MOCVD生长GaAs高质量掺碳研究.pdf

第 32 卷第 2 期 光 　子 　学 　报 Vol32 No2 　　　　　　　　　　　　 2003 年 2 月 ACTA PHOTONICA SINICA 　　　　　　　　　　　February 2003 　 MOCVD 生长 GaAs 高质量掺碳研究 李宝霞 　汪　韬 李晓婷 赛小锋 高鸿楷 ( ) 中国科学院西安光学精密机械研究所光电子学室, 西安 　710068 ( ) 摘 　要 　利用低压金属有机化合物汽相淀积 LP - MOCVD 系统 ,通过调节生长参量和掺杂工艺 , 17 21 得到了晶格质量高、表面形貌好且空穴浓度从 8 ×10 到 4 ×10 可控的掺碳 GaAs 外延层 ,最后给出 一应用实例 —用重掺碳的 GaAs 材料做级联 GaInP/ GaAs/ Ge 太阳能电池的隧道结. 关键词 　GaAs ;碳掺杂 ; GaAs 隧道结 中图分类号　O61 　　　　文献标识码 　A 0 　引言 1 　实验过程 在研究 Ⅲ/ Ⅴ族化合物半导体材料的 MOCVD 采用自制的卧式低压气动旋转石墨衬底托 生长的早期 ,碳的掺入问题就引起人们的广泛关注. MOCVD 系统 ,在半绝缘 GaAs ( 100) 衬底上生长碳掺 因为MOCVD 生长中采用的源为金属有机化合物 , 3 杂 GaAs 单晶薄膜材料 ,反应室压力为8 ×10 Pa ,石 碳成为 MOCVD 生长的外延材料中的主要污染杂质 墨衬底托旋转速度约 100 r/ min. 以 TMGa ,10 %AsH 3 之一 , 研究碳掺入行为的主要目的是降低碳污染水 为源 , 以经钯管净化的高纯氢为载气,总气体流量为 平 , 以获得高质量,高纯度的外延材料[1 ] . 近些年碳 5 L/ min ,生长温度为 500～630 ℃. 作为 GaAs ,AlGaAs 化合物半导体材料的一种 P 型掺 杂剂 ,具有广泛的应用前景. 与 Zn ,Be ,Mg 等传统受 2 　实验结果与分析 主杂质相比 C 具有其独特的优点[2 ,3 ] :1) 掺杂水平 2 . 1 　掺杂水平与生长参量的关系 高 ,活化率高 ,且载流子浓度范围广 ,载流子浓度可 生长参量中生长温度 , Ⅴ/ Ⅲ比对外延层的质量 17 21 ) 在 10 ～10 精确控制. 2 碳杂质的扩散系数极低 , 和掺杂水平有着重要的影响 ,为了制备高质量 GaAs 热稳定性好 ,在 800 ℃温度下碳在 GaAs 中的扩散系 外延层并