ALE法对InSb/GaAs异质薄膜电学性能的改进
发布时间：2021-03-23 03:22
以GaAs（100）为衬底,采用原子层外延（ALE）的方法在GaAs缓冲层和常规InSb外延层间引入85个周期约30nm的InSb低温缓冲层,以快速降低InSb和GaAs界面间较大的晶格失配（14.6%）对外延层质量造成的不利影响,从而改进异质外延薄膜的电学性能。实验结果显示,ALE低温缓冲层能较快地释放晶格失配应力,降低位错密度。室温和77K的Hall测试显示,引入低温ALE缓冲层生长的InSb/GaAs异质外延薄膜,其InSb外延层本征载流子浓度和迁移率等电学性能较常规的方法有着较大的改进。
【文章来源】：激光与红外. 2017,47(01)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
原子层外延原理图
行外延生长。实验前对In、Sb、Ga和As源进行了精确的束流校正。然后进行如下工艺实验:①GaAs衬底首先在680℃(热偶温度)、As过压束流保护下加热脱氧20min以去除氧化层;②降温至350℃，采用ALE方法生长InSb低温缓冲层，以1/10倍于常规In和Sb束流，12s周期间隔，交替地打开In和Sb阀门，生长85个周期的InSb低温缓冲层;③升温至460℃退火10min;④降温到450℃生长本征非掺InSb外延层，常规束流强度Sb/In=6;⑤生长完成，降至室温后从生长室经由缓冲室送至快速进样室中取出。生长的InSb/GaAs本征非掺样品结构如图2所示。图2InSb/GaAs异质外延生长结构示意图Fig．2ThestructuraldiagramofInSb/GaAsfilmgrowth采用MBE腔体上在线的20keV的反射式高能电子衍射仪(ＲeflectionHighEnergyElectronDif-fraction，ＲHEED)对生长过程中的样品质量进行了实时的观测;采用OLYMPUSMX61光学显微镜对样品表面的形貌和缺陷进行了表征;采用BＲUK-EＲ公司的DeKtakXT台阶仪用探针法对样品的厚度进行了测试。采用X’PertPＲOMＲD型XＲD来测试样品的半峰宽以确定晶体质量;样品的电学性能采用Hall分别进行了室温300K和低温77K68激光与红外第47卷
的测试，测试条件为磁场5000G，电流1mA，并将实验结果与之前未采用ALE缓冲层的工艺实验进行了对比。3结果与讨论3．1InSb/GaAs实验样品厚度的确定样品的总厚度通过台阶仪进行了测量，GaAs缓冲层的生长速率通过在线的ＲHEED强度振荡进行了测量，如图3所示，约1．39s，即0．72ML/s(或0．73μm/h)。通过计算可以获得InSb外延层的厚度。图3测量GaAs生长速率的ＲHEED强度振荡图Fig．3GaAsＲHEEDintensityoscillationfigureforthemeasurementofthegrowthrate3．2InSb/GaAs异质外延的ＲHEED研究图4为实验过程中所拍摄到的ＲHEED图像。图4(a)为生长完GaAs缓冲层后的ＲHEED图像，条纹清晰明亮，长直的间隔排列，显示为清晰的2x结构，指示经GaAs缓冲层生长后，表面非常平坦(从图3GaAs生长时ＲHEED振荡的周期均匀性也可以看出);图4(b)为刚开始ALE低温InSb缓冲层生长几秒钟内的瞬态过程，在长直竖条纹的背景上开始出现衍射杂散斑点;接着是图4(c)所示生长1min后杂散衍射斑点逐渐呈网格状互连的周期间隔零星分布并变大变亮，长直条纹变暗变弱，渐至消退，表面开始呈3D粗糙化状态;经过约3min生长后，表面呈现图4(d)所示的状态，3D衍射斑点逐渐消失，杂散衍射斑点逐渐拉条成一直线，隐约出现竖直排列的间隔条纹，表面3D粗糙状态逐渐好转，变成2D成核生长;图4(e)为生长完ALE缓冲层后经过升温退火处理后的表面，虽然背景略有变暗，但表面条纹变得清晰，杂散斑点少，说明异质外延薄膜的失配状况基本已经扭转;图4(f)显示了经过约3min常规InSb生长后的图像，虽然衍射背景整体没有GaAs外延层时明亮，但条纹变得清晰，有些类似于直接进行InSb同质外延，条纹间隔明显，图示为2x结构。可见，ALE缓冲层确实可以较快地释放InSb和GaAs界面之间较?
