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非致冷红外探测材料InGaAs的生长和性质研究

缪国庆  
【摘要】: 非致冷红外探测器及其列阵是近年红外探测器发展的一个新趋势。Ⅲ-Ⅴ族InGaAs半导体材料特别是与InP衬底匹配的In_(0.53)Ga_(0.47)As已经表明它是用于0.9μm—1.7μm近红外波段的一种首选的非致冷红外探测器材料。InGaAs红外探测器及其焦平面列阵主要应用在成像和光谱两方面。 本论文采用自行研制的LPMOCVD系统生长了In_xGa_(1-x)As/InP材料,详细研究LPMOCVD生长条件对In_(0.53)Ga_(0.47)As材料性质的影响,并且对材料性质进行了表征研究。实验表明: 生长温度是一个重要的生长参数,它对外延层的表面形貌、组分、结晶质量、迁移率、载流子浓度有着很大影响。在生长温度为630℃—650℃,能够得到高质量的In_(0.53)Ga_(0.47)As材料。 Ⅴ/Ⅲ比对外延层的表面形貌有较大影响,增大Ⅴ/Ⅲ比有利于提高材料的结晶质量;随着Ⅴ/Ⅲ比增加,迁移率升高;本征载流子浓度随着Ⅴ/Ⅲ比减少而降低;AsH_3和PH_3转换时间在10秒到30秒之间可以获得质量较好的InGaAs外延层;在InP缓冲层厚度为0.2μm时迁移率达到最大,载流子浓度达到最低。 本文研究了生长条件对InGaAs室温和低温(10K)光致发光谱的影响。在生长温度为550℃时,InGaAs的10K光致发光谱是由两个峰组成,在生长温度为630℃和650℃时,样品的光致发光谱中变为只有一个峰,而且在650℃发光强度比630℃强,发光谱的半峰宽也是650℃最窄。当生长温度到达680℃时,光致发光谱变成由两个峰组成。讨论In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP的变激发强度和变温光致发光谱,计算了不同温度下的In_(0.53)Ga_(0.47)As光致发光谱峰值能量。 本文研究了生长条件对InGaAs微区拉曼散射光谱的影响。在拉曼散射中出现的FLA峰,标志有序和无序程度不同。测量了In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP材料的变温拉曼散射谱,从拉曼谱中得GaAs的LO的偏移计算了不同温度下In_(0.53)Ga_(0.47)As外延层所受到的应力。 最后,采用LPMOCVD技术制备InGaAs红外焦平面列阵器件结构材料,对器件结构材料进行了表征。


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