利用MOVPE选区外延生长InGaAsP

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半导体材料第9讲-III-V族化合物半导体的外延生长

氢化物一般是经高纯H2稀释到浓度为5％或10％后(也有 100％浓度的)装入钢瓶中，使用时再用高纯H2稀释到所需浓度后，输入反应室。
掺杂源有两类，一类是金属有机化合物，另一类是氢化物，其输运方法分别与金属有机化合物源和氢化物源输运相同。
MOVPE设备
2．气体输运系统气体的输运管路是由不锈钢管道、质量流量控制器(mass
金属有机化合物的名称及其英文缩写
三甲基镓三甲基铟三甲基铝三乙基镓三乙基铟二甲基锌二乙基锌二甲基镉二乙基镉
Tri-methyl-gallium TMG．TMGa
Tri-methyl-indium TMI．TMIn
Tri-methyl-alumium TMAI
Tri-ethyl-gallium TEG．TEGa
(3) 总杂质浓度和生长温度的关系。在富砷的生长条件下，温度是影响非掺杂GaAs外延层中总杂质浓度的最重要因素。实验发现，从750℃到 600℃，外延层中的施主和受主浓度都随温度降低而降低。在600℃时，总杂质浓度<1015／cm3。但低于600℃时，外延层表面变得粗糙。
(4) 源纯度对迁移率的影响。在MOVPE生长非掺杂GaAs外延层中，杂质的主要来源是源材料，只要TMG和AsH3中一种纯度不够，迁移率就降低。早期源的纯度不够高曾限制了MOVPE技术的应用。目前采用一般的源可生长出载流子浓度小于1×1014／cm3，室温迁移率大于6000cm2／ VS的GaAs外延层。
4Ga + xAs4 = 4GaAsx ( x<1 ) 而HCI在高温下同Ga或GaAs反应生成镓的氯化物，它的主反应为
2Ga + 2 HCl = 2 GaCl + H2 GaAs + HCl = GaCl + ¼ As4 + ½ H2

金属有机化合物气相外延基础及应用

制备技术
液相外延（LPE）
• 定义：是指在一定取向的单晶衬底上，利用溶质从过饱和溶液中析出生长外延层的技术。 • 优点：生长设备比较简单、生长速度快、纯度比较高、外延层的位错密度通常低于所用的衬底、操作安全。 • 缺点：表面形貌比较差、对外延层与衬底的晶格匹配要求较高、当溶液中含有固-液分凝系数与1相差较大的组分时，很难在生长方向获得均匀的固溶体组分或掺杂，在生长多种材料和薄层、超薄层与复杂结构方面有局限性。 • LPE技术层广泛用于生长GaAs、GaAlAs、GaP、InP、 GaInAsP等半导体材料单晶层，制作发光二极管、双异质结激光器、太阳能电池、微波器件等。时至今日LPE仍用于某些期间的生产，如GaAs发光二极管。
气相外延（VPE）
• 定义：是将含有组成外延层元素的气态化合物输运至衬底上，进行化学反应而获得单晶层的放法。 • 氯化物气相外延中金属与非金属都以氯化物形式输运。其特点：设备比较简单、外延层纯度高。易于批量生产；但 Cl-VPE和所有的VPE方法一样使用的气体源或是易挥发的液体源，具有毒性和腐蚀性，因而不仅要求生长系统密封性好并且耐腐蚀，还需要有防毒、防暴、防火的安全措施。 • 氢化物气相外延与氯化物气相外延的区别在于采用非金属的氢化物（如AsH3）取代其氯化物（AsCl3）。HVPE已用于大规模商业生产同质GaAsP发光二极管（LED）。 • 氢化物与氯化物气相外延的共同的缺点是必须在反应室内建立两个温区，以完成各自的反应。HVPE的原材料中的非金属砷和磷的氢化物毒性比Cl-VPE使用的砷和磷的氯化物更大。
MOVPE
• 氢气作为载气运载气体携带MO源和氢化物等反应剂进入反应室，随着气体流向加热衬底，其温度逐渐升高，在气相中可能发生如下反应：金属有机化合物[路易斯（Lewis）酸]与非金属氢化物或有机化合物（路易斯碱）之间形成加合物，当温度进一步升高时，MO源和氢化物及加合物的逐步热分解甚至气相成核。气相中的反应品种扩散至衬底表面后首先吸附到表面，然后吸附的品种会在表面迁移并继续发生反应，最终并入晶格形成外延层。表面反应的副产物从生长表面脱附，通过扩散，再回到主气流，被载气带出反应室。此外也有部分气相反应产物被气流直接带出反应室。

