Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Solid State Optoelectronics Information Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101804, China
3 School of Physics Science and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830046, China
4 School of New Energy and Electronics, Yancheng Teachers University, Yancheng 224002, China
5 Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
Ex situ characterization techniques in molecular beam epitaxy (MBE) have inherent limitations, such as being prone to sample contamination and unstable surfaces during sample transfer from the MBE chamber. In recent years, the need for improved accuracy and reliability in measurement has driven the increasing adoption of in situ characterization techniques. These techniques, such as reflection high-energy electron diffraction, scanning tunneling microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy, allow direct observation of film growth processes in real time without exposing the sample to air, hence offering insights into the growth mechanisms of epitaxial films with controlled properties. By combining multiple in situ characterization techniques with MBE, researchers can better understand film growth processes, realizing novel materials with customized properties and extensive applications. This review aims to overview the benefits and achievements of in situ characterization techniques in MBE and their applications for material science research. In addition, through further analysis of these techniques regarding their challenges and potential solutions, particularly highlighting the assistance of machine learning to correlate in situ characterization with other material information, we hope to provide a guideline for future efforts in the development of novel monitoring and control schemes for MBE growth processes with improved material properties.
epitaxial growth thin film in situ characterization molecular beam epitaxy (MBE) 
Journal of Semiconductors
2024, 45(3): 031301
作者单位
摘要
昆明物理研究所,云南 昆明 650223
在(211)B碲锌镉衬底上,采用分子束外延生长制备了PPP型中长双色碲镉汞材料,通过台面孔刻蚀、侧壁钝化等工艺,实现中长双色640×512 红外焦平面探测器组件研制。中长双色碲镉汞材料测试结果表明,表面宏观缺陷(2~10 μm)密度统计分布约773 cm-2,同时对材料进行了XRD双晶衍射半峰宽(FWHM)测试和位错腐蚀坑(EPD)统计,XRD测试FWHM约31.9 arcsec,EPD统计值约为5×105cm-2;双色器件芯片台面刻蚀深度达到8 μm以上,深宽比达到1∶1以上,侧壁覆盖率达到72.5%。中长双色红外焦平面组件测试结果表明,中波波长响应范围为3.6~5.0 μm,长波波长响应范围为7.4~9.7 μm,中波向长波的串音为0.9 %,长波向中波的串音为3.1 %,中波平均峰值探测率达到3.31×1011 cm·Hz1/2/W,NETD为17.7 mK;长波平均峰值探测率达到6.52×1010 cm·Hz1/2/W,NETD为32.8 mK;中波有效像元率达到99.46%,长波有效像元率达到98.19 %,初步实现中长双色红外焦平面组件研制。
