磷化銦系列含銻化合物薄膜磊晶研究

Abstract

InP半導體是長途光纖通信最重要的材料,再加 上其極佳的電子特性,早已廣泛應用於各種光電 元件及高速微波元件上.然而長期以來,InP材料 Schottky特性普遍較差限制了Schottky元件的研製,常 因為能階不易連續調整,斜面能階(Graded Bandgap)無法設計,使得元件的功能未能全部發揮,阻礙了InP 元件進一步的發展.為了改善上述缺點,我們發現 同屬InP材料系列的AlGaAsSb極具有潛力成為新興重 要的化合物材料.AlGaAsSb具有特殊的能階結構,其能帶寬自0.72eV一直 延伸至2.39eV;從綠光到紅外線,涵蓋了大部份光電 元件使用的頻譜範圍.其與InGaAs的異質能階結構 又可隨著相互組成的改變,逐漸由Type I轉變成Type II,豐富的能階變化,使得元件不再受到傳統Type I 能階限制,更激勵出許多嶄新元件的開發.以Type II 電子,電洞在空間分離的能階連結,近年來已是紅 外線元件熱門的研究主題.而懸殊的.DELTA. Ec(1.74eV ), .DELTA. Ev(0.11eV)差異,極高的離化率(Impact Ionization)數值,更是累增崩潰式光檢器,共振穿隧 式電晶體等元件不可多得的材料.我們相信AlGaAsSb 的特性本質,將會帶給InP元件全新的面貌.若以磊晶觀點而言,AlGaAsSb磊晶極有可能與AlGaAs磊 晶簡易程度相似,只要改變少許參數,就能達到與 基座晶片(InP)自然晶格匹配的薄膜.AlGaAsSb與InP晶 格匹配的三元化合物GaAs/sub 0.5/Sb/sub 0.5/,AlAs/sub 0.52/ Sb/sub 0.48/其V族成份比例極為接近.再者銻化 合物磊晶時V/III比例極低,As/Sb氣體莫耳流量也相 去不遠,薄膜組成較易控制.且依Vegard law推測,與 InP晶格匹配的四元化合物V族成份比例應幾近維 持不變.所以在適當的磊晶條件,受到磊晶latching effect的影響,可能只要調整Al/Ga流量,便可連續調 整不同的能階,滿足各種元件能階不同的需要.