名义(001)取向 Si 衬底上 GaP1-xNx 层的生长模式及形貌-组分耦合调制
材料科学
2023-11-07 v1
摘要
我们研究了 GaP1-xNx 的化学束外延，以将其生长参数与在名义(001)取向 Si 衬底上生长时的性质相关联，这正是将光电子器件与标准 Si 技术实现晶格匹配集成所需要的。利用 RHEED、XRD、RBS、NRA、EDX 谱、AFM 和 TEM 分析了采用不同生长温度和 N 前驱体通量制备的样品的生长模式以及化学、形貌和结构性质。我们的结果表明，在 x = 0.04 以内，可以以二维方式（即逐层生长）合成光滑且化学均匀的、具有高结构质量的 GaP1-xNx 层。对于给定的 N 摩尔分数，降低生长温度同时减小 N 前驱体通量有利于逐层生长模式。在给定温度下，为提高 N 掺入量而增大 N 前驱体通量时，层的质量在超过一个与温度相关的阈值后发生退化；高于该阈值，生长层在达到几纳米的临界厚度后经历从 2D 到 3D 的生长模式转变。该转变之后，形貌和化学成分沿 [110] 方向发生调制，周期为数十纳米。表面形貌的特征在于形成 {113} 晶面线，而 N 浓度在相邻 (113) 与 (-1-13) 晶面之间形成的沟槽处增强。我们得出结论：可制备与 Si 晶格匹配（x = 0.021）甚至 N 含量高达 x=0.04 的均匀厚 GaP1-xNx 层。当层厚度保持在 2D-3D 生长模式转变的临界值以下时，也已证明有可能使 N 摩尔分数超过 0.04 而不诱发形貌-组分耦合调制。
引用
@article{arxiv.2302.01147,
title = {Growth modes and coupled morphological-compositional modulations in GaP1-xNx layers grown on nominally (001)-oriented Si substrates},
author = {K. Ben Saddik and S. Fernandez-Garrido and R. Volkov and J. Grandal and N. Borgardt and B. J. Garcia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.01147},
year = {2023}
}