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GaAs/Al_xGa_（1-x）As超晶格薄膜界面间扩散的研究

作　者: 徐朋
导　师: 赵连城；国凤云
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 分子束外延 GaAs/Al0.37Ga0.63As 超晶格退火界面间扩散
分类号: TN304.055
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文采用分子束外延(MBE)方法在半绝缘GaAs(001)衬底上经优化生长条件制备了GaAs/Al0.37Ga0.63As超晶格薄膜。在高温下对薄膜进行了快速退火热处理,利用光致发光谱(PL)以及双晶X射线衍射(DXRD)方法揭示了GaAs/Al0.37Ga0.63As超晶格界面处Al原子的扩散行为,并通过PL和DXRD数据分别计算出了超晶格界面处原子的扩散长度,最后阐述了界面扩散行为对GaAs/Al0.37Ga0.63As红外探测器探测性能的影响,论文主要包括如下四部分内容:第一章介绍了国内外GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器的发展概况,超晶格材料的外延生长方法以及超晶格材料的界面间扩散理论。第二章介绍了MBE工艺过程、样品生长的工艺参数、样品的快速退火热处理过程以及界面扩散研究的测试方法。第三章是界面扩散的实验研究和理论分析。将MBE方法制备的GaAs/Al0.37Ga0.63As超晶格材料,分别在650℃、800℃、850℃下进行快速退火热处理60s,并在77K下进行了光致发光以及双晶X射线衍射的测量。PL谱观测发现,光谱峰位(E1-H1跃迁)随退火温度的升高向高能方向移动,其中650℃下退火的试样光谱峰位与退火前相比基本不变;双晶X射线衍射实验发现,随退火温度的升高,衍射峰强度逐渐下降,其中650℃下退火的试样衍射峰强度与退火前相比基本不变。理论上,对PL谱和DXRD实验结果分别进行了分析计算,给出了不同退火温度下的界面间扩散长度,二者计算结果基本吻合。第四章从理论上探讨了GaAs/Al0.37Ga0.63As超晶格界面扩散行为对红外探测性能的影响。采用Kronig-Penny模型和二子能带模型数值模拟分析了退火前后GaAs/Al0.37Ga0.63As超晶格的电子能级结构的变化规律。研究表明,退火后GaAs/Al0.37Ga0.63As超晶格材料的红外探测波长可从7.73μm移动至8～14μm大气窗口内。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-25
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 GaAs/AlGaAs 量子阱红外探测器的发展历程  10-11
  1.3 GaAs/AlGaAs 材料的主要特性  11-17
    1.3.1 GaAs/AlGaAs 材料的能带结构  11-14
    1.3.2 GaAs/AlGaAs 材料的光学特性  14-17
  1.4 分子束外延技术（MBE）  17-21
    1.4.1 分子束外延的基本工作原理  17-18
    1.4.2 分子束外延的设备结构  18
    1.4.3 分子束外延法的特点  18-19
    1.4.4 MBE 生长GaAs/AsGaAs 材料的影响因素  19-21
  1.5 超晶格界面扩散理论概述  21-23
  1.6 本文研究的目的与主要内容  23-25
第2章样品制备与测试方法  25-33
  2.1 GaAs/AlGaAs 超晶格薄膜的制备  25-30
    2.1.1 MBE 工艺过程简述  25-26
    2.1.2 薄膜表面再构观察  26-29
    2.1.3 超晶格样品的生长  29-30
  2.2 超晶格样品的退火热处理  30-31
  2.3 分析测试方法  31-33
    2.3.1 双晶X 射线衍射测试  31
    2.3.2 光致发光测试  31-33
第3章测试结果及扩散长度的理论计算  33-49
  3.1 双晶X 射线衍射结果及其理论计算  33-41
    3.1.1 引言  33-34
    3.1.2 双晶X 射线衍射结果  34-37
    3.1.3 超晶格结构参数的精确测定  37
    3.1.4 界面扩散长度的理论计算  37-41
  3.2 光致发光测试结果及其理论计算  41-47
    3.2.1 引言  41-43
    3.2.2 光致发光实验结果  43-46
    3.2.3 界面扩散长度的理论计算  46-47
  3.3 本章小结  47-49
第4章界面扩散对超晶格红外探测波长的微调  49-59
  4.1 GaAs/AlGaAs 超晶格束缚态电子能级结构的计算  49-55
    4.1.1 Kronig-Penney 模型  49-52
    4.1.2 二子能带模型  52
    4.1.3 GaAs/AlGaAs 超晶格导带电子能级结构理论计算  52-55
  4.2 超晶格红外探测波长的微调  55-57
  4.3 本章小结  57-59
结论  59-60
参考文献  60-64
附录  64-77
致谢  77

GaAs/Al_xGa_（1-x）As超晶格薄膜界面间扩散的研究

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