外延生长

LED制造系列之---外延生长
外延生长的定义与种类
定义：外延生长就是指在某种起始单晶（衬底）上生长具有相同或接近的结晶学取向的薄层单晶的过程
1. 液相外延（LPE）
2. 金属有机化学汽相沉积（MOCVD）
3. 分子束外延（MBE）4. 化学分子束外延 NhomakorabeaCBE）
液相外延（LPE）
液相外延是指在某种饱和或过饱和溶液中在单晶衬底上定向生长单晶薄膜的方法。生长的单晶薄膜可以与衬底的晶向相同，也可以相对于衬底表面的晶向具有另一种特定的晶格取向。液相外延时，首先在较高温度下把加有溶质的溶剂溶解成溶液，当冷却到较低温度时，溶液就变成过饱和状态。当衬底与这种溶液接触并逐渐降温时，溶质就将从溶剂里析出，在衬底上延伸出新的单晶层，生长层的组分（包括掺杂）由相图来决定。液相外延技术于1963年由内尔逊（Nelson）提出，此后应用该技术已经研制和生产出许多半导体光电子器件，其中主要的是异质结构器件。它包括探测器、发光管、激光器、太阳能电池、半导体光阴极和光电子集成器件。
右图表示GaAs液相和固相的平衡相图。 A代表Ga原子，B代表As原子，TA,TB,TAB分别代表Ga，As和GaAs的熔点，各自为 29.8℃，810℃和1238℃。用Ga做溶剂，在低于GaAs熔点温度下，利用不同温度下 GaAs在Ga中的溶解度可以生长GaAs晶体。如起始Ga溶液内组成为x2，当温度为T3时，若溶液与GaAs衬底接触，这时由于处于液相区，溶液未饱和，所以衬底GaAs将继续被溶入（回熔）Ga溶液中，是溶液中As含量增加。相点C向右移动至D点后，达到该温度下的饱和状态，GaAs停止溶解。如溶液组成为x2的 Ga溶液，在T2温度下正好处于饱和状态，衬底GaAs与其接触，不发生回熔。这时如果降温，溶液呈过饱和状态，如溶液不存在过冷，那么就会有GaAs析出。若温度从T2降到T1，则相当于溶液中x2-x1原子比的GaAs将外延在衬底上。析出GaAs的量和溶液中剩余 GaAs的量可用杠杆定理求得。

