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分子束外延高铟组分InGaAs薄膜研究
摘要：
本文采用分子束外延技术，研究了高铟组分InGaAs薄膜的生长过程和表面形貌特征，探讨了生长参数对结晶质量和组分分布的影响。结果表明，在适当的生长条件下，高铟组分InGaAs薄膜能够以优良的晶体质量生长，在表面形貌上呈现出平整光滑的特点，并且组分分布均匀。本文对高铟组分InGaAs材料在高性能光电器件领域的应用具有一定的参考价值。
关键词：分子束外延；高铟组分InGaAs；生长参数；结晶质量；表面形貌
Abstract:
Inthispaper,molecularbeamepitaxytechnologywasusedtostudythegrowthprocessandsurfacemorphologycharacteristicsofhigh-indiumcontentInGaAsthinfilms,andtheeffectsofgrowthparametersoncrystallinequalityandcompositiondistributionwereexplored.Theresultsshowedthatunderappropriategrowthconditions,high-indiumcontentInGaAsthinfilmscanbegrownwithexcellentcrystalquality,smoothandflatsurfacemorphologycharacteristics,anduniformcompositiondistribution.Thispaperhascertainreferencevaluefortheapplicationofhigh-indiumcontentInGaAsinhigh-performanceoptoelectronicdevices.
Keywords:molecularbeamepitaxy;high-indiumcontentInGaAs;growthparameters;crystallinequality;surfacemorphology
引言：
InGaAs作为一种电学、光学性能优异的材料，广泛应用于高性能光电器件领域。随着电子技术的不断发展和电子器件性能的不断提高，对InGaAs材料的研究和应用需求越来越迫切。在InGaAs合金中，GaAs和InAs的失配度较大，促使InGaAs存在着很强的应变（strain）效应，对物理性质和光电性能的影响较大。另一方面，高铟（high-indium）组分InGaAs材料是实现红外探测和通讯的重要材料之一。为了获得高质量的InGaAs材料，分子束外延技术被广泛地应用于材料的制备。
实验：
实验使用的衬底材料为N型GaAs（100）晶片，晶胞常数为5.65Å，掺杂浓度为1×1018cm-3。生长采用VeecoGenII分子束外延系统。生长温度在480-510℃之间变化，较佳的生长温度为500℃。生长速率为1.5Å/s。生长混合气体为As4、In和Ga。在生长过程中，引入不同的流量比（V/III），以探究其对生长过程的影响。
结果与讨论：
1.对比生长
不同生长速度下的InGaAs薄膜中铟含量的变化情况，可以发现，在生长速率为1.5Å/s和2Å/s时，铟含量的变化趋势一致，而在3Å/s时，铟含量出现下降。结果表明，在生长速率过快的情况下，可能会引起金属粘附和固相混合反应，导致形成由Ga组成的InGaAs材料。
2.流量比影响
在控制生长速率为1.5Å/s的情况下，生长混合气体采用不同V/III流量比进行实验。随着V/III比的增加，铟含量逐渐增加，在V/III=1.2和1.3时，铟含量达到最大值；随后随着V/III比例的继续增加，铟含量下降。这是由于在生长条件良好的情况下，V/III比例的增加将加速In-Ga混合物的扩散，加剧材料内源扩散的不均匀性，导致材料组分变化。
3.表面形貌
采用原子力显微镜（AFM）对生长的InGaAs薄膜进行表面形貌的观察。结果表明，在生长时间较短的情况下，InGaAs薄膜的表面形貌呈现出比较粗糙的特征；随着生长时间的增加，表面形貌变得越来越平整光滑，在生长时间达到4分钟时，表面粗糙度达到了0.79nm。
4.晶体质量
采用X射线衍射仪（XRD）测试生长的InGaAs薄膜的结晶性，结果表明，在生长参数为Tsub=500℃、V/III=1.3时，InGaAs薄膜的FWHM值为0.203°，说明生长的InGaAs薄膜具有较高的晶体质量。同时，原子力显微镜（AFM）观察到的表面形貌结果也表明生长的InGaAs薄膜表面平整光滑。
结论：
本文通过分子束外延技术，研究了高铟组分InGaAs薄膜的生长过程和表面形貌特征，探讨了生长参数对结晶质量和组