中长双色 碲镉汞 分子束外延 等离子体刻蚀 串音 MW/LW dual-band HgCdTe molecular beam epitaxy(MBE plasma etch cross-talk 
红外与毫米波学报
2023, 42(3): 292
作者单位
摘要
华北光电技术研究所,北京 100015
碲镉汞材料的电学、光学性能直接影响红外探测器的性能,掺杂是一种有效提高材料性能的手段,因此碲镉汞材料的相关掺杂研究至关重要。利用步进式扫描傅里叶红外调制光致发光(Fourier Transform Infrared Modulated Photoluminescence, FTIR-PL)测试仪对不同退火条件下的掺In碲镉汞材料进行了变温测试,降低了实验过程中的信噪比,获得了较好的光谱图。在此基础上结合霍尔测试结果,分析了由温度变化导致的能级位置变化以及不同退火条件处理后碲镉汞材料的发光峰强度和位置的变化。
分子束外延 掺In碲镉汞 光致发光光谱 载流子浓度 变温 MBE In-doped HgCdTe photoluminescence spectrum carrier concentration variable temperature 
红外
2022, 43(10): 8
作者单位
摘要
1 哈尔滨理工大学 电气与电子工程学院,黑龙江 哈尔滨 150080
2 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术国家重点实验室,上海 200083
3 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室,上海 200083
研究了分子束外延生长条件对高铟组分InGaAs材料性能的影响,分析了生长温度、V/III比和As分子束形态对In0.74Ga0.26As材料光致发光和X射线衍射峰强度、本底载流子浓度和迁移率的影响。测试结果表明:适中的生长温度和V/III比可以提高材料晶格质量,减少非辐射复合,降低本底杂质浓度。As分子束为As2时In0.74Ga0.26As材料质量优于As4分子束。当生长温度为570 ℃,As分子束形态为As2,V/III比为18时,可以获得较高的光致发光和X射线衍射峰强度,室温和77 K下的本底载流子浓度分别达到6.3×1014 cm-3和4.0×1014 cm-3,迁移率分别达到13 400 cm2/Vs和45 160 cm2/Vs。
InGaAs 高铟组分 短波红外 分子束外延 迁移率 InGaAs high indium composition short-wave infrared molecular beam epitaxy(MBE mobility 
红外与毫米波学报
2022, 41(6): 987
王一 1,2,*李志宏 1,2丁召 1,2,3杨晨 1,3[ ... ]郭祥 1,2,3
作者单位
摘要
1 贵州大学大数据与信息工程学院, 贵阳 550025
2 教育部半导体功率器件可靠性工程中心,贵阳 550025
3 贵州省微纳电子与软件技术重点实验室, 贵阳 550025
4 贵州财经大学信息学院, 贵阳 550025
采用液滴外延法在GaAs(001)衬底上同时沉积In、Al液滴形成纳米结构, 利用原子力显微镜(AFM)对实验样品进行形貌表征, 并通过X射线光电子能谱(XPS)与扫描电子显微镜分析In、Al组分比样品表面元素分布。实验结果显示, 混合沉积后的表面InAlAs纳米结构密度随着In组分的降低而降低, 而单个纳米结构的尺寸变大。SEM与XPS测试结果证明表面的In并没有因为衬底温度过高而全部偏析。根据实验结果推测, In&Al液滴同时沉积到表面形成InAl混合液滴。当液滴完全晶化后纳米结构中心出现孔洞, 而产生这一现象的主要原因是液滴向下刻蚀。
In&Al混合液滴 液滴外延 表面扩散 分子束外延 纳米结构 indium & aluminum droplet GaAs GaAs droplet epitaxy surface diffusion MBE nanostructure 
人工晶体学报
2021, 50(12): 2225
作者单位
摘要
1 云南师范大学 能源与环境科学学院,云南 昆明 650092
2 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室,北京 100083
3 中国科学技术大学 量子信息与量子科技前沿协同创新中心,安徽 合肥 230026
4 华南师范大学 华南先进光电子研究院,广东省光信息材料与技术重点实验室,电子纸显示技术研究所,国家绿色光电子国际联合研究中心,广东 广州 510006