外延生长的方法有哪些

外延生长的方法有哪些外延生长是指材料沉积在晶体表面基础上的一种生长方式，也称为自下而上的生长方式。

在外延生长过程中，新形成的晶体层沿着晶体的晶面方向生长，从而使整个晶体薄片的尺寸逐渐增大。

外延生长技术广泛应用于半导体行业，例如用于制造集成电路和发光二极管等器件。

下面将介绍几种常见的外延生长方法。

1. 液相外延生长方法液相外延生长是一种基于溶液的生长方法，通过将溶液中的材料沉积在晶体衬底表面来实现生长。

在生长过程中，溶液中的材料原子逐渐结晶并沉积在衬底上。

这种方法可以用于生长多种材料，包括硅、镓、锗等。

通过改变溶液的成分、温度和压力等参数，可以控制晶体生长的形状、尺寸和取向等属性。

2. 气相外延生长方法气相外延生长是一种基于气体的生长方法，通过在预定温度和压力条件下使材料从气态沉积在晶体衬底上，实现晶体的生长。

这种方法常用于生长复杂的硅化物、氮化物和磷化物等材料。

在气相外延生长过程中，材料原子从气态通过化学反应、物理吸附或气体分解等方式沉积在晶面上。

这种方法可以控制晶体生长的取向和形貌，是制备高质量晶体的一种重要方法。

3. 分子束外延生长方法分子束外延生长是一种在超高真空条件下生长薄膜的方法。

在生长过程中，通过利用分子束砷化炉、分子束外延装置等设备，使材料原子经过加热和蒸发的过程，以超高速度沉积在晶体表面上。

这种方法可以控制材料的镉蒸汽压、晶体衬底温度和反应室的压力等参数，从而实现晶体的精确生长和纯度控制。

4. 水热合成外延生长方法水热合成外延生长是一种在高温高压水溶液中生长晶体的方法。

在生长过程中，通过溶液中的化学反应和矿物物质的转移来实现晶体生长。

水热合成外延生长常用于合成高质量的纳米晶体和纳米材料。

通过调节溶液的成分、温度和压力等参数，可以控制材料的尺寸、形状和结构等属性。

5. 熔体外延生长方法熔体外延生长是一种在熔体中生长晶体的方法。

在生长过程中，通过将材料的熔融物质以超低速度沉积在晶体衬底上。

焦平面APD探测器的国内外技术现状和发展趋势

红外焦平面探测器的国内外技术现状和发展趋势一、焦平面APD探测器的背景及特点焦平面APD探测器主要是由：APD阵列和读出电路(ROIC)两部分组成，其中APD是核心元件。

1、APD雪崩光电二极管（APD）是一种具有内部增益的半导体光电转换器件，具有量子响应度高、响应速度快、线性响应特性好等特点，在可见光波段和近红外波段的量子效率可达90%以上，增益在10～100倍，新型APD材料的最大增益可达200倍，有很好的微弱信号探测能力。

2、APD阵列的分类按照APD的工作的区间可将其分为：Geiger-modeAPD（反向偏压超过击穿电压）和线性模式APD（偏压低于击穿电压）两种。

（1）Geiger-modeAPD阵列的特点优点：1）极高的探测灵敏度，单个光子即可触发雪崩效应，可实现单光子探测；2）GM-APD输出信号在100ps量级，即有高的时间分辨率，进而有较高的距离分辨率，厘米量级；3）较高的探测效率，采用单脉冲焦平面阵列成像方式；4）较低的功耗，体积小，集成度高；5）GM-APD输出为饱和电流，可以直接进行数字处理，读出电路(ROIC)不需要前置放大器和模拟处理模块，即更简单的ROIC。

缺点：1）存在死时间效应：GM-APD饱和后需要一定时间才能恢复原来状态，为使其可以连续正常工作需要采用淬火电路对雪崩进行抑制。

2）GM-APD有极高的灵敏度，其最噪声因素更加敏感，通道之间串扰更严重。

（2）线性模式APD阵列的特点优点：1）光子探测率高，可达90%以上；2）有较小的通道串扰效应；3）具有多目标探测能力；4）可获取回波信号的强度信息；5）相比于GM-APD，LM-APD对遮蔽目标有更好的探测能力。

缺点：1）灵敏度低于GM-APD；（现今已经研制出有单光子灵敏度的LM-APD）2）读出电路的复杂度大于GM-APD（需对输入信号进行放大、滤波、高速采样、阈值比较、存储等操作）。

