ALE法對(duì)InSb/GaAs異質(zhì)薄膜電學(xué)性能的改進(jìn)
發(fā)布時(shí)間：2021-03-23 03:22
以GaAs（100）為襯底,采用原子層外延（ALE）的方法在GaAs緩沖層和常規(guī)InSb外延層間引入85個(gè)周期約30nm的InSb低溫緩沖層,以快速降低InSb和GaAs界面間較大的晶格失配（14.6%）對(duì)外延層質(zhì)量造成的不利影響,從而改進(jìn)異質(zhì)外延薄膜的電學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,ALE低溫緩沖層能較快地釋放晶格失配應(yīng)力,降低位錯(cuò)密度。室溫和77K的Hall測試顯示,引入低溫ALE緩沖層生長的InSb/GaAs異質(zhì)外延薄膜,其InSb外延層本征載流子濃度和遷移率等電學(xué)性能較常規(guī)的方法有著較大的改進(jìn)。
【文章來源】：激光與紅外. 2017,47(01)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
原子層外延原理圖
行外延生長。實(shí)驗(yàn)前對(duì)In、Sb、Ga和As源進(jìn)行了精確的束流校正。然后進(jìn)行如下工藝實(shí)驗(yàn):①GaAs襯底首先在680℃(熱偶溫度)、As過壓束流保護(hù)下加熱脫氧20min以去除氧化層;②降溫至350℃，采用ALE方法生長InSb低溫緩沖層，以1/10倍于常規(guī)In和Sb束流，12s周期間隔，交替地打開In和Sb閥門，生長85個(gè)周期的InSb低溫緩沖層;③升溫至460℃退火10min;④降溫到450℃生長本征非摻InSb外延層，常規(guī)束流強(qiáng)度Sb/In=6;⑤生長完成，降至室溫后從生長室經(jīng)由緩沖室送至快速進(jìn)樣室中取出。生長的InSb/GaAs本征非摻樣品結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2InSb/GaAs異質(zhì)外延生長結(jié)構(gòu)示意圖Fig．2ThestructuraldiagramofInSb/GaAsfilmgrowth采用MBE腔體上在線的20keV的反射式高能電子衍射儀(ＲeflectionHighEnergyElectronDif-fraction，ＲHEED)對(duì)生長過程中的樣品質(zhì)量進(jìn)行了實(shí)時(shí)的觀測;采用OLYMPUSMX61光學(xué)顯微鏡對(duì)樣品表面的形貌和缺陷進(jìn)行了表征;采用BＲUK-EＲ公司的DeKtakXT臺(tái)階儀用探針法對(duì)樣品的厚度進(jìn)行了測試。采用X’PertPＲOMＲD型XＲD來測試樣品的半峰寬以確定晶體質(zhì)量;樣品的電學(xué)性能采用Hall分別進(jìn)行了室溫300K和低溫77K68激光與紅外第47卷
的測試，測試條件為磁場5000G，電流1mA，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之前未采用ALE緩沖層的工藝實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比。3結(jié)果與討論3．1InSb/GaAs實(shí)驗(yàn)樣品厚度的確定樣品的總厚度通過臺(tái)階儀進(jìn)行了測量，GaAs緩沖層的生長速率通過在線的ＲHEED強(qiáng)度振蕩進(jìn)行了測量，如圖3所示，約1．39s，即0．72ML/s(或0．73μm/h)。通過計(jì)算可以獲得InSb外延層的厚度。圖3測量GaAs生長速率的ＲHEED強(qiáng)度振蕩圖Fig．3GaAsＲHEEDintensityoscillationfigureforthemeasurementofthegrowthrate3．2InSb/GaAs異質(zhì)外延的ＲHEED研究圖4為實(shí)驗(yàn)過程中所拍攝到的ＲHEED圖像。圖4(a)為生長完GaAs緩沖層后的ＲHEED圖像，條紋清晰明亮，長直的間隔排列，顯示為清晰的2x結(jié)構(gòu)，指示經(jīng)GaAs緩沖層生長后，表面非常平坦(從圖3GaAs生長時(shí)ＲHEED振蕩的周期均勻性也可以看出);圖4(b)為剛開始ALE低溫InSb緩沖層生長幾秒鐘內(nèi)的瞬態(tài)過程，在長直豎條紋的背景上開始出現(xiàn)衍射雜散斑點(diǎn);接著是圖4(c)所示生長1min后雜散衍射斑點(diǎn)逐漸呈網(wǎng)格狀互連的周期間隔零星分布并變大變亮，長直條紋變暗變?nèi)�，漸至消退，表面開始呈3D粗糙化狀態(tài);經(jīng)過約3min生長后，表面呈現(xiàn)圖4(d)所示的狀態(tài)，3D衍射斑點(diǎn)逐漸消失，雜散衍射斑點(diǎn)逐漸拉條成一直線，隱約出現(xiàn)豎直排列的間隔條紋，表面3D粗糙狀態(tài)逐漸好轉(zhuǎn)，變成2D成核生長;圖4(e)為生長完ALE緩沖層后經(jīng)過升溫退火處理后的表面，雖然背景略有變暗，但表面條紋變得清晰，雜散斑點(diǎn)少，說明異質(zhì)外延薄膜的失配狀況基本已經(jīng)扭轉(zhuǎn);圖4(f)顯示了經(jīng)過約3min常規(guī)InSb生長后的圖像，雖然衍射背景整體沒有GaAs外延層時(shí)明亮，但條紋變得清晰，有些類似于直接進(jìn)行InSb同質(zhì)外延，條紋間隔明顯，圖示為2x結(jié)構(gòu)�？梢�，ALE緩沖層確實(shí)可以較快地釋放InSb和GaAs界面之間較?