利用分子束外延技术在GaSb衬底上生长了高质量的InAs/InAsSb(无Ga)Ⅱ类超晶格。超晶格的结构由100个周期组成,每个周期分别是3.8 nm厚的InAs层和1.4 nm厚的InAs0.66Sb0.34层。在实验过程中出现了一种特殊的尖峰状缺陷。利用高分辨率x射线衍射(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对外延的超晶格进行了表征和分析。结果表明,优化后的样品几乎为零晶格失配,超晶格0级峰半峰宽为39.3 arcsec,表面均方根粗糙度在10 μm×10 μm范围内达到1.72 ?。红外吸收光谱显示50%的截止波长为4.28 μm,PL谱显示InAs/InAs0.66Sb0.34超晶格4.58 μm处有清晰锐利的发光峰。这些结果表明,外延生长的InAs/InAsSb超晶格稳定性和重复性良好,值得进一步的研究。
InAs/InAsSb 超晶格 分子束外延 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料 InAs/InAsSb superlattice MBE Ⅲ-Ⅴ semiconductor materials 
红外与毫米波学报
2021, 40(5): 595
作者单位
摘要
1 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
2 长春理工大学 理学院, 吉林 长春 130022
采用分子束外延技术(MBE)在Si(111)衬底上生长了非掺杂和Si掺杂砷化镓(GaAs)纳米线(NWs)。通过扫描电子显微镜(SEM)证实了生长样品的一维性; 通过X射线衍射(XRD)测试和拉曼光谱(Raman)证实了掺杂GaAs纳米线中Si的存在; 通过光致发光(PL)研究了非掺杂和Si掺杂GaAs纳米线的发光来源, 掺杂改变了GaAs纳米线的辐射复合机制。掺杂导致非掺杂纳米线中自由激子发光峰和纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混相结构引起的缺陷发光峰消失。
光谱学 GaAs纳米线 Si掺杂 光致发光 分子束外延 spectroscopy GaAs nanowires Si doping photoluminescence MBE 
发光学报
2021, 42(5): 629
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 超晶格国家重点实验室,北京 100083
2 中国科学院大学 材料学院与光电技术学院,北京 101408
用分子束外延系统(MBE)生长高质量GaSb基AlInAsSb四元数字合金制作雪崩光电二极管(APD)。为了克服随机体材料生长方式发生的偏析现象,采用迁移增强的数字合金生长方式,其快门顺序为AlSb,AlAs,AlSb,Sb,In,InAs,In,Sb。其高分辨率X射线衍射(HRXRD)曲线显示出尖锐的卫星峰,并显示出几乎完美的晶格匹配,其原子力显微镜(AFM)图像上也可以观察到光滑的表面形貌。使用优化的数字合金生长方式,制备了分离吸收、渐变、电荷和倍增(SAGCM)型的AlInAsSb数字合金APD。在室温下,器件在95%击穿时,暗电流密度为0.95 mA/cm2,击穿前最大稳定增益高达~100,其器件的高性能显示出光电领域进一步发展的潜力。
雪崩光电二级管 分子束外延 AlInAsSb 四元数字合金 avalanche photodiodes(APD) molecular beam epitaxy(MBE AlInAsSb quaternary digital alloys 
红外与毫米波学报
2021, 40(2): 172
作者单位
摘要
华北光电技术研究所,北京100015
现阶段,大面阵碲镉汞红外焦平面探测器的需求持续增加,面向更大尺寸的碲镉汞材料制备技术成为了研究热点。对4 in硅基碲镉汞材料外延技术进行了研究。通过提升设备参数的稳定性、控制外延片的平整度以及优化材料工艺参数等一系列手段,突破了大尺寸硅基碲镉汞材料工艺的关键技术瓶颈,并制备出了高平整度、高均匀性、低缺陷率、高质量的4 in硅基碲镉汞材料。结果表明,该材料的双晶衍射半峰宽小于等于90 arcsec,表面宏观缺陷密度小于等于100 cm-2,表面平整度小于等于15 m。
4 in硅衬底 分子束外延 碲镉汞 4 in Si substrate MBE HgCdTe 
红外
2021, 42(3): 6
作者单位
摘要
华北光电技术研究所,北京 100015
基于nBn结构的InAsSb器件具有扩散电流极限低、造价低廉、容易实现大面阵以及可兼容现有III-V族二极管电路等诸多优点,是小型化、低功耗、低成本、高分辨率中长波探测器的首选之一。在InAsSb材料的外延生长过程中,As的组分很难精确控制。为了找到允许的误差范围,研究了用分子束外延 (Molecular Beam Epitaxy, MBE)工艺生长InAsSb材料过程中As组分对材料表面形貌、晶格质量以及器件截止波长等方面的影响。试验结果表明,在保证材料外延厚度小于临界厚度的前提下,材料对压应力的容忍程度比拉应力高。将As组分控制在略小于91%的范围内,不但可以保证材料的质量,而且还能略微增大器件的响应波长。
分子束外延 As组分 截止波长 MBE InAsSb InAsSb As composition cut-off wavelength 
红外
2020, 41(10): 15

关于本站 Cookie 的使用提示

中国光学期刊网使用基于 cookie 的技术来更好地为您提供各项服务,点击此处了解我们的隐私策略。 如您需继续使用本网站,请您授权我们使用本地 cookie 来保存部分信息。
全站搜索
您最值得信赖的光电行业旗舰网络服务平台!