【参考文献】：
期刊论文
[1]InSb分子束外延原位掺杂技术研究[J]. 刘铭,邢伟荣,尚林涛,周朋,程鹏. 激光与红外. 2015(07)
[2]MBE生长InSb外延层特性及红外探测器研究[J]. 郑焕东,宋福英. 红外与激光技术. 1995(01)
本文编号：3095035
【文章来源】：激光与红外. 2017,47(01)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
原子层外延原理图
行外延生长。实验前对In、Sb、Ga和As源进行了精确的束流校正。然后进行如下工艺实验:①GaAs衬底首先在680℃(热偶温度)、As过压束流保护下加热脱氧20min以去除氧化层;②降温至350℃，采用ALE方法生长InSb低温缓冲层，以1/10倍于常规In和Sb束流，12s周期间隔，交替地打开In和Sb阀门，生长85个周期的InSb低温缓冲层;③升温至460℃退火10min;④降温到450℃生长本征非掺InSb外延层，常规束流强度Sb/In=6;⑤生长完成，降至室温后从生长室经由缓冲室送至快速进样室中取出。生长的InSb/GaAs本征非掺样品结构如图2所示。图2InSb/GaAs异质外延生长结构示意图Fig．2ThestructuraldiagramofInSb/GaAsfilmgrowth采用MBE腔体上在线的20keV的反射式高能电子衍射仪(ＲeflectionHighEnergyElectronDif-fraction，ＲHEED)对生长过程中的样品质量进行了实时的观测;采用OLYMPUSMX61光学显微镜对样品表面的形貌和缺陷进行了表征;采用BＲUK-EＲ公司的DeKtakXT台阶仪用探针法对样品的厚度进行了测试。采用X’PertPＲOMＲD型XＲD来测试样品的半峰宽以确定晶体质量;样品的电学性能采用Hall分别进行了室温300K和低温77K68激光与红外第47卷
的测试，测试条件为磁场5000G，电流1mA，并将实验结果与之前未采用ALE缓冲层的工艺实验进行了对比。3结果与讨论3．1InSb/GaAs实验样品厚度的确定样品的总厚度通过台阶仪进行了测量，GaAs缓冲层的生长速率通过在线的ＲHEED强度振荡进行了测量，如图3所示，约1．39s，即0．72ML/s(或0．73μm/h)。通过计算可以获得InSb外延层的厚度。图3测量GaAs生长速率的ＲHEED强度振荡图Fig．3GaAsＲHEEDintensityoscillationfigureforthemeasurementofthegrowthrate3．2InSb/GaAs异质外延的ＲHEED研究图4为实验过程中所拍摄到的ＲHEED图像。图4(a)为生长完GaAs缓冲层后的ＲHEED图像，条纹清晰明亮，长直的间隔排列，显示为清晰的2x结构，指示经GaAs缓冲层生长后，表面非常平坦(从图3GaAs生长时ＲHEED振荡的周期均匀性也可以看出);图4(b)为刚开始ALE低温InSb缓冲层生长几秒钟内的瞬态过程，在长直竖条纹的背景上开始出现衍射杂散斑点;接着是图4(c)所示生长1min后杂散衍射斑点逐渐呈网格状互连的周期间隔零星分布并变大变亮，长直条纹变暗变弱，渐至消退，表面开始呈3D粗糙化状态;经过约3min生长后，表面呈现图4(d)所示的状态，3D衍射斑点逐渐消失，杂散衍射斑点逐渐拉条成一直线，隐约出现竖直排列的间隔条纹，表面3D粗糙状态逐渐好转，变成2D成核生长;图4(e)为生长完ALE缓冲层后经过升温退火处理后的表面，虽然背景略有变暗，但表面条纹变得清晰，杂散斑点少，说明异质外延薄膜的失配状况基本已经扭转;图4(f)显示了经过约3min常规InSb生长后的图像，虽然衍射背景整体没有GaAs外延层时明亮，但条纹变得清晰，有些类似于直接进行InSb同质外延，条纹间隔明显，图示为2x结构。可见，ALE缓冲层确实可以较快地释放InSb和GaAs界面之间较?
【参考文献】：
期刊论文
[1]InSb分子束外延原位掺杂技术研究[J]. 刘铭,邢伟荣,尚林涛,周朋,程鹏. 激光与红外. 2015(07)
[2]MBE生长InSb外延层特性及红外探测器研究[J]. 郑焕东,宋福英. 红外与激光技术. 1995(01)
本文编号：3095035
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