闽南师范大学物理与信息工程学院光场调控及其系统集成应用福建省高校重点实验室，福建 漳州 363000
Ge/Si雪崩光电二极管（APD）被广泛应用于近红外探测领域，但由于Ge和Si之间存在4.2%的晶格失配，故难以获得高性能的Ge/Si APD。提出在Ge/Si键合界面处引入多晶硅（poly-Si）键合中间层，弱化Ge/Si失配晶格对APD器件性能的影响。poly-Si引入后键合界面电场发生变化，导致APD内部的电场重新分布，极大地影响了器件性能。因此，重点对Ge吸收层和Si倍增层的掺杂浓度进行调控，探究了掺杂浓度对Ge/Si APD电场、复合率、载流子浓度、碰撞电离等性能的影响，最终设计出高性能键合Ge/Si APD。本工作将为低噪声、高增益Ge/Si APD的研究提供理论指导。
材料 Ge/Si雪崩光电二极管 晶格失配 poly-Si键合层 掺杂浓度
闽南师范大学物理与信息工程学院，福建 漳州 363000
由于InGaAs与Si之间存在7.7%的晶格失配，因此难以获得制备方式简单、性能良好的InGaAs/Si雪崩光电二极管（APD）。从理论上提出了一种从源头弱化InGaAs/Si晶格失配对APD性能影响的办法，即在InGaAs/Si键合界面引入一层a?Ge或poly?Ge键合层，模拟比较了InGaAs/Si APD性能随键合层厚度的变化情况。研究指出，a?Ge和poly?Ge材料作为键合层对载流子有阻挡或俘获作用，因此器件能够获得超低暗电流，且由于键合层导带势垒对载流子的阻挡作用，APD雪崩之后出现了光暗电流间隙，可以在较小暗电流情况下获得大的光电流。当a?Ge厚度为0.5 nm时，APD雪崩击穿前增益可达最大值451.3，而当poly?Ge厚度为0.5 nm时，雪崩击穿前增益仅为7.9。这种差异是由于poly?Ge键合层处价带出现了势阱，载流子浓度下降。该工作为超低噪声和高增益InGaAs/Si APD的研制提供了理论指导。
材料 雪崩光电二极管 InGaAs/Si键合 ploy‑Ge键合层 a‑Ge键合层 晶格失配 中国激光
2023, 50(14): 1403001
基于AlN和GaN等Ⅲ族氮化物材料的第三代半导体照明器件具有广阔的应用前景，但常用的蓝宝石衬底散热差且与AlN、GaN存在较大的晶格失配和热失配，限制了该器件的推广应用。石墨烯是仅由碳原子组成的二维层状材料，层与层之间以范德瓦耳斯力结合，将其作为缓冲层能够缓解蓝宝石与Ⅲ族氮化物的失配问题。在蓝宝石基石墨烯缓冲层上外延AlN等氮化物后，利用石墨烯缓解蓝宝石衬底与AlN等Ⅲ族氮化物晶格失配较大的问题，有利于大功率发光二极管的制备。但石墨烯在绝缘衬底上的生长是一个难题。本课题组在蓝宝石衬底上镀金属镍层，然后利用镍辅助实现了蓝宝石衬底上石墨烯的生长，为利用石墨烯实现大功率半导体发光二极管打下了基础。
材料 石墨烯 镍 发光二极管 晶格失配 散热 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2316006
1 浙江大学材料科学与工程学院，硅材料国家重点实验室, 杭州 310027
2 浙江大学杭州国际科创中心, 杭州 311200
宽禁带半导体具备禁带宽度大、电子饱和飘移速度高、击穿场强大等优势，是制备高功率密度、高频率、低损耗电子器件的理想材料。碳化硅(SiC)材料具有热导率高、化学稳定性好、耐高温等优点，在SiC衬底上外延宽禁带半导体材料，对充分发挥宽禁带半导体材料的优势，并提升宽禁带半导体电子器件的性能具有重要意义。得益于SiC衬底质量持续提升及成本不断降低，基于SiC衬底的宽禁带半导体电子市场占比呈现逐年增加的态势。在SiC衬底上外延生长高质量的宽禁带半导体材料是提高宽禁带半导体电子器件性能及可靠性的关键瓶颈。本文综述了近年来国内外研究者们在SiC衬底上外延SiC、氮化镓(GaN)、氧化镓(Ga2O3)所取得的研究进展，并展望了SiC衬底上宽禁带半导体外延的发展及应用前景。
SiC衬底 宽禁带半导体 异质外延 同质外延 晶格失配 缺陷调控 SiC substrate wide bandgap semiconductor heteroepitaxy homoepitaxy lattice mismatch GaN GaN Ga2O3 Ga2O3 defect control
近年来, 碲锌镉(CdZnTe)材料制成的探测器已经成为研究热点, 适当的接触特性已经成为提高探测器性能的关键问题。本文主要探讨了弱n型CdZnTe晶体(111)B面Ti/Au复合电极的欧姆接触性能, 采用两步沉积工艺制备Ti/Au复合电极。通过AFM、FIB/TEM、XPS、I-V等测试方法研究了电极与CdZnTe的界面结构、化学成分和电学性能。结果表明, Ti过渡层的引入可以减轻和改善晶片抛光过程中形成的损伤层, 增加了电极与晶体之间的欧姆特性。相比于CdZnTe (111)B面上的Cr/Au复合电极, Ti/Au复合电极的粗糙度更低、接触界面更平整, 晶格失配层厚度也更低。Ti中间层促进了金/半界面的互扩散现象, 有利于增加黏附性和降低肖特基势垒, 并且在Ti/Au复合电极与CdZnTe接触的界面上没有观察到氧元素的存在。I-V测试表明Ti/Au复合电极具有更加良好的欧姆特性和更低的肖特基势垒。
