它实际上是一种二维晶体结构，而这种 结构极易受热损毁。 但二维碳原子膜片 已经证明可 以稳定存在于室温真空中。 所有其他物质 薄 到 这种膜 片 １ 倍 厚度 时 ，就会 发 生氧化 、分解 ，不 能稳 定存 在 。 Ｏ 这种膜 片 之所 以能够 稳 定存 在 ，是 因为它 并非 静止 平铺 ，而 是轻 微波 动 。波 动 为这种 结 构提供 了第三维度 ，也就提供 了聚合力 。 承载分子 这种膜片将主要应用于大幅提高计算机运算速度和研制新药物。 此外， 它
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２０ 年 第 ５ ０７ 期
理化所成功地制备了宽度几个微米 的 Ｃ Ｓ纳米带，对纳米带的结构进行了表征 ，测量 了单 ｄ 根纳米带的光 电导性能。实验发现 ：纳米带的生长方向与其它 ⅡⅥ 族半导体纳米带不同； ． ＣＳ ｄ 单根纳米带的光谱响应、 光强度和时间响应速度 比体材料和薄膜 的响应速度快得多， 而 且纳米带的尺寸对纳米带的响应速度有明显的影响，宽度越小 ，响应速度越快；说明 Ｃ Ｓ ｄ 纳米带响应速度正比于纳米材料表面． 体积 比和单晶的完整度 ：在不同的气氛 中感光灵敏度 有 明显 不 同 。 这一研究进展表明 Ｃ Ｓ半导体纳米带在光敏器件和气体传感器等光电应用方面有广泛 பைடு நூலகம்ｄ 的前 景 。
InAs_GaSb超晶格中波焦平面材料的分子束外延技术
取得令人瞩目的成绩，但目前报道的焦平面探测器 性能与其理论预期还有相当大的差距．主要的制约
因素是材料性能尚有待进一步提高．另外，国内对该
方向的研究尚处于起步阶段，要赶上国际先进水平，
更需要在材料生长与性能表征上加大研究力度．
本文报道用ＭＢＥ技术生长ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格材 料及其性能的研究．我们采用微分相衬显微镜、原子
ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ
２０００８３，Ｃｈｉｎａ）
ｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｍｉｄ－ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｉｎｆｒａｒｅｄ ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ
台阶高度为０．３６５ｎｍ，与一个单原子层的厚度基本 吻合．测试范围２¨ｍ ｘ２阻ｍ内的平均粗糙度在１— １．５ Ａ之间，说明样品具有原子级平整的表面．因此
在后续的实验中，ＧａＳｂ的生长温度采用４８５℃， ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格的生长温度采用４５０℃． 第二组材料是在获得最佳的衬底温度条件下，
行的，超晶格材料的Ａｓ源和ｓｂ源分别由Ａｓ带阀的 裂解炉和ｓｂ带阀的裂解炉提供的Ａｓ２和ｓｂ２．Ｉｎ源 和Ｇａ源分别是７Ｎ的高纯金属Ｉｎ和Ｇａ．实验采用
（１００）晶向的ＧａＳｂ衬底，衬底表面脱氧过程由在线
的反射式高能电子衍射（ＲＨＥＥＤ）花样监控，材料外 延生长的速率由ＲＨＥＥＤ强度振荡曲线获得，Ｉｎ／Ａｓ
和Ｇａ／Ｓｂ的束流比由在线的离子规测量得到，衬底
设计了３种不同的界面结构如图３所示，主要改变 了界面层中Ｉｎ和ｓｂ的开关时间长短及开关顺序． 由于ＩｎＡｓ的晶格常数比ＧａＳｈ的晶格常数ｔｈ７．５％，
InGaAsGaAsP应变补偿多量子阱MOCVD生长
第42卷第4期2021年4月发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCEVol.42No.4Apr.,2021文章编号：1000-7032(2021)04-0448-07InGaAs/GaAsP应变补偿多量子阱MOCVD生长王旭，王海珠*,张彬，王曲惠，范杰，邹永刚，马晓辉(长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林长春130022)摘要：利用金属有机化学气相沉积技术在GaAs衬底上开展了大失配InGaAs多量子阱的外延生长研究。
针对InGaAs与GaAs之间较大晶格失配的问题,设计了GaAsP应变补偿层结构;通过理论模拟与实验相结合的方式,调控了GaAsP材料体系中的P组分,设计了P组分分别为0,0.128,0.184,0.257的三周期In”Ga-* As/ GaAs1-y P y多量子阱结构;通过PL、XRD、AFM测试对比发现，高势垒GaAsP材料的张应变补偿可以改善晶体质量。
综合比较，在P组分为0.184时,PL波长1043.6nm,半峰宽29.9nm,XRD有多级卫星峰且半峰宽较小,AFM粗糙度为0.130nm,表面形貌显示为台阶流生长模式。
