两步生长法生长的In x Ga1－x As/GaAs材料及性质

韩智明，缪国庆，曾玉刚，张志伟

(1.发光学及应用国家重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033;

2.中国科学院大学，北京 100049)

1 引 言

在1～3μm短波红外波段，InGaAs已经成为重要的红外探测器材料［1］。许多InGaAs红外探测器材料为InGaAs/InP异质结构［2-4］，而本文选择GaAs作为衬底外延生长InGaAs材料，因为GaAs基InGaAs失配异质结材料有较高的电子迁移率、较大的谷能带分裂并且带隙在一定范围内(0.36～1.42 eV)可调节，已经广泛应用于近红外激光器、光电探测器、太阳能电池、高电子迁移率晶体管以及异质结晶体管等器件［5-10］。由于InxGa1-xAs外延材料与GaAs衬底有较大的晶格失配，所以高质量的外延材料很难得到。为了解决晶格失配的问题，目前常用以下几种缓冲层技术:超晶格、组分突变、组分渐变、组分逆变等［11-14］，但上述方法或生长过程控制复杂，或需要生长较厚的缓冲层来释放应力，增加了生长材料的难度及成本。

两步生长法可以有效改善外延层的生长质量［15］。本文利用两步生长法生长外延材料，重点研究缓冲层厚度对外延层质量的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征及分析。实验结果表明，两步生长法生长的InxGa1-xAs/GaAs异质结材料的缓冲层厚度存在一个最优值。

2 实 验

InGaAs外延材料采用德国AIXTRON 2000/4低压金属有机化学气相沉积系统(MOCVD)进行生长。TMGa作为Ga源，TMIn作为In源，AsH3作为Ⅴ族源，载气为高纯氢气。首先，在680℃的高温下对衬底进行5 min的去氧化处理。然后，在450℃低温条件下生长InGaAs缓冲层，缓冲层组分固定，反应室压力为400 Pa，Ⅴ/Ⅲ比为73。……