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]InSb分子束外延原位摻雜技術(shù)研究[J]. 劉銘,邢偉榮,尚林濤,周朋,程鵬. 激光與紅外. 2015(07)
[2]MBE生長InSb外延層特性及紅外探測器研究[J]. 鄭煥東,宋福英. 紅外與激光技術(shù). 1995(01)
本文編號(hào)：3095035
【文章來源】：激光與紅外. 2017,47(01)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
原子層外延原理圖
行外延生長。實(shí)驗(yàn)前對(duì)In、Sb、Ga和As源進(jìn)行了精確的束流校正。然后進(jìn)行如下工藝實(shí)驗(yàn):①GaAs襯底首先在680℃(熱偶溫度)、As過壓束流保護(hù)下加熱脫氧20min以去除氧化層;②降溫至350℃，采用ALE方法生長InSb低溫緩沖層，以1/10倍于常規(guī)In和Sb束流，12s周期間隔，交替地打開In和Sb閥門，生長85個(gè)周期的InSb低溫緩沖層;③升溫至460℃退火10min;④降溫到450℃生長本征非摻InSb外延層，常規(guī)束流強(qiáng)度Sb/In=6;⑤生長完成，降至室溫后從生長室經(jīng)由緩沖室送至快速進(jìn)樣室中取出。生長的InSb/GaAs本征非摻樣品結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2InSb/GaAs異質(zhì)外延生長結(jié)構(gòu)示意圖Fig．2ThestructuraldiagramofInSb/GaAsfilmgrowth采用MBE腔體上在線的20keV的反射式高能電子衍射儀(ＲeflectionHighEnergyElectronDif-fraction，ＲHEED)對(duì)生長過程中的樣品質(zhì)量進(jìn)行了實(shí)時(shí)的觀測;采用OLYMPUSMX61光學(xué)顯微鏡對(duì)樣品表面的形貌和缺陷進(jìn)行了表征;采用BＲUK-EＲ公司的DeKtakXT臺(tái)階儀用探針法對(duì)樣品的厚度進(jìn)行了測試。采用X’PertPＲOMＲD型XＲD來測試樣品的半峰寬以確定晶體質(zhì)量;樣品的電學(xué)性能采用Hall分別進(jìn)行了室溫300K和低溫77K68激光與紅外第47卷
的測試，測試條件為磁場5000G，電流1mA，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之前未采用ALE緩沖層的工藝實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比。3結(jié)果與討論3．1InSb/GaAs實(shí)驗(yàn)樣品厚度的確定樣品的總厚度通過臺(tái)階儀進(jìn)行了測量，GaAs緩沖層的生長速率通過在線的ＲHEED強(qiáng)度振蕩進(jìn)行了測量，如圖3所示，約1．39s，即0．72ML/s(或0．73μm/h)。通過計(jì)算可以獲得InSb外延層的厚度。圖3測量GaAs生長速率的ＲHEED強(qiáng)度振蕩圖Fig．3GaAsＲHEEDintensityoscillationfigureforthemeasurementofthegrowthrate3．2InSb/GaAs異質(zhì)外延的ＲHEED研究圖4為實(shí)驗(yàn)過程中所拍攝到的ＲHEED圖像。圖4(a)為生長完GaAs緩沖層后的ＲHEED圖像，條紋清晰明亮，長直的間隔排列，顯示為清晰的2x結(jié)構(gòu)，指示經(jīng)GaAs緩沖層生長后，表面非常平坦(從圖3GaAs生長時(shí)ＲHEED振蕩的周期均勻性也可以看出);圖4(b)為剛開始ALE低溫InSb緩沖層生長幾秒鐘內(nèi)的瞬態(tài)過程，在長直豎條紋的背景上開始出現(xiàn)衍射雜散斑點(diǎn);接著是圖4(c)所示生長1min后雜散衍射斑點(diǎn)逐漸呈網(wǎng)格狀互連的周期間隔零星分布并變大變亮，長直條紋變暗變?nèi)�，漸至消退，表面開始呈3D粗糙化狀態(tài);經(jīng)過約3min生長后，表面呈現(xiàn)圖4(d)所示的狀態(tài)，3D衍射斑點(diǎn)逐漸消失，雜散衍射斑點(diǎn)逐漸拉條成一直線，隱約出現(xiàn)豎直排列的間隔條紋，表面3D粗糙狀態(tài)逐漸好轉(zhuǎn)，變成2D成核生長;圖4(e)為生長完ALE緩沖層后經(jīng)過升溫退火處理后的表面，雖然背景略有變暗，但表面條紋變得清晰，雜散斑點(diǎn)少，說明異質(zhì)外延薄膜的失配狀況基本已經(jīng)扭轉(zhuǎn);圖4(f)顯示了經(jīng)過約3min常規(guī)InSb生長后的圖像，雖然衍射背景整體沒有GaAs外延層時(shí)明亮，但條紋變得清晰，有些類似于直接進(jìn)行InSb同質(zhì)外延，條紋間隔明顯，圖示為2x結(jié)構(gòu)�？梢�，ALE緩沖層確實(shí)可以較快地釋放InSb和GaAs界面之間較?
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]InSb分子束外延原位摻雜技術(shù)研究[J]. 劉銘,邢偉榮,尚林濤,周朋,程鵬. 激光與紅外. 2015(07)
[2]MBE生長InSb外延層特性及紅外探測器研究[J]. 鄭煥東,宋福英. 紅外與激光技術(shù). 1995(01)
本文編號(hào)：3095035
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