尚林涛,韩 岗,刘 铭,申 晨,晋舜国,李 达

(华北光电技术研究所,北京 1000015)

1 引 言

InSb材料的高电子迁移率、窄直接带隙和低有效质量的特点而受到关注几十年[1]。尤其是其具有量子效率高、可靠性好、均匀性好的优势,在制备中波 3～5 μm大面阵焦平面阵列上具有一定的潜力[2]。

GaAs衬底材料具有半绝缘高阻特性,因此在研究InSb外延薄膜材料的Hall电学性能时通常采用GaAs衬底进行InSb的异质外延生长,然后用四探针法在Hall测试仪上对材料电学性能进行表征。由于GaAs衬底和外延InSb薄膜之间存在较大的晶格失配(14.6 %),其异质外延薄膜的质量受到多种因素的影响。国内外文献报道反映大概在20世纪80到90年代对此有过较为广泛的研究,近十几年内也有少量的研究报道[3-4]。报道采用了不同的外延生长技术并分析各种因素的影响,如采用低温缓冲层[5],优化生长温度和V/III配比[6-7],生长不同的厚度以及有无GaAs缓冲层的影响等。

然而,报道的异质外延InSb材料大都存在从室温(300 K)到低温(77 K)随着温度的降低本征电子迁移率反常降低的现象。根据半导体物理学中迁移率μ随温度T变化的公式:

(1)

(2)

由式(2)可知,迁移率μ随温度T的降低会增大。对于一个理想的本征半导体材料来说,随着温度T由300～77 K的下降,晶格的热振动对载流子的散射作用会大幅降低,载流子迁移率μ会升高；同时根据本征载流子浓度的公式[5]:

(3)

由于电子的热运动随温度下降而降低,用于导电的电子载流子浓度n会降低。

本文研究了GaAs基InSb异质外延时生长温度和速率、InSb层的厚度、低温缓冲层质量以及双In源工艺对材料Hall电学性能等的影响。……