（其信号测量包括强度和时间测量两部分）按照基底半导体材料APD可分为：SiAPD、GeAPD、InGaAsAPD、HgCdTeAPD。

外延生长的基本原理

外延生长的基本原理一、引言外延生长是一种重要的制备薄膜和纳米结构的方法，它在微电子学、光电子学、能源材料等领域得到广泛应用。

本文将介绍外延生长的基本原理。

二、外延生长的定义外延生长是指在晶体表面上沉积一个与衬底同晶向的单晶薄膜或纳米结构。

这个过程可以通过化学气相沉积（CVD）、分子束外延（MBE）等方法实现。

三、衬底选择衬底是外延生长中非常重要的因素，因为它决定了沉积物的结构和性质。

通常选择衬底与待沉积物具有相同或相似的晶格常数和热膨胀系数，以便保证外延层与衬底之间具有良好的匹配度。

同时，衬底表面应该光滑平整，以便于沉积物在其上均匀生长。

四、晶体表面准备在进行外延生长前，需要对晶体表面进行处理，以去除表面杂质和缺陷，并提高其结晶质量。

这个过程称为表面准备。

表面准备的方法包括机械抛光、化学腐蚀、离子注入等。

五、生长过程在外延生长的过程中，先将衬底放置于反应室中，然后向反应室中送入所需气体，通过加热或辅助电场等手段使气体分解并在衬底表面上沉积出晶体。

沉积物的厚度和形貌可以通过控制反应条件（例如温度、压力、气体流量等）来调节。

六、外延生长的基本原理外延生长的基本原理是晶体生长原理。

当气相中存在足够多的原子或分子时，它们会在晶体表面吸附并形成临界核心。

随着吸附原子或分子数量的增加，临界核心逐渐扩大并形成一个新的晶体层。

这个过程可以持续进行直到达到所需厚度。

七、结论综上所述，外延生长是一种重要的制备薄膜和纳米结构的方法，其基本原理是晶体生长原理。

在进行外延生长前需要选择合适的衬底和进行表面处理。

通过控制反应条件可以调节沉积物的厚度和形貌。

LED外延生长工艺概述

LED外延生长工艺概述1.基础概念：外延层是LED的活性层，也是发光层，通过注入电流和激发外延层的电子和空穴，发生复合释放出光子产生发光效果。

外延层的材料通常是由砷化镓(AlGaAs)或磷化镓(AlGaP)等半导体材料组成。

2.材料选择：在选择外延材料时需要考虑一系列的因素，比如材料的能带结构、禁带宽度、透明度、热导率等。

常用的外延材料有AlGaAs、GaAs、InP等。

根据不同的LED器件类型和应用需求，选择合适的外延材料是非常重要的。

3.工艺步骤：-衬底处理：将衬底（通常是蓝宝石或硅基片）进行表面处理，保证衬底表面的平整度、净度等要求。

-衬底预干燥：将衬底置于干燥炉中进行预干燥，以去除杂质和残留水分，保证外延层的纯净度。

-衬底预热：将预干燥后的衬底置于高温炉中进行预热，通过升温、保温等步骤，改善晶体生长的均匀性和晶格匹配性。

-外延层生长：通过化学气相沉积(CVD)或分子束外延(MBE)等技术，在衬底上生长外延层，控制生长时间、温度、气体流量等参数，使外延层尺寸和晶格与衬底匹配。

-冷却：将生长完的样品从外延炉中取出，放置在冷却台上，冷却样品，防止膨胀致使样品破裂。

-切割：将外延层生长完的样品切割成合适的大小，以便进行后续器件制备工艺。

4.常见问题：-杂质控制：在外延层生长过程中，杂质的控制是关键。

杂质的存在会导致材料性能下降，形成缺陷和不均匀性。

因此，需要采取相应的措施，比如采用高纯度原料、优化生长工艺等，控制杂质含量。

-生长速率控制：外延层的生长速率是影响品质的关键因素之一、如果生长速率过快，容易形成缺陷；生长速率过慢，则会影响生产效率。

因此，需要掌握适当的生长速率范围，以确保晶体品质和产量。

-晶格匹配：外延材料和衬底的晶格匹配性对于外延层质量的影响很大。

晶格不匹配会导致外延层晶格畸变、晶面偏转和缺陷生成，从而影响光学和电学效果。

因此，在选择外延层材料和衬底时需要注意晶格匹配性。

总结：LED外延生长工艺是制备高品质LED器件的关键步骤，通过合理的外延层生长工艺，可以提高LED的性能和可靠性。

半导体材料（复习资料）

半导体材料（复习资料）半导体材料复习资料0:绪论1.半导体的主要特征：（1）电阻率在10-3 ~ 109 ??cm 范围（2）电阻率的温度系数是负的（3）通常具有很高的热电势（4）具有整流效应（5）对光具有敏感性，能产生光伏效应或光电导效应2.半导体的历史：第一代：20世纪初元素半导体如硅（Si）锗（Ge）；第二代：20世纪50年代化合物半导体如砷化镓（GaAs）铟磷（InP）；第三代：20世纪90年代宽禁带化合物半导体氮化镓（GaN）碳化硅（SiC）氧化锌（ZnO）。

第一章：硅和锗的化学制备第一节：硅和锗的物理化学性质１.硅和锗的物理化学性质１）物理性质硅和锗分别具有银白色和灰色金属光泽，其晶体硬而脆。

二者熔体密度比固体密度大，故熔化后会发生体积收缩（锗收缩5.5%，而硅收缩大约为10%）。

硅的禁带宽度比锗大，电阻率也比锗大4个数量级，并且工作温度也比锗高，因此它可以制作高压器件。

但锗的迁移率比硅大，它可做低压大电流和高频器件。

2）化学性质（1）硅和锗在室温下可以与卤素、卤化氢作用生成相应的卤化物。

这些卤化物具有强烈的水解性，在空气中吸水而冒烟，并随着分子中Si(Ge)?H键的增多其稳定性减弱。

（2）高温下，化学活性大，与氧，水，卤族(第七族)，卤化氢，碳等很多物质起反应，生成相应的化合物。

注：与酸的反应（对多数酸来说硅比锗更稳定）；与碱的反应（硅比锗更容易与碱起反应）。

2.二氧化硅（SiO2）的物理化学性质物理性质：坚硬、脆性、难熔的无色固体，1600℃以上熔化为黏稠液体，冷却后呈玻璃态存在形式：晶体(石英、水晶)、无定形(硅石、石英砂) 。

