NSRL在表面化学中的同步辐射研究进展

综述了国家同步辐射实验室在表面化学的同步辐射研究中的部分新进展，其中包括碱金属Ｋ和稀土金属Ｇｄ对半导体表面氧化和氮化的催化作用；ＧａＡｓ（１００）半导体表面采用ＣＨ３ＣＳＮＨ２硫钝化的新方法，稀土金属Ｇｄ在半导体表面的吸附及界面形成；一种新的氧化镁薄膜的制备方法。     

砷化镓及其它Ⅲ—Ⅴ族半导体表面的硫钝化

砷化镓的表面钝化是一个长期未能完满解决的问题。八十年代后期出现的硫钝化技术曾带来很大的希望,但它的化学稳定性仍不够理想。通过对硫钝化机理的研究,弄清了这种方法所存在的问题后,一些改进的硫钝化方法正不断发展,使之有可能在不远的将来成为ＧａＡｓ器件制造中的一种实用钝化工艺。     

砷化镓及其它Ⅲ—Ⅴ族半导体表面的硫钝化

砷化镓的表面钝化是一个长期未能完满解决的问题。八十年代后期出现的硫钝化技术曾带来很大的希望，但它的化学稳定性仍不够理想。通过对硫钝化机理的研究，弄清了这种方法所存在的问题后，一些改进的硫钝化方法正不断发展，使之有可能在不远的将来成为ＧａＡｓ器件制造中的一种实用钝化工艺。     

Zn／GaAs（110）系统的表面驰豫及其对费密能级钉扎的影响

在紧束缚近似下，利用自洽总能计算给出了Ｚｎ／ＧａＡｓ（１１０）系统的表面几何结构。证明了低覆盖下Ｚｎ／ＧａＡｓ（１１０）表面驰豫是一普遍现象，它对准确地描述费密能级钉扎位置十分重要。进一步给出了与其它元素吸附和清洁ＧａＡｓｄ（１１０）表面的理论与实验结果之比较。     

Zn/GaAs(110)系统的表面弛豫及其对费密能级钉扎的影响

在紧束缚近似下，利用自洽总能计算给出了Ｚｎ／ＧａＡｓ（１１０）系统的表面几何结构．证明了低覆盖下Ｚｎ／ＧａＡｓ（１１０）表面弛豫是一普遍现象，它对准确地描述费密能级钉扎位置十分重要．由于吸附Ｚｎ原子的高局域ｓ轨道与表面Ｇａ原子ｓｐ^３悬挂键轨道的杂化，使成键态位于能隙中距价带顶０.７３ｅＶ处．进一步给出了与其它元素吸附和清洁ＧａＡｓ（１１０）表面的理论与实验结果之比较     

In_xGa_（1－x）As缓冲层上In_yGa_（1－y）As／（Al）Ga

本文中，发现在Ｉｎ＿ｘＧａ＿(１－ｘ)Ａｓ缓冲层上非故意掺杂的ＩｎｙＧａ＿(１－ｙ)Ａｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ超晶格样品中存在着两个互相反向的自建电场区，一个位于样品表面，另一个位于Ｉｎ＿ｘＧａ＿(１－ｘ)Ａｓ缓冲层和超晶格界面．据此，合理地解释了样品的光伏测试结果，并对此类样品的ＭＯＣＶＤ生长工艺给予指导．     

高功率808nm InGaAsP—GaAs分别限制结构的半导体激光器

介绍了研究分别限制结构ＩｎＧａＡｓＰ－ＧａＡｓ半导体激光器所得到的最新成果。利用引进的俄国技术，基于量子阱结构的ＩｎＧａＡｓＰ－ＧａＡｓ激光器，可用短时间液相外延技术制造。在ＧａＡｓ衬底上制成的ＩｎＧａＡｓＰ－ＧａＡｓ分别限制结构的激光器，主要参数如下：发射波入λ＝８０８ｎｍ，阈值电流密度Ｊ＝３００Ａ／ｃｍ＾２，对于条宽ω＝１００μｍ的激光器，连续功率为１－２Ｗ。     