关键词：金属有机化学气相沉积；InGaAs/GaAsP;应变补偿；多量子阱；晶格失配中图分类号：TN304.2文献标识码：A DOI：10.37188/CJL.20200379Growth of InGaAs/GaAsP Strain-compensatedMultiple Quantum Wells via MOCVD TechnologyWANG Xu,WANG Hai-zhu*,ZHANG Bin,WANG Qu-hui,FAN Jie,ZOU Yong-gang,MA Xiao-hui(State Key Laboratory of High Power Semiconductor Lasers,Changchun University of Science and Technology,Changchun130022,China)*Corresponding Author,E-mail:whz@Abstract:The large mismatched InGaAs multiple quantum wells on GaAs substrates were prepared by metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD)technology.In order to solve the large lattice mismatch between InGaAs and GaAs，the GaAsP strain compensation layer structure was designed.And our systematically theoretical and experimental studies were performed upon the composition adjustment of P in the GaAsP materials.The three-periods In*Ga—*As/GaAs|_y P y multi-quantum wells structures with the P component of0,0.128,0.184,and0.257were pared with PL，XRD，AFM testing results of the samples with and without GaAsP layer，it is found that tensile strain compensation of higher barrier GaAsP material could improve the crystal quality.When the content of P was0.184,the PL wavelength of InGaAs/GaAsP MWQs was1043.6nm,the FWHM was29.9nm.The XRD peaks had multi-level satellite peaks,and the FWHM of the satellite peaks was small.The AFM roughness was0.130nm，and the surface morphology showed a step flow growth mode.Key words:metal-organic chemical vapour deposition(MOCVD)；InGaAs/GaAsP；strain compensation；multiple quantum wells；lattice mismatch收稿日期：2020-12-12；修订日期：2021-01-04基金项目：吉林省科技发展计划(20190302052GX)资助项目Supported by J ilin Science and Technology Development Plan(20190302052GX)第4期王旭，等：InGaAs/GaAsP应变补偿多量子阱MOCVD生长4491引言半导体激光器具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、功耗低等方面的优势,近几年在很多领域得到了广泛的研究和应用，其中近红外波段更是研究的重点［1-2］o在近红外的870~ 1100nm波段，对于GaAs基半导体激光器来说,有源区需要采用InGaAs应变量子阱得以实现。
异变生长GaAs基长波长InAs垂直耦合量子点
异变生长GaAs基长波长InAs垂直耦合量子点王鹏飞;熊永华;吴兵朋;倪海桥;黄社松;牛智川【期刊名称】《半导体技术》【年(卷),期】2008(0)S1【摘要】GaAs基InAs自组织量子点在通信集成光电子以及新兴单光子器件中有着广泛应用,利用分子束外延生长方法获得长波长的InAs/GaAs量子点结构。
提出了在GaAs基In0.05Ga0.95As异变过渡层上生长InAs/GaAs/InAs双层耦合量子点结构,同时利用InGaAs盖层中引入Sb辅助生长的方法,通过改变生长温度、淀积量以及In组分等生长参数,最终得到了室温光致发光波长为1533nm的InAs量子点结构,谱线半高宽为28.6meV,经原子力显微镜测试表明,其密度为(4~8)×109cm-2。
预计进一步提高量子点密度后,此技术可应用于长波长量子点激光器材料的分子束外延生长。
【总页数】4页(P55-58)【关键词】分子束外延;InAs量子点;异变过渡层;光致发光谱【作者】王鹏飞;熊永华;吴兵朋;倪海桥;黄社松;牛智川【作者单位】中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TN304.054【相关文献】1.1.5微米波段GaAs基异变InAs量子点分子束外延生长 [J], 魏全香;王鹏飞;任正伟;贺振宏2.自组织InAs/GaAs量子点垂直排列生长研究 [J], 王志明;封松林;吕振东;杨小平;陈宗圭;宋春英;徐仲英;郑厚植;王凤莲;韩培德;段晓峰3.利用分子束外延在GaAs基上生长高特征温度的InAs量子点激光器 [J], 袁野;牛智川;苏向斌;杨成奥;张一;尚金铭;谢圣文;张宇;倪海桥;徐应强4.GaAs基1.55微米自组织InAs量子点材料生长研究进展 [J], 曾丽娜;杨云帆;秦振;李林;刘兆悦;李再金;赵志斌;陈浩;乔忠良;曲轶;刘国军5.自组织生长多层垂直耦合InAs量子点的研究 [J], 王志明;邓元明;封松林;吕振东;陈宗圭;王凤莲;徐仲英;郑厚植;高旻;韩培德;段晓峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
