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ga原子在algaas薄膜表面扩散行为的研究

Ga原子在AlGaAs薄膜表面扩散行为的研究

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作者：马明明贵州大学

学位级别：硕士

III-V族纳米半导体材料因其独特的性质,可用于制作高电子迁移率晶体管、激光器、红外探测器等器件,广泛应用于科学科研、医疗以及环境保护等领域。而对于III-V族纳米半导体材料的生长,掌握在不同条件下III-V族原子的运动规律,是获得不... 详细信息

III-V族纳米半导体材料因其独特的性质,可用于制作高电子迁移率晶体管、激光器、红外探测器等器件,广泛应用于科学科研、医疗以及环境保护等领域。而对于III-V族纳米半导体材料的生长,掌握在不同条件下III-V族原子的运动规律,是获得不同特性材料生长方法的关键。本文利用分子束外延设备采用液滴外延法,以反射式高能电子衍射仪对实验过程进行实时监测,并利用扫描隧道显微镜、原子力显微镜对实验结果进行表征分析,探究了ga原子在algaas/gaas薄膜表面的扩散行为。实验探究采用控制变量法,通过改变退火时间、砷压大小、衬底温度以及沉积量四个参数,分析总结了不同条件对ga原子在algaas/gaas表面的扩散行为的影响。主要内容如下:(1)在一定温度沉积等量的ga液滴,零砷压下ga液滴经历不同的退火时间,随着退火时间的延长,液滴的密度降低,表面逐渐出现纳米孔洞,并随着退火时间的延长占比越来越大;分析表明液滴中ga原子与表面As原子结合导致液滴垮塌导致纳米孔洞的形成;退火时间存在临界点,未达到临界点时液滴中ga原子以向外扩散与表面As原子结合为主,达到临界点后,液滴中ga原子由向外扩散模式逐渐转变为纵向溶蚀衬底模式。(2)在一定温度沉积等量的ga液滴,ga液滴在不同大小的砷压晶化下,表面出现纳米孔洞和纳米盘,ga原子仍具有横向扩散与纵向扩散的行为。ga原子的扩散距离随砷压的增大而减小,砷压较小时,ga原子以横向扩散为主;砷压较大的情况下,ga原子以纵向溶蚀为主。(3)沉积等量的ga液滴用一定的砷压晶化,温度对ga原子的影响较为显著。纳米孔洞密度随温度的升高而降低,纳米孔的深度则随温度的升高而增大,同时纳米盘的半径也随温度的升高而增大。因而温度越高,ga原子的横向扩散与纵向溶蚀能力越强;计算出ga原子在algaas/gaas表面沿[1-10]方向和[110]方向扩散激活能分别为0.84eV和0.95eV,呈现出各向异性。(4)在一定温度下时沉积不同沉积量的ga液滴,用同样大小的砷压晶化,表面形貌特征以纳米孔和纳米盘为主。随着沉积量的增加,纳米孔的各向异性越明显;纳米盘随着沉积量的增大而增加,增大到一定值时趋于平缓,纳米盘的生长由二维生长向三维生长转变。

关键词：半导体材料液滴外延 al0.4ga0.6as/gaas ga液滴液滴刻蚀纳米孔纳米盘

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