化学性质：常温下，十分稳定，只与HF、强碱反应3.二氧化锗（GeO2）的物理化学性质物理性质：不溶于水的白色粉末，是以酸性为主的两性氧化物。

两种晶型：正方晶系金红石型，熔点1086℃；六方晶系石英型，熔点为1116℃化学性质：不跟水反应，可溶于浓盐酸生成四氯化锗，也可溶于强碱溶液，生成锗酸盐。

外延生长法

外延生长法
外延生长法是一种常见的材料生产方法，它是通过在晶体表面沉积原子或分子来制备单晶或多晶材料。

在这种方法中，材料的结构和组成可以被严格控制，从而使其具有精确的物理和化学特性。

外延生长法常用于制备半导体材料，如硅、镓、砷化镓等。

该方法通过在晶体基板表面形成一个小的晶种，然后在这个晶种周围沉积材料，以逐渐形成一个完整的晶体。

这个过程在高温和真空下进行，以确保材料的纯度和晶体结构的稳定性。

外延生长法的主要优点是可以制备大面积、高质量的单晶或多晶材料，同时可以通过改变生长条件来调节材料的物理和化学性质。

这种方法还可以在材料表面上形成复杂的结构和纳米尺度的特征，这些特征在电子学、光学和磁学等领域中具有重要的应用。

外延生长法的缺点是需要高成本的材料和设备，并需要精确的控制和监测生长过程。

此外，这种方法有时会产生材料表面缺陷和晶格失配问题，这可能影响材料的性能和稳定性。

总之，外延生长法是一种重要的材料生产方法，它可以制备高质量、精确控制的单晶或多晶材料，并具有广泛的应用前景。

在未来，随着技术的不断发展和改进，外延生长法将在各种领域中发挥更大的作用。

外延生长_精品文档

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MOCVD设备 Thomas Swan的设备外型
MBE
分子束外延（MBE）是70年代在真空蒸发的基础上迅速发展起来的制备极薄单晶层和多层单晶层薄膜的新技术。其基本原理是在超高真空系统中（真空度优于10-11Pa，分子平均自由程可达1m）将组成化合物的元素材料分别装入喷射炉内，对面喷射炉相隔一定距离放置衬底（加热到600-700℃）。从喷射炉喷出的热分子或热原子束射到衬底表面并延表面移动，与表面发生反应生长成单晶薄膜。
瞬态法共有：平衡冷却法，分步冷却法，过冷法和两相溶液法四种
1）平衡冷却法当温度达到T1时，溶液刚好饱和，使衬底与溶液接触，即在接触瞬间
两种处于平衡状态。然后以恒定的降温速率，一边冷却，一边生长（本方法对应于过冷度ΔT=0，降温速率α≠0）。 2）分步冷却法
这种工艺首先使溶液在温度T1下饱和，将衬底与溶液接触，并迅速冷却到Tg（不能出现自发结晶），此后保持Tg不变进行生长直至结束。 3）过冷法
LED制造系列之---外延生长
外延生长的定义与种类
定义：外延生长就是指在某种起始单晶（衬底）上生长具有相同或接近的结晶学取向的薄层单晶的过程
1. 液相外延（LPE） 2. 金属有机化学汽相沉积（MOCVD） 3. 分子束外延（MBE） 4. 化学分子束外延（CBE）
液相外延（LPE）
液相外延是指在某种饱和或过饱和溶液中在单晶衬底上定向生长单晶薄膜的方法。生长的单晶薄膜可以与衬底的晶向相同，也可以相对于衬底表面的晶向具有另一种特定的晶格取向。液相外延时，首先在较高温度下把加有溶质的溶剂溶解成溶液，当冷却到较低温度时，溶液就变成过饱和状态。当衬底与这种溶液接触并逐渐降温时，溶质就将从溶剂里析出，在衬底上延伸出新的单晶层，生长层的组分（包括掺杂）由相图来决定。