1MeVSi~＋衬底加温注入Al＿（0．3）Ga＿（0．7）As／GaAs超晶格和GaAs的晶格损伤研究

用卢瑟福背散射／沟道技术研究了１ＭｅＶＳｉ￣＋在衬底加温和室温下以不同剂量注入Ａｌ＿（０．３）Ｇ＿（０．７）Ａｓ／ＧａＡｓ超晶格和ＧａＡｓ后的晶格损伤。在衬底加温下，观察到Ａｌ＿（０．３）Ｇａ＿（０．７）Ａｓ／ＧａＡｓ超晶格和ＧａＡｓ都存在一个动态退火速率与缺陷产生速率相平衡的剂量范围，以及两种速率失去平衡的临界剂量。超晶格比ＧａＡｓ更难以损伤，并且它的两种速率失去平衡的临界剂量也大于ＧａＡｓ中的相应临界剂量，用热尖峰与碰撞模型解释了晶格损伤积累与注入剂量和衬底温度的关系。用ＣＮＤＯ／２量子化学方法计算了ＧａＡｓ和Ａｌ＿ｘＧａ＿（１－ｘ）Ａｓ中化学键的相对强度，并根据计算结果解释了注入过程中Ａｌ＿（０．３）Ｇａ＿（０．７）Ａｓ／ＧａＡｓ超晶格和ＧａＡｓ中晶格损伤程度的差别。     

1MeV Si+衬底加温注入Al0.3Ga0.7As/GaAs超晶格和GaAs的晶格损伤研究

用卢瑟福背散射／沟道技术研究了１ＭｅＶＳｉ⁺在衬底加温和室温下以不同剂量注入Ａｌ_0.3Ｇ_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ超晶格和ＧａＡｓ后的晶格损伤。在衬底加温下，观察到Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ超晶格和ＧａＡｓ都存在一个动态退火速率与缺陷产生速率相平衡的剂量范围，以及两种速率失去平衡的临界剂量。超晶格比ＧａＡｓ更难以损伤，并且它的两种速率失去平衡的临界剂量也大于ＧａＡｓ中的相应临界剂量，用热尖峰与碰撞模型解释了晶格损伤积累与注入剂量和衬底温度的关系。用ＣＮＤＯ／２量子化学方法计算了ＧａＡｓ和Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ中化学键的相对强度，并根据计算结果解释了注入过程中Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ超晶格和ＧａＡｓ中晶格损伤程度的差别。 关键词：     

退火及铟含量对InGaAs量子点光学特性的影响

研究了退火条件和 Ｉｎ 组份对分子束外延生长的 Ｉｎ Ｇａ Ａｓ 量子点（分别以 Ｇａ Ａｓ或 Ａｌ Ｇａ Ａｓ 为基体）光学特性的影响。表明：量子点中 Ｉｎ 含量的增加将导致载流子的定域能增加和基态与激发态之间的能量间隔增大。采用垂直耦合的量子点及宽能带的 Ａｌ Ｇａ Ａｓ 基体可增强材料的热稳定性。以 Ａｌ Ｇａ Ａｓ 为基体的 Ｉｎ Ｇａ Ａｓ 量子点,高温后退火工艺 （ Ｔ＝ ８３０℃）可改善低温生长的 Ａｌ Ｇａ Ａｓ 层的质量,从而改善量子点激光器材料的质量。     

Surface passivation technology for III-V semiconductor nanoelectronics

The present status and key issues of surface passivation technology for III-V surfaces are discussed in view of applications to emerging novel III-V nanoelectronics. First, necessities of passivation and currently available surface passivation technologies for GaAs, InGaAs and AlGaAs are reviewed. Then, the principle of the Si interface control layer (ICL)-based passivation scheme by the authors’ group is introduced and its basic characterization is presented. Ths Si ICL is a molecular beam epitaxy (MBE)-grown ultrathin Si layer inserted between III-V semiconductor and passivation dielectric. Finally, applications of the Si ICL method to passivation of GaAs nanowires and GaAs nanowire transistors and to realization of pinning-free high-k dielectric/GaAs MOS gate stacks are presented.     

