GaAs基InSb薄膜的分子束外延生長(zhǎng)及其結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、本文采用分子束外延(MBE)方法在GaAs(001)襯底上優(yōu)化低溫緩沖層生長(zhǎng)條件制備了異質(zhì)外延 InSb薄膜，采用原子力顯微鏡(AFM)、掃描電鏡(SEM)與X射線雙晶衍射(DCXRD)等方法研究了InSb/GaAs薄膜的表面形貌與結(jié)晶質(zhì)量。在SOS(Solid-on-Solid)模型基礎(chǔ)上采用動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅(KMC)方法模擬了InSb薄膜的外延生長(zhǎng)過(guò)程，同時(shí)采用透射電鏡(TEM)與霍爾(Hall)測(cè)試方法研究了薄膜的界面結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能

2、。
　　在InSb薄膜的外延生長(zhǎng)過(guò)程中，采用反射式高能電子衍射儀(RHEED)對(duì)薄膜表面進(jìn)行原位監(jiān)控。低溫 InSb緩沖層在生長(zhǎng)初期顯示明顯的島狀生長(zhǎng)，通過(guò) RHEED強(qiáng)度振蕩的觀察，確定低溫 InSb緩沖層的生長(zhǎng)速率為0.26μm/h。通過(guò)掃描電鏡形貌觀察與能譜分析發(fā)現(xiàn)：溫度較低時(shí) Sb的表面遷移率低，容易在表面堆積；結(jié)合 X射線雙晶衍射分析，確定高溫 InSb外延生長(zhǎng)的最佳襯底溫度為440℃，該溫度下生長(zhǎng)2.1μm的樣品 X射

3、線半高峰寬為412″，應(yīng)變弛豫99.02％。
　　為了克服 InSb與GaAs間14.6％的晶格失配度，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)先低溫生長(zhǎng)一定厚度的InSb緩沖層，隨后升溫生長(zhǎng) InSb外延層。研究表明，生長(zhǎng)低溫InSb緩沖層40nm的薄膜質(zhì)量較好，在此條件下制備的1.2μm InSb薄膜室溫電子遷移率與載流子濃度分別為4.35×104cm2V-1s-1與1.84×1016 cm-3。透射電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)，在InSb/GaAs薄膜的界面處分布有間距

4、為3.5nm的失配位錯(cuò)陣列，界面處的高密度位錯(cuò)可體現(xiàn)出類似深能級(jí)施主的特性，尤其在低溫下對(duì)載流子散射更加顯著。
　　研究發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)80nm低溫 InSb緩沖層的樣品表面粗糙度大，依據(jù)具體實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)，采用動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅(KMC)方法對(duì)InSb薄膜的異質(zhì)外延生長(zhǎng)進(jìn)行了模擬，時(shí)間設(shè)定為30s，觀察到明顯的島狀生長(zhǎng)過(guò)程，并且發(fā)現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成到襯底被完全覆蓋，島的接連處曲率不斷變大，由此可見(jiàn)實(shí)際島接連處的應(yīng)變的增加導(dǎo)致了化學(xué)勢(shì)的變化，進(jìn)