HCL/異丙醇濕法處理制備潔凈的InAs表面

對(duì)于基礎(chǔ)研究和技術(shù)應(yīng)用，至關(guān)重要的是，開發(fā)有效的程序來準(zhǔn)備清潔的半導(dǎo)體表面，顯示各種可能的重建，并了解這些程序的化學(xué)性質(zhì)。對(duì)于砷化鎵001使用砷脫殼或HCl/異丙醇(HCl-iPA)處理，有令人滿意的特征良好的治療方法。然而，InAs~001的表面化學(xué)性質(zhì)仍然鮮為人知。在InAs~111上對(duì)各種濕處理的一些調(diào)查，包括HCl-iPA，已經(jīng)進(jìn)行了研究。4近年來，碘和氯與清潔表面的相互作用也被研究。

原位外延生長(zhǎng)，7ar-離子濺射，然后退火，8或as脫殼已被用于InAs~001的基礎(chǔ)研究表面。在目前的工作中，我們證明了簡(jiǎn)單的濕HCl-iPA處理，然后UHV退火，產(chǎn)生高質(zhì)量的無氧化物InAs~001。我們利用同步輻射光電發(fā)射光譜和低能電子衍射(LEED)，研究了這些處理的化學(xué)性質(zhì)。

在室溫下記錄處理后表面的三維、四維巖心水平光譜(CLS)在退火到越來越高的溫度后。光子能量選擇在80和100電子伏，分別獲得表面敏感模式下的In 4d和As 3d CLS。光子束與樣品表面法線之間的角度為45°。光電子在正常發(fā)射的入射平面被探測(cè)到。使用放置在樣品附近的金箔的費(fèi)米能級(jí)信號(hào)校準(zhǔn)光譜的能量位置。還用250電子伏的光子能量拍攝了Cl 2pCLS。在相同溫度下退火后，在獨(dú)立的UHV系統(tǒng)中進(jìn)行LEED測(cè)量。

圖1的左側(cè)部分顯示了退火前后的處理表面的As 3d CLS，以及相關(guān)的LEED圖案。曲線a顯示了CLS的自然氧化表面，在同一系統(tǒng)中測(cè)量。在處理過的表面上(曲線b)，強(qiáng)組分是因?yàn)樘烊谎趸锊淮嬖?。CLS主要是一種反應(yīng)組分，其動(dòng)能低于清潔富銦表面的動(dòng)能(曲線f)。熱處理在大約330℃時(shí)，會(huì)產(chǎn)生特有的LEED富砷(2×4)/碳(2×8)表面的圖形(曲線e)，而富砷(4×2)/碳(8×2)重構(gòu)是在410℃下獲得的。插圖中顯示的是光譜d和f，以及它們的差異。

圖1在處理(a)之前、處理(b)之后及在選擇的退火至日益高溫之后的表面的3d和4d CLS

退火的主要作用是誘導(dǎo)這種作用的逐漸消失，這種作用在處理過的表面上占主導(dǎo)地位。這表明，與GaAs類似，經(jīng)砷處理的表面被一層物理吸附的砷覆蓋，在退火時(shí)被解吸，顯示出富砷的結(jié)構(gòu)。圖1的右半部分顯示的是四維CLS。以與As 3d相同的方式，存在氧化物相關(guān)信號(hào)在處理之前，已完全消失在被處理表面的CLS中，這顯示出良好分辨的自旋軌道分裂。退火的效果不如砷明顯，這表明鹽酸-異丙醇處理的產(chǎn)物含有少量銦。然而，在高達(dá)200℃的退火條件下，觀察到輕微的變化。

圖1中還顯示了分解CLS分為散裝和表面組件。從圖1(b)和1(c)可以看出，在100℃退火后，處理表面的As 3d CLS由塊體組成貢獻(xiàn)和相對(duì)動(dòng)能為-0.70電子伏的第二貢獻(xiàn)。在用Cl25處理過的砷化銦和用鹽酸處理過的砷化鎵上也觀察到了這種成分。為了分析處理表面上的In 4d CLS，我們使用了相對(duì)動(dòng)能為-1.33 eV和0.54 eV的兩種表面成分，它們分別對(duì)應(yīng)于二氯化銦和一氯化銦。對(duì)于沒有氯化物的潔凈表面，我們使用了動(dòng)能為-0.40 eV(S1)的成分，與后一種成分沒有太大區(qū)別，但與解理表面上的成分相似。我們還在0.30電子伏(S2)的相對(duì)動(dòng)能下使用了相對(duì)較弱的貢獻(xiàn)。在潔凈的富銦表面上也發(fā)現(xiàn)了類似的貢獻(xiàn)，并被認(rèn)為是來自成排的金屬銦。

利用這些結(jié)果，鹽酸-異丙醇處理的效果可以總結(jié)如下:處理完全去除了表面氧化物，留下了主要含有元素砷和少量銦氯的物理吸附覆蓋層?？梢詤^(qū)分三個(gè)主要的退火階段。首先，高達(dá)200℃的退火引起InClx物質(zhì)和大部分As0覆蓋層的解吸。在這個(gè)階段，提供1×1的重建。退火至330°C后，表面呈現(xiàn)富砷(2×4)/c(2×8)重構(gòu)，其晶胞可能具有與β2結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。最后，退火至410°C產(chǎn)生干凈的富銦(4×2)/碳(8×2)表面。上述溫度與砷去蓋后觀察到的富含砷和銦的重建溫度相似。

中子活化分析處理的化學(xué)性質(zhì)與GaAs類似。對(duì)于后一種材料，已經(jīng)提出發(fā)生氧化物溶解，這導(dǎo)致元素不溶砷層和嵌入覆蓋層中的少量氯化鎵層的形成。3根據(jù)處理后表面的表面和體成分的相對(duì)強(qiáng)度，2我們估計(jì)覆蓋層的厚度為8-9的數(shù)量級(jí)，即3個(gè)單層(ML)的數(shù)量級(jí)。相比之下，對(duì)于GaAs，As0層的厚度較小(1–2ml)。

最后，使用掃描隧道顯微鏡和反射率各向異性光譜，所有退火階段的表面質(zhì)量都非常好。在各種CLS和價(jià)帶光譜中沒有氧的跡象。利用x射線光發(fā)射光譜和電子損失光譜，我們發(fā)現(xiàn)類似于GaAs，在處理過的表面上存在一些碳?xì)浠衔?，但是它們?cè)诘谝煌嘶痣A段之后消失。我們也有發(fā)現(xiàn)在價(jià)帶譜中，在費(fèi)米能級(jí)位置，以及在將該能級(jí)與價(jià)帶頂部分開的0.35 eV的能量范圍內(nèi)，沒有檢測(cè)到信號(hào)。這表明在表面上有一個(gè)平帶條件。

審核編輯：湯梓紅