Passivation of GaAs surface by atomic-layer-deposited titanium nitride

The suitability of titanium nitride (TiN) for GaAs surface passivation and protection is investigated. A 2-6-nm thick TiN passivation layer is deposited by atomic layer deposition (ALD) at 275 ° C on top of InGaAs/GaAs near surface quantum well (NSQW) structures to study the surface passivation. X-ray reflectivity measurements are used to determine the physical properties of the passivation layer. TiN passivation does not affect the surface morphology of the samples, but increases significantly the photoluminescence intensity and carrier lifetime of the NSQWs, and also provides long-term protection of the sample surface. This study shows that ALD TiN coating is a promising low-temperature method for ex situ GaAs surface passivation.     

多种含硫溶液钝化(100)GaAs表面的实验研究

为实现GaAs表面的钝化,以Na2S、(NH4)2S、CH3CSNH2为主要研究对象,通过对比实验研究得出较为理想的湿法钝化液。通过光致发光(PL)谱研究了(NH4)2S 叔丁醇、CH3CSNH2 NH4OH、CH3CSNH2 叔丁醇三种不同含硫溶液钝化(100)GaAs表面后的发光特性。PL谱测试发现,(NH4)2S 叔丁醇饱和溶液处理过的(100)GaAs表面光致发光强度最强,PL谱的相对发光强度是未做钝化处理的10倍左右。因此得出(NH4)2S 叔丁醇饱和溶液是较为理想的(100)GaAs表面钝化液。     

表面钝化效应对GaAs纳米线电子结构性质影响的第一性原理研究

纳米线表面存在大量的表面态,它们能够引起电子分布在纳米线表面,使得纳米线的电学性质对表面条件变得更加敏感,严重地制约器件的性能.表面钝化能够有效地移除纳米线的表面态,进而能够有效地优化器件的性能.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了表面钝化效应对GaAs纳米线电子结构性质的影响.考虑了不同的钝化材料,包括氢元素、氟元素、氯元素和溴元素.研究结果表明:具有小尺寸的GaAs裸纳米线的能带结构呈间接带隙特征,表面经过完全钝化后,转变为直接带隙特征;GaAs纳米线表面经过氢元素不同位置和不同比例钝化后,展示出不同的电学性质;表面钝化的物理机理是钝化原子与纳米线表面原子通过电荷补偿移除纳米线表面的电子态;与氢元素钝化相比,GaAs纳米线表面经过氟元素、氯元素和溴元素钝化后,带隙宽度较小,原因是氟元素、氯元素和溴元素在钝化过程中具有较小的电荷补偿能力,不能完全移除表面态.     

正十八硫醇钝化GaAs(100)表面特性研究

为了有效降低GaAs半导体表面态密度,提出了采用正十八硫醇（ODT,CH₃[CH₂]₁₇SH）进行GaAs表面钝化的方案。首先,分别对GaAs（100）晶片进行了常规硫代乙酰胺（TAM,CH₃CSNH₂）钝化和正十八硫醇钝化,通过X射线光电子能谱（XPS）对比分析了钝化前后晶片表面的化学成分,然后利用光致发光光谱（PL）对正十八硫醇处理的GaAs（100）晶片进行了钝化时间的优化,最后通过扫描电子显微镜（SEM）测试了钝化前后的晶片表面形貌。实验结果表明：采用正十八硫醇钝化的GaAs（100）表面,相比常规硫代乙酰胺钝化方案,具有更低的氧化物含量和更厚的硫化层厚度;室温钝化条件下,钝化时间越长,正十八硫醇的钝化效果越好,但PL强度在钝化超过24 h后基本达到稳定,最高PL强度提高了116%;正十八硫醇钝化的GaAs（100）晶片具有良好的表面形貌,表面形成了均匀、平整的硫化物钝化层。数据表明正十八硫醇是钝化GaAs（100）表面一种非常有效的技术手段。     

