《InGaAs失配體系材料的界面特性及缺陷形成機制研究》是依託吉林大學，由郭作興擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：InGaAs失配體系材料的界面特性及缺陷形成機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：郭作興
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
半導體材料是現代信息社會發展的重要基石，是半導體科學發展中非常活躍、極具生命力的部分，其中異質生長界面結構和缺陷是半導體研究領域的前沿課題。三元化合物InGaAs作為第二代半導體材料，以其優異的光學和電學性能，成為當今重要的光電子和電子器件的基礎材料之一。本項目圍繞高In組分異質生長材料的較大晶格失配問題，通過對失配狀態下InGaAs外延生長中界面及缺陷的分析，闡述位錯等各種不同缺陷的形成機制，明確缺陷在界面處、外延層中分布規律，驗證界面晶格常數的弛豫與應力的可預測性和可控性；通過原位研究缺陷在外場作用下對材料光電性能的影響，建立界面及失配位錯與材料性能之間的關係；對In與GaAs潤濕性的研究，闡明In與GaAs的相互作用機理。最終，為獲得高質量的異質外延生長材料提供理論依據和科學基礎。
結題摘要
半導體材料是現代信息社會發展的重要基石，是半導體科學發展中非常活躍、極具生命力的部分，其中異質生長材料界面結構和缺陷是半導體研究領域的前沿課題。本項目針對不同失配體系異質外延生長中存在的晶格失配而導致的位錯缺陷這一核心問題開展研究，形成了如下研究結果：（1）在失配體系界面處，成鍵的原子團簇呈無序狀態聚集排列生長，失配位錯在原子團簇聚集區產生，形成位錯源。該位錯聚集區長度尺寸按一定周期性排布，周期大小和晶格常數有關。（2）在外延層中，雖然原子團簇的無序度消失，按一定的晶格排列有序生長，但界面處產生的失配位錯穿透界面延伸到外延層中，形成穿透位錯，其繼續向表面區域運動，在運動過程中位錯之間相互作用，既有位錯的湮滅，也有新的增殖位錯的生成。這些位錯的存在嚴重影響外延層的結晶質量和材料性能。（3）緩衝層的引入降低了失配應力以及外延層與襯底之間的界面無序度，改變了失配位錯的運動方向，降低了穿透位錯的數量，限制了位錯之間相互作用，使外延層中位錯源明顯減少，顯著改善了外延層的結晶質量，提高了材料性能。（4）熔融金屬In與GaAs基體潤濕性實驗表明，In與GaAs基體之間的潤濕性雖然很差，但In與GaAs基體之間卻發生了反應，形成了薄膜狀InxGa1-xAs產物，該產物以In0.5Ga0.5As為主要組成。（5）提出了一種在GaAs襯底上構建InxGa1-xAs薄膜的新方法，並在其上外延生長不同In組分的InxGa1-xAs外延層，得到了結晶質量較好的InxGa1-xAs外延層，並進一步探討了In誘導GaAs表面InxGa1-xAs產物形成機理。（6）在GaAs基底上生長不同厚度的InP 外延層，發現在GaAs基底也產生位錯（稱為反向位錯）。該位錯的產生表明，如果控制好實驗條件，外延層的位錯會發生反向移動，這將極大減少外延層中的位錯缺陷。（7）探討了失配體系材料的位錯缺陷表征方法，明確了位錯與性能之間的關係。以上研究成果為異質外延生長材料提供了重要的基礎理論指導和參考。