接触界面 欧姆特性 晶格失配层 互扩散 CdZnTe CdZnTe Ti/Au Ti/Au contact interface ohmic characteristic lattice mismatch layer interdiffusion
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
利用金属有机化学气相沉积技术在GaAs衬底上开展了大失配InGaAs多量子阱的外延生长研究。针对InGaAs与GaAs之间较大晶格失配的问题, 设计了GaAsP应变补偿层结构; 通过理论模拟与实验相结合的方式, 调控了GaAsP材料体系中的P组分, 设计了P组分分别为0, 0.128, 0.184, 0.257的三周期InxGa1-xAs/GaAs1-yPy多量子阱结构; 通过PL、XRD、AFM测试对比发现, 高势垒GaAsP材料的张应变补偿可以改善晶体质量。综合比较, 在P组分为0.184时, PL波长1 043.6 nm, 半峰宽29.9 nm, XRD有多级卫星峰且半峰宽较小, AFM粗糙度为0.130 nm, 表面形貌显示为台阶流生长模式。
金属有机化学气相沉积 应变补偿 多量子阱 晶格失配 metal-organic chemical vapour deposition(MOCVD） InGaAs/GaAsP InGaAs/GaAsP strain compensation multiple quantum wells lattice mismatch
1 中国科学院 上海技术物理研究所, 上海 200048
2 上海空间电源研究所, 上海 200245
3 中国科学院大学, 北京 100049
Ⅲ-Ⅴ族太阳电池效率的持续提升要求对能量转换材料的带隙宽度进行更细致划分, 以实现对全光谱的高效利用。在短波红外波段, 四元InGaAsP混晶材料因在带隙宽度和晶格常数的调节上具有很好的可操作性, 是一种极具潜力的短波红外光电转换材料。本文对InGaAsP材料生长及子电池器件制备进行了研究, 通过时间分辨荧光光谱、高分辨X射线衍射等表征手段对室温下晶格失配的InGaAsP材料进行了测试分析。实验结果表明, 在一定程度负失配生长条件下, InGaAsP材料质量随着负失配程度逐渐提高。在后续电池制备过程中, 一定程度负失配同样有助于电池器件性能提升, 制备的单结电池开路电压由晶格匹配时的633 mV提高到负失配条件下的684 mV, 从而为高效多结太阳电池的应用提供了新的技术路线。
晶格失配 太阳电池 lattice-mismatch InGaAsP InGaAsP MOCVD MOCVD solar cell
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室,长春 130022
利用分子束外延技术在GaSb(100)衬底上先生长作为缓冲层以降低薄膜失配度的低Sb组分的三元合金InAsSb,再生长InAs薄膜.在整个生长过程中通过反射高能电子衍射仪进行实时原位监测.InAs薄膜生长过程中,电子衍射图案显示了清晰的再构线,其薄膜表面具有原子级平整度.利用原子力显微镜对InAs薄膜进行表征,结果显示较低Sb组分的InAsSb缓冲层上外延InAs薄膜的粗糙度比较高Sb组分的InAsSb缓冲层上外延InAs薄膜的粗糙度降低了约2.5倍.通过对不同Sb组分的三元合金InAsSb缓冲层上外延的InAs薄膜进行X射线衍射测试及对应的模拟,结果表明在较低Sb组分的InAsSb缓冲层上外延InAs薄膜的衍射峰半高峰宽较小,说明低Sb组分的InAsSb作为缓冲层可以降低InAs薄膜的内应力,提高InAs薄膜的结晶质量.利用光致发光光谱对高结晶质量的InAs薄膜进行发光特性研究,10 K下InAs的发光峰位约为0.418 eV,为自由激子发光.
InAs薄膜 InAsSb缓冲层 晶格失配 晶体质量 发光特性 分子束外延技术 X射线衍射 InAs film InAsSb buffer layer Lattice mismatch Crystal quality Luminescence properties Molecular beam epitaxy X-ray diffraction 光子学报
2019, 48(10): 1031002