射频等离子硫钝化GaAs(100)的表面特性

采用射频等离子方法,对Ga As(100)衬底片表面进行干法硫等离子体钝化,旨在得到性能稳定含硫钝化层。样品经过360℃温度条件下的快速热退火,光致发光(PL)测试表明,钝化后的样品PL强度上升了71%。同时,钝化样品的稳定性测试结果表明,样品放置在实验室空气中30 d,其PL强度未出现明显变化,说明Ga As的等离子体干法硫钝化具有较好的性能稳定性。     

GaAs surface passivation by plasma-enhanced atomic-layer-deposited aluminum nitride

A low-temperature passivation method for GaAs surfaces is investigated. Ultrathin AlN layers are deposited by plasma-enhanced atomic-layer-deposition at 200 ° C on top of near-surface InGaAs/GaAs quantum well structures. A significant passivation effect is seen as shown by up to 30 times higher photoluminescence intensity and up to seven times longer lifetime compared to uncoated reference samples. The improved optical properties are accompanied by a redshift of the quantum well photoluminescence peak likely caused by a combination of the nitridation of the GaAs capping layer and a surface coupling effect.     

表面悬挂键对GaAs纳米线掺杂的影响及其钝化

利用第一性原理计算方法研究了表面悬挂键对GaAs纳米线掺杂的影响及其钝化．计算结果显示,不论是闪锌矿结构还是纤锌矿结构,GaAs纳米线表面Ga原子上带正电荷的表面悬挂键都是一类稳定的缺陷,并且这种稳定性不会随着纳米线直径的变化而变化．这种表面悬挂键会形成载流子陷阱中心从而从p型掺杂的GaAs纳米线俘获空穴,使得纳米线的掺杂效率下降．和NH₃相比,NO₂ 具有足够的电负性来俘获GaAs纳米线表面悬挂键上的未配对电子,从而有效地钝化GaAs纳米线的表面悬挂键,提高纳米线的p型掺杂效率,并且这种钝化特性不会随着纳米线直径的变化而改变．     

氢对GaAs薄膜的钝化作用

报导了射频磁控溅射与沉积气氛掺氢相结合制备单层(13~20 nm厚)高质量GaAs多晶态纳米薄膜的方法,研究了氢钝化对薄膜微观结构及光学性质的影响.对GaAs薄膜进行了X射线衍射、原子力显微镜、吸收光谱、光致荧光谱的研究分析.结果表明,衬底温度500℃的掺氢薄膜和520℃的薄膜呈面心立方闪锌矿结构,薄膜的晶团尺寸较大,微观表面较为粗糙,其吸收光谱出现了吸收边蓝移和明显的激子峰,带隙光致荧光峰强明显增加,说明氢在衬底温度500℃~520℃下对薄膜有重要的钝化作用.     

Mutual passivation of donors and isovalent nitrogen in GaAs

We study the mutual passivation of shallow donor and isovalent N in GaAs. We find that all the donor impurities, SiGa, GeGa, SAs, and SeAs, bind to N in GaAs:N, which has a large N-induced band-gap reduction relative to GaAs. For a group-IV impurity such as Si, the formation of the nearest-neighbor SiGa-NAs defect complex creates a deep donor level below the conduction band minimum (CBM). The coupling between this defect level with the CBM pushes the CBM upwards, thus restoring the GaAs band gap; the lowering of the defect level relative to the isolated SiGa shallow donor level is responsible for the increased electrical resistivity. Therefore, Si and N mutually passivate each other's electrical and optical activities in GaAs. For a group-VI shallow donor such as S, the binding between SAs and NAsdoes not form a direct bond; therefore, no mutual passivation exists in the GaAs:(S+N) system.