半导体物理硅、锗、砷化镓的能带结构
二、 固溶体的基本性质 固溶体的物理性质一般会连续地随组份比的变化而变化
1．晶格常数服从Vegard关系： aAB xaB (1 x)aA
aABC xaA yaB (1 x y)aC
InSb 0.64
晶格常数 a （nm）
0.62 AlSb InAs 0.60
InP 0.58
GaAs 0.56
x
EgXx 1.115 0.43x 0.206x2 eV 0 x 0.85
EgL x 2.01 1.27 x
eV
0.85 x 1
3) GeSi固溶体的赝晶生长 GeSi固溶体的晶格常数随着Ge组分的升高而增大， 如果以硅片为衬底生长GeSi固溶体薄膜，在Ge组分 较高时出现严重晶格失配，生成高密度失配缺陷。
组份比 x
2、固溶体的禁带宽度 • 固溶体的能带结构随其组分的变化而变化，每个导带极小
值与价带顶之间的距离都随组分的变化而变化
Eg,AB xEg,A (1 x)Eg,B Eg,ABC xEg,A yEg,B (1 x y)Eg,C
Eg a bx cx2
固溶体
Eg (eV)
固溶体
AlxIn1-xP
1.351+2.23x
AlxGa1-xAs
AlxIn1-xAs 0.36+2.012x+0.698x2 AlxGa1-xSb
AlxIn1-xSb 0.172+1.621x+0.43x2 GaxIn1-xP
GaxIn1-xAs
0.36+1.064x
GaxIn1-xSb
Eg (eV)
1.424+1.247x; 1.424+1.455x
ax 0.5431 0.01992x 0.002733x2 nm
半导体材料第8章III--VV族多元化合物半导体
吉林大学电子科学与工程学院
半导体材料
超晶格 ： 由两种（或两种以上）组分（或导电类 型)不同、厚度d极小的薄层材料交替生长在一起 而得到的一种多周期结构材料。
厚度d远大于材料的晶格常数a，但相近与或小于 电子的平均自由程
衬底
这是在原来“自然”晶体晶格的周期性结构上又叠 加了一个很大的“人工”周期的新型人造材料。
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半导体材料
c) 电价因素
连续固溶体必要条件：原子价（或离子价）相同 多组元复合取代总价数相等，电中性。 （ 不是充 分条件） ¾ 电负性相近，有利于固溶体的生成 ¾ 电负性差别大，倾向于生成化合物 如果价态不同，则最多只能生成有限固溶体（满 足尺寸条件前提下）
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使用四元固溶体可增加一个对其主要性能进行调 整和裁剪的自由度，即可通过两种组元的组分改 变来调整其带隙和晶格常数。
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半导体材料
从 图 上 可 知 ： 与 InP 晶 格 (0.5869nm) 相 匹 配 的 该固溶体的带隙可在 0.74~1.35eV之间调整
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半导体材料
三元固溶体：
Vegard定律
晶格常数
aAB=xaA+（1-x）aB aA和aB分别为互溶材料A和B的晶格常数 带隙宽度
Eg,AB= a+bx+cx2 其中，a,b,c为特定固溶体材料的特征常数
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半导体材料
固溶体晶格常数随组分变化
晶格常数 a （nm）
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半导体材料
E(k)
3.0
纳米材料知识点
第一次作业1简述纳米材料科技的研究方法有哪些？答：主要有两种技术：Top down（由上而下）的方法和 Bottom up （由下而上）的方法（2 分）； Top down 由上而下的方法是一种采用物理和化学方法对宏观物质的超细化的纳米科技的研究方法。
Bottom up 由下而上的方法，以原子、分子、团簇等为基元组装具有特定功能的器件、材料。
纳米科技的最终目的是以原子、分子为起点，去制造具有特殊功能的产品。
2纳米材料的分类？纳米材料通常按照维度进行分类。
超细粒子，团簇→ 0 维材料纳米线或管→ 1 维纳米材料纳米膜→ 2 维纳米材料纳米块体→ 3 维纳米材料第二次作业1在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么？答：量子尺寸效应使纳米光学材料对某种波长的光吸收带有蓝移现象，纳米粉体对各种波长光的吸收带有宽化现象，纳米微粒紫外吸收材料就是利用这两个特性。
对紫外吸收好的材料有三种：TiO2 纳米粒子的树脂膜、Fe2O3 纳米微粒的聚合物膜和纳米Al2O3 粉体。
大气中的紫外线在 300~400nm 波段，在防晒油、化妆品中加入纳米微粒，对这个波段的紫外光线进行强吸收，可减少进入人体的紫外线，起到防晒作用。
2解释纳米材料熔点降低现象。
答：晶体的自由表面和内界面（如晶界、相界等）处原子的排布与晶体内部的完整晶格有很大差异，且界面原子具有较高的自由能。
因此，熔化通常源于具有较高能量的晶体表面或界面。