movpe法

movpe法Movpe法化学气相沉积技术（CVD）被广泛应用于制备半导体材料，其中一种CVD技术是金属有机化学气相沉积（MOCVD）。

MOCVD技术是一种用于制备高质量半导体材料的成熟技术，其中Movpe法是MOCVD技术的一种重要变体。

Movpe法是通过金属有机气相沉积来生长半导体材料的过程，是一种高度复杂的过程，需要高度精密的设备和严格的控制。

Movpe法的工作原理是将金属有机气体和气体反应，生成半导体材料。

在Movpe法中，金属有机化合物和气体在反应室中混合并加热，生成反应产物。

这些反应产物沉积在基板上，形成薄膜。

Movpe法的优点是可以在较低的温度下生长高质量的薄膜，并且可以控制薄膜的厚度和化学成分。

Movpe法的应用范围非常广泛，包括生长III-V族半导体材料，如砷化镓（GaAs）、砷化铟镓（InGaAs）、氮化镓（GaN）和磷化铟镓（InP）。

这些材料在半导体器件中被广泛应用，如光电子器件、太阳能电池和激光器。

Movpe法的优点不仅在于其可以生长高质量的薄膜，还在于其可以在大面积基板上生长薄膜。

这是因为Movpe法可以在反应室中加入多个基板，从而在同一时间内生长多个薄膜。

这使得Movpe法成为生产大规模半导体器件的理想选择。

Movpe法的制备过程需要高度精密的设备和严格的控制。

在Movpe法中，金属有机化合物和气体的流量、反应室的温度和压力、反应时间和基板表面的清洁度等因素都对薄膜的质量有重要影响。

因此，Movpe 法的生产需要高度训练有素的技术人员，以确保生长高品质的薄膜。

总之，Movpe法是一种重要的CVD技术，可以生长高质量的半导体薄膜，应用广泛。

Movpe法的优点在于其可以在较低的温度下生长高质量的薄膜，并且可以在大面积基板上生长薄膜。

然而，Movpe法的制备过程需要高度精密的设备和严格的控制，需要经过高度训练有素的技术人员的操作。

半导体外研技术分类

一、半导体材料外延手段主要有气相外延生长VPE、液相外延生长LPE、分子束外延生长MBE三种方法，其中气相外延生长VPE包括卤化物法、氢化物法、金属有机物气相外延生长MOVPE。

MOVPE具有下列的特点：(1)可以通过精确控制各种气体的流量来控制外延层的性质。

用来生长化合物晶体的各组分和掺杂剂都以气态通入反应器。

因此，可以通过精确控制各种气体的流量来控制外延层的成分、导电类型、载流子浓度、厚，度等特性。

可以生长薄到零点几纳米，纳米级的薄层和多层结构。

(2) 反应器中气体流速快，可以迅速改变多元化合物组分和杂质浓度。

反应器中气体流速快，因此，在需要改变多元化合物组分和杂质浓度时，反应器中的气体改变是迅速的，从而可以使杂质分布陡峭一些，过渡层薄一些，这对于生长异质和多层结构无疑是很重要的。

(3)晶体生长是以热分解方式进行，是单温区外延生长，需要控制的参数少，设备简单。

便于多片和大片外延生长，有利于批量生长。

(4)晶体的生长速度与金属有机源的供给量成正比，因此改变其输入量，可以大幅度地改变外延生长速度。

(5)源及反应产物中不含有HCl一类腐蚀性的卤化物，因此生长设备和衬底不被腐蚀，自掺杂比较低。

此外，MOVPE可以进行低压外延生长(LP-MOVPE. Low Pressure MOVPE)，比上述常压MOVPE的特点更加显著。

LPE的特点：优点：①生长设备比较简单；②有较高的生长速率；③掺杂剂选择范围广；④晶体完整性好，外延层位错密度较衬底低；⑤晶体纯度高，系统中没有剧毒和强腐性的原料及产物，操作安全、简便。

缺点：1) 当外延层与衬底晶格常数差大于1％时，不能进行很好的生长。

2) 由于分凝系数的不同，除生长很薄外延层外，在生长方向上控制掺杂和多元化合物组分均匀性遇到困难。

3) LPE的外延层表面一般不如气相外延好。

分子束外延的特点：优点：①源和衬底分别进行加热和控制，生长温度低，如GaAs 可在500℃左右生长，可减少生长过程中产生的热缺陷及衬底与外延层中杂质的扩散，可得到杂质分布陡峭的外延层；②生长速度低(0.1-1nm/s)，利用快门可精密地控制掺杂、组分和厚度，是一种原子级的生长技术，有利于生长多层异质结构；③MBE生长不是在热平衡条件下进行的，是一个动力学过程，因此可以生长一般热平衡生长难以得到的晶体；④生长过程中，表面处于真空中，利用附设的设备可进行原位(即时)观测，分析、研究生长过程、组分、表面状态等。

