固态磷源分子束外延生长探究.pdfVIP

固态磷源分子柬外延生长研究 郝智彪、卢京辉、任在元、罗毅 集成光电子学国家重点实验室·清华大学电予工程系，北京100084 擅要：本文在国产分子束外延设备的基础上，引进了一套RIBER的全固态源炉并尝试 着进行了材料生长，获得了一些初步结果。利用三温区阎控裂解磷源炉生长了非故意 掺杂的haP表面形貌良好，生长速度约O．5 I．tm／hour，载流子浓度约为．1×10”cm。。 一、引言 含磷材料的主要手段，但它们使用有毒、易燃易爆源料所带来的安全、环保及费用等 问题将最终限制其发展p1。因此，发展全固源MBE技术引起了广泛关注。 九十年代发展起来的基于三温区阀控裂解技术的全固源MBE技术12，”，克服了传 和GSMBE所面临的问题，在外延质量、成本、安全性及可操作性等方面均具有相当 的优势，因而成为了生长含磷材料最有希望的外延技术之一。 本论文将介绍在国产分子束外延设备上嫁接了进口新型固态源炉的MBE及其含磷 化合物生长的实验结果。 二、实验与结果 我们所用的MBE系统为国产Fw．IV型分子束外延系统，磷源炉为RiberKPC250。 该源炉为三温区阀控裂解源炉，由红磷坩埚、白磷冷凝器、裂解区以及阀门机构构成。 红磷坩埚的容积为250cc，一次装料即可保证长时间的生长。生长前关闭阀门，加热 红磷坩埚至380℃．同时白磷冷凝器在50℃保持若干小时以生成生长所需的白磷。生 长时，红磷坩埚和白磷冷凝器分别为250℃和50℃，裂解区温度950℃。在这里，P束 流由阀门控制，而普通喷射炉的柬流是由源炉温度决定的。阀门机构的引入即实现了 对P束流的控制，又可减小对背景真空的影响。在我们的系统中，在通液氮的情况下， mbar；在以1．4×10删5 背景真空度可达2×1010 mbar的P，束流生长时，背景真空度约 为2x10～mbar：生长后大约经过一周，生长室真空可恢复到2×10一mbar。 我们在国产n*-InP衬底上进行了InP生长实验。衬底经过有机清洗、溴甲醇腐蚀 及钝化处理后送入生长室。生长前，衬底在5IO。C加热5分钟去氧化层。生长温度490 子浓度约lxl0”cm～。 生长温度对外延片质量有很大的影响。生长温度过高，得到的是多晶丽非单晶， 而且由于InP的离解，在外延片表面有大量铟滴凝结。降低生长温度后，可以得到结 晶良好的外延片。图l为不同温度卜．生长的夕}延片的表面形貌照片。 三、结论 本文在国产分子束外延设备的基础上，引进了一套RIBER的全固态源炉并尝试着 进行了材料生长，获得了一些初步结果。利用三温区阀控裂解磷源炉进行了全固源分 子束外延生长研究。生长的非故意掺杂lnP表面形貌良好，生长速度约0．5斗m，Ilour， 载流子浓度约为一1×10”cm。’。 参考文献 [1】1 F．G．Johnsonetal．，J．Vac．Sci．Teclul01．，1993，B11(3)，pp823-825 eta1．，Appl．Phys．Lett．，1994，v65，n2，p207·209． [2]J．N．Baillargeon et甜，J．Vac．Sci．Tecllnol，1995，B13(1)，p64—68 【3】J．N．Baillargeon (a) 图1．不同温度生长的InP外王正片表面形貌。LTb。