四步法制备高质量硅基砷化镓薄膜（英文）

为了提高在硅基上外延砷化镓薄膜的质量和实验的可重复性,我们提出了一种叫做四步生长法的新方法,该方法是通过在低温成核层和高温外延层中间先后插入低温缓冲层和高温缓冲层实现的。通过此方法,可以制备出表面具有单畴结构、在强白光下依然光亮如镜、粗糙度低且缺陷少的高质量砷化镓薄膜,而且此方法的重复性很好。即便没有任何生长后的退火处理,外延出的1μm厚砷化镓薄膜在5μm×5μm扫描区域内的表面粗糙度只有2.1 nm,且由X射线双晶衍射测试出的砷化镓(004)峰的半高宽只有210.6 arcsec。

利用Al/AlAs中间层调控GaAs在Si(111)上外延生长的研究

为了实现Ⅲ-V器件在硅基平台上单片集成,近年来Ⅲ-V半导体在硅衬底上的异质外延得到了广泛研究。由于Ⅲ-V半导体与Si之间大的晶格失配以及晶格结构不同,在Si上生长的Ⅲ-V半导体中存在较多的失配位错及反相畴,对器件性能造成严重影响。而Si(111)表面的双原子台阶可以避免Ⅲ-V异质外延过程中形成反相畴。本文利用分子束外延技术通过Al/AlAs作为中间层首次在Si(111)衬底上外延生长了GaAs(111)薄膜。通过一系列对比实验验证了Al/AlAs中间层的插入对GaAs薄膜质量的调控作用,并在此基础上通过低温-高温两步法优化了GaAs的生长条件。结果表明Al/AlAs插层可以为GaAs外延生长提供模板,并在一定程度上释放GaAs与Si之间的失配应力,从而使GaAs薄膜的晶体质量得到提高。以上工作为Ⅲ-V半导体在硅上的生长提供了新思路。

应变平衡超晶格改善GaAs/Si(001)表面研究

本文提出了一种有效改善GaAs/Si(001)材料表面形貌和晶体质量的应变平衡超晶格结构及其制备方案。在无偏角Si(001)衬底上,采用金属有机化学气相沉积技术生长了具有应变平衡超晶格结构的GaAs外延层,并在相同条件下仅生长了GaAs外延层作为比较。采用原子力显微镜、光致荧光光谱仪和双晶X射线衍射仪对两种样品进行表征与测试。测试结果表明:与未采用该方案生长的样品相比,采用应变平衡超晶格结构方案生长的样品的均方根表面粗糙度由1.92 nm(10μm×10μm)降至1.16 nm(10μm×10μm),光致荧光光谱峰值强度提高5倍以上,光致荧光光谱峰值半峰全宽从31.6 nm降为23.4 nm,XRD曲线峰值半峰全宽降低了30.4%,X射线衍射峰值强度提升了472.2%。该方案可显著改善GaAs/Si(001)材料的表面形貌及晶体质量,对制备硅基电子和光电子器件具有重要意义。