Al-Si合金法提纯具有生产成本低、除杂效率高、副产物单一等特点, 是一种极具潜力的太阳能级多晶硅原料的制备方法。在该工艺路线中, Al作为溶剂不可避免地会对Si产生污染, 如何降低初晶硅中Al的含量是亟需解决的问题之一。本文通过向Al-50%Si合金中加入Cu, 分析Cu对合金溶液热力学性能的影响, 结合Cu的存在方式, 探讨Cu对Al污染的抑制作用。结果表明: 在Al-50%Si合金中添加10%(质量分数)Cu后, 合金中Al的活度系数降低至0.714 8; 初晶硅中Al的含量从250.960 mg/kg降低到181.637 mg/kg, 比未添加Cu时减少了27.62%, 同时, Cu在初晶硅中的残留仅为12.6 mg/kg, 低于Cu在Si中的固溶度。可见, 在Al-Si合金中引入Cu并未对初晶硅造成二次污染。因此, 采用Al-Si-Cu三元合金体系进行提纯制备太阳能级多晶硅能够有效抑制Al对初晶硅的污染。

实现电学性能优良的高Al组分AlGaN外延层是制备深紫外光电器件最重要的环节之一。本工作利用分子束外延(MBE)技术, 基于周期热脱附的生长方式, 通过改变Al源供应量调控Al组分, 并用Si进行n型掺杂, 在AlN/蓝宝石衬底上得到了系列高Al组分的Si-AlxGa1-xN外延层(x＞0.60)。对外延层相关物理性质进行了表征测试, 结果表明, 外延层Al组分与生长过程中Al束流大小呈现线性关系, 这为制备精确Al组分的AlGaN外延层奠定了基础。AFM结果表明, 高Al组分AlGaN外延层的表面形貌强烈依赖于Ga的供应量, 在生长过程中提高Ga束流可以显著降低外延层的粗糙度。基于范德堡法测量Si-AlGaN外延层电学性能, 证实其载流子特性良好, 其中 Al组分为0.93的样品室温下自由电子浓度、电子迁移率和电阻率分别达到了8.9×1018 cm-3和3.8 cm2·V-1·s-1和0.18 Ω·cm。

采用金属有机物化学气相沉积法生长了两种不同结构参数GaAs/AlxGa1-xAs量子阱材料。利用傅里叶光谱仪分别对势垒中Al组分为0.20,0.30的1#，2#样品进行77 K液氮温度下光谱响应测试。结果显示：1#，2#峰值响应波长为8.38，7.59 μm，而根据薛定谔方程得到峰值波长为9.694，8.134 μm，二者误差分别为13.6%，6.68%。针对误差过大及吸收峰向高能方向发生漂移的现象，利用高分辨透射扫描电镜对样品微观界面结构进行分析，结果显示,样品存在不同程度的位错及不均匀性。结果表明：位错引起AlGaAs与GaAs晶格不匹配，是造成1#误差较大的主要原因;峰值响应波长随势垒中Al组分的降低而增大，说明Al组分减小致使量子阱子带间距离缩小是导致峰值响应波长红移的原因。

对高Al组分AlxGa1-xN(x=50%)进行了ICP刻蚀实验研究, 在刻蚀深度相同的前提条件下, 对比分析了ICP腔室压力与AlGaN表面损伤之间的相互关系, 并讨论了低温热退火对ICP刻蚀损伤的修复作用。XPS测试结果表明, 与未经刻蚀的AlGaN表面相比, ICP刻蚀之后的AlGaN表面其表面氮空位VN明显增多, 且Al2p、Ga3d等峰位均向高结合能方向漂移。分析讨论发现, ICP腔室压力过小或过大均不利于获得低损伤的刻蚀表面, 此外, 低温热退火(380℃-200s)对表面氮空位有一定的修复作用, 但修复效果较为有限。

在沉积肖特基金属之前, 对非掺的Al0.45Ga0.55N采用了不同时间的氟基等离子体处理, 其中Al组分对应日盲波段。与未做氟基等离子体处理的样品相比, 经过处理的Al0.45Ga0.55N肖特基二极管在反向-10V的漏电流密度随处理时间的增加而减少, 其中处理1min的样品的漏电流密度减少了5个数量级。X射线光电子谱分析证明了处理过的样品表面Ga-F和Al-F键的形成。反向漏电的减少可能是由氟基等离子体处理耗尽了电子和有效钝化了表面态导致的。

采用Ti/Al/Ti/Au多层金属电极对高Al组分nAlxGa1-xN(x=0.6)欧姆接触的制备进行了研究, 通过优化Ti接触层厚度以及合金退火条件, 获得了较低的比接触电阻率(5.67×10-5Ω·cm2)。研究证实, Ti接触层厚度对欧姆接触特性有着重要影响, 同时发现, 高低温两步退火方式之所以能够改善欧姆接触特性的本质是与Al3Ti及TiN各自的生成条件直接相关, 即低温利于生成Al3Ti, 高温利于生成TiN, 而这对n型欧姆接触的有效形成至关重要。