GaAs基InSb薄膜的分子束外延生長及其結(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)模型基礎上采用動力學蒙特卡羅(KMC)方法模擬了InSb薄膜的外延生長過程，同時采用透射電鏡(TEM)與霍爾(Hall)測試方法研究了薄膜的界面結(jié)構(gòu)與電學性能

2、。
　　在InSb薄膜的外延生長過程中，采用反射式高能電子衍射儀(RHEED)對薄膜表面進行原位監(jiān)控。低溫 InSb緩沖層在生長初期顯示明顯的島狀生長，通過 RHEED強度振蕩的觀察，確定低溫 InSb緩沖層的生長速率為0.26μm/h。通過掃描電鏡形貌觀察與能譜分析發(fā)現(xiàn)：溫度較低時 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外延生長的最佳襯底溫度為440℃，該溫度下生長2.1μm的樣品 X射

3、線半高峰寬為412″，應變弛豫99.02％。
　　為了克服 InSb與GaAs間14.6％的晶格失配度，實驗設計先低溫生長一定厚度的InSb緩沖層，隨后升溫生長 InSb外延層。研究表明，生長低溫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的失配位錯陣列，界面處的高密度位錯可體現(xiàn)出類似深能級施主的特性，尤其在低溫下對載流子散射更加顯著。
　　研究發(fā)現(xiàn)生長80nm低溫 InSb緩沖層的樣品表面粗糙度大，依據(jù)具體實驗工藝參數(shù)，采用動力學蒙特卡羅(KMC)方法對InSb薄膜的異質(zhì)外延生長進行了模擬，時間設定為30s，觀察到明顯的島狀生長過程，并且發(fā)現(xiàn)從網(wǎng)絡結(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，由此可見實際島接連處的應變的增加導致了化學勢的變化，進