晶粒尺寸减小，使各种界面增多、表面积增大，熔化的非均匀形性位置增多，从而导致熔化在较低温度下开始，即熔点降低。
第三次作业：1纳米材料有哪些基本效应？试举例说明。
答：纳米材料基本效应有尺寸效应、形状效应、量子效应和界面效应。
其中尺寸效应和形状效应是纳米材料最重要的基本效应。
⑴米材料具有强烈的尺寸效应所谓尺寸效应就是当纳米材料的组成相的尺寸如晶粒的尺寸、第二相粒子的尺寸减小时，纳米材料的性能会发生变化，当组成相的尺寸小到与某一临界尺寸相当时，材料的性能将发生明显的变化或突变。
生长厚度对InGaAs_InAs薄膜表面形貌的影响_王一
生长厚度对InGaAs/InAs薄膜表面形貌的影响王 一 郭 祥 刘 珂 黄梦雅 魏文 赵 振 胡明哲 罗子江 丁 召＊(贵州大学理学院电子科学系 贵阳 550025)Effect of Thickness on Microstructures of InGaAs/InAs Thin Films Wang Yi,Guo Xiang,Liu Ke,Huang Mengya,Wei Wenzhe,Zhao Zhen,Hu Mingzhe,Luo Zijiang,Ding Zhao＊(Depar tment of Electro nics,College of Science,Gui zhou Univer sity,Guiyang550025,China) Abstract The gro wth of In0.86Ga0.14As thin films by molecular bea m epitaxiy(MBE)on InAs substrate was in-situ annealed and monitored with reflection high ener gy diffraction(RHEED).The influence of the growth conditions,the film thickness in particular,on the atomic structures of the film surfaces was characterized with scanning tunneling microscopy (STM).The results show that while slightly affecting the surface reconstruction,the thickness has a major impact on the micr ostructures and mechanical properties of the film surface.For example,as the thickness increased,the tensile inside the epitaxial layerincreased,but the average size of terrace decreased.Moreover,an increased number of steps with sharp irregular zigza g edgeswere observed,possibly because of accumulation of surface tensile and anisotropic preferred diffusion mechanisms. Keywords MB E,InGaAs/InAs,STM,Gro wth thickness 摘要 利用分子束外延技术,通过反射式高能电子衍射仪实时监控In0.86Ga0.14As/InAs薄膜生长状况,在InAs(001)基片上生长5、10、20原子单层(ML)厚度的InGaAs单晶薄膜。
半导体异质结构
半导体异质结构1半导体异质结及其能带图异质结由两种不同的半导体单晶材料组成的结，称为异质结。
半导体异质结的能带图反型异质结指由导电类型相反的两种不同的半导体单晶材料所形成的异质结。
例如p型Ge与n型GaAs所形成的结——p-nGe-GaAs（或(p)Ge-(n)GaAs）——一般把禁带宽度较小的半导体材料写在前面。
同型异质结指由导电类型相同的两种不同的半导体单晶材料所形成的异质结。
例如n型Ge与n型GaAs所形成的结——p-pGe-GaAs（或(p)Ge-(p)GaAs）突变型异质结一种半导体材料向另一种半导体材料的过渡只发生于几个原子距离范围内不考虑界面态时的能带图突变反型异质结能带图由于n型半导体的费米能级较高，电子将从n型半导体流向p型半导体，同时空穴在与电子相反方向流动，直至Ef=Ef1=Ef2——热平衡状态。
此时，材料交界面的两边形成了空间电荷区（即势垒区或耗尽层）。
n型半导体一侧为正空间电荷区，p型半导体一侧为负空间电荷区，且电荷数相等（由于不考虑界面态），空间电荷区间产生电场，也称为内建电场，所以电子在空间电荷区中各点有附加电势能，使空间电荷区中的能带发生了弯曲。
尖峰与凹口能带突变突变同型异质结能带图形成异质结时，由于禁带宽度大的n型半导体的费米能级比禁带宽度小的高，所以电子将从前者流向后者。
结果在禁带宽度小的n型半导体一边形成了电子的积累层，而另一边形成了耗尽层。
对于反型异质结，两种半导体材料的交界面两边都成为了耗尽层；而在同型异质结中，一般必有一边成为积累层。
尖峰与凹口能带突变考虑界面态时的能带图1.形成异质结的两种半导体材料的晶格失配，需要引入界面态。
2.由于晶格失配，在两种半导体材料的交界面处产生了悬挂键，引入界面态。
3.当具有金刚石结构的晶体的表面能级密度在10¹³cm－²以上时，在表面处的费米能级位于禁带宽度的越1/3处——巴丁极限。
4.对于n型半导体，悬挂键起受主作用，因此表面处的能带向上弯曲。