MOCVD外延生长InN薄膜及其光学性质研究

InN 材料,晶体质量不高,只能通过吸收光谱计算得出室温下 E g 在 1. 8 至 2. 0 eV 附近,但从未报道过与
2. 0 eV附近的能隙相关的发光结果。之后该带隙值长期被广泛接受,并经常用作 InGaN 合金中带隙外推的
终点值 [10] 。 2001 年,Yodo 等
[11]
通过电子回旋共振辅助分子束外延( molecular beam epitaxy, MBE) ,首次观
电子累积层的超高密度。实际上大多数 InN 样品都是电子浓度约为 1 × 10 18 cm - 3 甚至更高的简并 n 型材
料,所以结合 InN 外延层中和表面的各种缺陷结构形成的多种表面,导致实际 InN 的发光特性不能遵从经典
的半导体辐射复合规律。
本文使用 MOCVD 方法,通过在 GaN 与 InN 的外延结构中加入一层 InGaN 垫层以降低 GaN 与 InN 的晶
应变的。室温下 InN 薄膜的光吸收和强光致发光结果表明,所制备的 InN 薄膜能带隙约为 0. 74 eV。本文还初步研究
了 InN 的异常激发依赖性的光致发光行为,证明了 InN 材料的表面效应对辐射复合的强烈作用。
关键词:InN;MOCVD;外延生长;应变;表面缺陷;光学性质;光致发光
中图分类号:O782;TN304;O484. 1
的 InN 表面形貌连续平整。采用光学显微镜、高分辨率 X 射线衍射( HR-XRD) 、透射电子显微镜( TEM) 、光吸收和室
温光致发光等方法研究了 InN 的晶体结构和光学性质。 HR-XRD 的 ω 和 ω-2θ 扫描显示,InGaN 垫层消除了 In 滴的衍
射信号,并且 ω 扫描给出了 150 nm 的 InN 薄膜的(0002) 半峰全宽为 0. 23°。 TEM 选区电子衍射发现,InN 几乎是无

InGaAs量子点外延技术研究

InGaAs量子点外延技术研究简介：InGaAs量子点外延技术是一种重要的纳米材料生长技术，用于制备半导体纳米结构材料。

该技术具有广泛的应用前景，可以在光电子学和纳米电子学领域中发挥重要作用。

本文将对InGaAs量子点外延技术的研究进行探讨。

第一部分：InGaAs量子点外延技术的概述InGaAs量子点外延技术是一种通过化学气相沉积或分子束外延等方法，在衬底上有序生长InGaAs纳米颗粒的纳米材料制备技术。

InGaAs是由In（铟）和GaAs（砷化镓）组成的半导体材料，具有优异的光电特性。

通过调节生长条件和控制衬底表面状况，可以制备出尺寸均一、形状规则的InGaAs量子点阵列。

第二部分：InGaAs量子点外延技术的研究方法InGaAs量子点外延技术的研究方法主要包括生长条件优化、衬底处理、外延片结构和光电性能的表征等方面。

首先，生长条件的优化对于量子点外延技术至关重要。

通过调节气相反应的温度、气体流量、半导体材料组分比例和衬底表面的处理等因素，可以控制纳米颗粒的尺寸和形状。

例如，通过增加外延时间，可以实现量子点的融合生长，提高纳米颗粒的均一性。

其次，衬底的处理对于纳米颗粒的生长也非常重要。

通过表面热退火或表面镀层等方法，可以改善衬底表面的结晶质量，从而利于后续的外延生长。

衬底的选择也是影响生长质量的关键因素之一，常用的衬底材料包括GaN（氮化镓）和Si（硅）。

然后，对外延片的结构和光电性能进行表征是评价量子点外延技术的重要手段之一。

通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和原子力显微镜等表征技术，可以观察纳米颗粒的大小、形貌和分布等信息。

同时，可以利用光致发光光谱和光电导率等测试手段，研究量子点的发光特性和载流子输运性质。

第三部分：InGaAs量子点外延技术的应用前景InGaAs量子点外延技术具有广泛的应用前景。

首先，由于量子点具有限制维度效应，其能带结构与体材料不同，可以调控发光波长和带隙能级。

因此，在激光器、光探测器和太阳能电池等光电子器件中，InGaAs量子点可作为新型材料来应用，从而提高器件性能。

inp 外延层定向方法

inp 外延层定向方法INP外延层定向方法引言：INP外延层是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景。

为了获得高质量的INP外延层，需要采用定向方法来控制其晶体生长方向。

本文将介绍INP外延层定向方法的详细步骤。

一、实验准备1. INP衬底：使用高质量的INP衬底，表面应平整光滑。

2. 基板清洗：将衬底表面清洗干净，去除油污和杂质。

3. 生长装置：选择合适的生长装置，如金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统。

4. 气相源：准备好所需的气相源，如三甲基铝（TMA）、三甲基磷（TMP）和氢气（H2）等。

5. 气体流量控制器：调节气体流量控制器以控制反应条件。

二、外延生长1. 原位热解将TMA和TMP混合后通过反应室，在衬底表面原位热解，并在温度为600-700℃时发生反应。

这个过程通常持续数分钟到数小时，具体时间取决于所需的厚度和质量。

2. 生长条件控制在生长过程中，需要控制反应室的温度、气体流量和压力等参数，以获得所需的INP外延层质量。

通常，温度应保持在600-700℃之间，气体流量比例应调整到最佳值，并且压力应保持稳定。

3. 外延层生长通过原位热解和生长条件控制，可以获得高质量的INP外延层。

此时，需要采用定向方法来控制其晶体生长方向。

三、定向方法1. 确定表面取向使用X射线衍射仪（XRD）或其他表面分析技术来确定衬底表面的取向。

对于INP衬底而言，其表面通常为(100)、(111)或(110)晶面。

2. 选择外延层取向根据所需应用和设备要求选择合适的外延层取向。

例如，在一些器件中需要使用(100)取向的INP外延层。

3. 定向生长在生长过程中，通过调整反应室温度和气体流量等参数来控制INP晶体在特定方向上的生长。

例如，如果需要在(100)方向上生长INP晶体，则应将反应室温度控制在700℃左右，使用适当的气体流量比例，并保持稳定的压力。

4. 检测取向使用XRD等技术来检测外延层取向是否符合要求。

InP基光子集成器件的二次外延生长

InP基光子集成器件的二次外延生长光器件是光通信系统的基础和核心,是推动光纤通信技术发展的关键器件。

光子集成回路(Photonic Integrated Circuits,PIC)是指将若干光器件集成在同一衬底上,构成一个整体,器件之间以半导体光波导连接,使其具有某些功能的光路。

与传统的分立光电光处理相比,光子集成芯片具有小型化、小功耗、高功能、高可靠性的优点,降低了成本和复杂性,提高了系统可靠性,是未来光器件的主要发展方向。

可调谐波长转换器是光交叉连接网络中的关键器件之一,具有动态波长路由的功能。

可调谐波长转换器由有源器件和无源器件组成。

有源器件包括可调谐半导体激光器、半导体光放大器;无源器件有耦合器、移相器、延迟线。

因此,可调谐波长转换器涉及到有源与无源器件的集成,这就需要通过二次外延生长实现它们的单片集成。

其中,半导体激光器和半导体光放大器是可调谐波长转换器的主要组成器件,其外延层包含有InGaAsP层、InP层、P-In P、P+-In P、P+-InGaAs欧姆接触层。

本论文采用金属有机化学气相沉积(Metalorganic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)分别对InGaAsP层、InP层、P-InP、P+-InP、P+-In GaAs欧姆接触层进行了单独生长,并通过电化学-电容电压剖析测试技术(ECV)、X射线双晶衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、二次离子质谱仪(SIMS)、光致发光技术(PL)等测试技术对各外延层进行了测试,为二次外延生长做好了准备。

然后,采用刻蚀技术和表面清洗措施对一次外延片做了相关处理。

最后,采用MOCVD技术二次外延生长了InP层、InGaAsP层、InP层、P-InP、P+-InP、P+-InGaAs 欧姆接触层。

在二次外延生长结束后,使用SEM、ECV对二次外延芯片进行了测试分析。

测试结果表明,二次外延生长质量达到了预期要求,为实现有源器件与无源器件集成奠定了基础。