本发明专利技术提供一种GaAs分子束外延生长过程中As原子最高结合率的测量方法，其特征在于利用Ga原子束流的变化使GaAs生长过程中交替出现富Ga和富As的表面，并记录表面再构变化的时间，最终通过求解表面富余原子总量的表达式，得到As原子在生长过程中的最高结合率。所述测量方法特征在于通过开关但不限于第二个Ga源快门富Ga或富As表面交替出现，且用RHEED方法进行测量，且最终结果不涉及到实际的原子总量，所以与束流规最终直接测到的Ga和As的束流值相关。本发明专利技术对于利用MBE制备材料，特别是迁移率增强外延生长(MEE)模式有重要的意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种GaAs分子束外延生长过程中As原子最高结合率的测量方法，更确切地说本专利技术涉及一种分子束外延(MBE)技术中测量计算GaAs生长过程中As原子最高结合率的方法，属于半导体材料和器件工艺
技术介绍
从20世纪70年代问世至今，分子束外延(MBE)技术已经发展成一种重要的晶体材料生长技术手段[1-3]。最先利用MBE外延生长的材料即为最重要的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料GaAs。而砷化物材料可以成功制备取决于一个关键原因，即过剩的V族元素As会从样品的表面脱附掉最终得到符合化学计量比的生长。因此，在多数情况下As原子只有部分可以结合到晶格当中去并且生长过程中样品表面保持富As状态。As原子的结合率可以定义为结合到晶格中的As原子量与总入射As束流中As原子量的比值。首先，因为As的解吸附是一种热激活的过程，因此As的结合率会与温度相关。另外，特定温度下Ga原子的量也决定了As结合率的大小，因为它可以决定有多少As原子可以结合到外延晶格中，其余富余的As原子会从表面脱附。所以，在分子束外延生长中As的结合率受材料外延生长温度和Ga原子束流决定。当材料生长温度确定后，As的结合率会就只受Ga原子束流决定，会存在极限最大值。由于在通常的材料生长过程中As原子往往处于过量富余的状态，此时也没有特别必要精确测量As的结合率。然而在特定的情况下对于As的最高结合率的精确测量显得尤为重要，比如分子束外延方法中的一种特殊生长模式：迁移率增强外延生长(MEE).在异质结材料外延过程中通常会有界面原子互扩散的问题存在从而导致外延层的掺杂最终影响器件的性能。为了抑制界面原子互扩散的问题，通常在生长初期采用较低的生长温度，然而这又导致原子在生长表面的迁移率降低影响晶格质量。最终采用Ⅲ/Ⅴ族原子周期间隔生长的MEE外延生长模式解决了以上问题[4]。而GaAs材料MEE外延生长技术的关键之一即调整As束流的量使得As的结合率处在最大值的临界点。另外，如果能够测得As的最大结合率，就可以在设置生长参数时避免使用过高的As束流，不但可以避免源材料的浪费，也可以获得最优的外延材料质量。GaAs是一种晶体材料，在具体材料内部原子处于晶格格点上，在晶体表面原子位置会偏离晶格格点位置，同时产生一些新的化合键，从而使整个体系的能量降到最低。上述过程被称为表面再构过程。对于GaAs材料，其表面原子会在特定晶向发生移动和成键的表面再构现象，这种表面再构会在高能电子衍射(RHEED)条纹中得到体现。RHEED技术是分子束外延中非常关键的表面特性表征技术，有着不可替代的作用。对于富As或富Ga的GaAs表面其再构会有所不同，在RHEED衍射条纹分别表现为(2×4)表面再构和(4×2)表面再构。通过对GaAs材料的外延生长过程分析，我们得到可以通过周期性调节生长过程中Ga束流的值使得As的结合率在最大值附近周期性波动。本专利技术拟利用此周期性的生长参数变化外加高能电子束衍射(RHEED)对生长表面再构变化的记录测量计算As原子的最大结合率。该专利技术对于增加MEE外延生长过程的控制等有重要作用。以上涉及的参考文献是：1.A.Y.Cho,GrowthofPeriodicStructuresbytheMolecular-BeamMethod，Appl.Phys.Lett.,19(11),467-468(1971).2.M.B.Panish,MolecularBeamEpitaxy,Science,208,916-922(1980).3.E.H.C.Parker,TheTechnologyandPhysicsofMolecularBeamEpitaxy,PlenumPress(NewYork),1985.4.Y.Horikoshi,M.KawashimaandH.Yamaguchi,Migration-EnhancedEpitaxyofGaAsandAlGaAs,JapanseJournalofAppliedPhysics,27(2),169-179(1988).
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种GaAs分子束外延生长过程中As原子最高结合率的测量方法。所述的方法利用Ga原子束流的变化使GaAs生长过程中交替出现富Ga和富As的表面，并记录表面再构变化的时间，最终通过求解表面富余原子总量的表达式，得到As原子在生长过程中的最高结合率。具体包括三个步骤：1)在GaAs生长过程中打开第二个Ga源，并预先调节使此时的As原子结合率处于最高值状态，通过高能电子束衍射(RHEED)观测并记录生长表面由富As状态的(2×4)表面再构转变为富Ga状态的(4×2)表面再构的时间间隔；2)当表面出现富Ga状态的(4×2)表面再构，立即关闭第二个Ga源，并观测纪录生长表面由(4×2)转变为(2×4)表面再构的时间间隔；3)利用预先用束流计(BFM)测得两个Ga源和As源的束流等效气压，根据上述两个过程中表面富余As原子耗尽和表面富余Ga原子累积的等式，最终求解得到As的最高结合率。测量过程中通过第二个Ga源的开关实现了GaAs生长过程中交替出现富Ga或/和富As表面。其关键在于，第一个Ga源的束流值要使得As的结合率低于最大值，而两个Ga源的束流值之和要使得As的结合率达到并超过最高结合率的临界点。在结果计算过程中，无法测量的值例如表面富余的Ga或As原子总量会被消除。并且，最终得到As的最高结合率值已经包含束流规对于不同原子响应差异在内。本专利技术所述的测量方法，其特征在于：(1)通过开关但不限于第二个Ga源的快门实现了测量时GaAs生长过程交替出现富Ga和富As表面。(2)富Ga和富As表面的状态是通过高能电子衍射(RHEED)方法进行测量。(3)富Ga和富As表面的交替出现是通过但不限于开关第二个Ga源的快门实现。(4)第一个Ga源的束流值要控制在使As原子结合率小于最高结合率。而当两个Ga源同时打开时，总的Ga束流值要使得As原子的结合率达到最大，同时生长表面转为富Ga状态。(5)在求解等式过程中代表GaAs表面富余Ga原子和As原子总量的参数会被消除，剩余所需参数均为可测量值。(6)计算所得的As原子最高结合率已经包含测量束流值的束流规对于不同原子响应差异在内。本专利技术提供的一种As原子最高结合率的测量方法，其优点在于：1)原位测量，准确可靠；2)操作简单，无本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种GaAs分子束外延生长过程中As原子的最高结合率的测量方法，其特征在于利用Ga原子束流的变化使GaAs生长过程中交替出现富Ga和富As的表面，并记录表面再构变化的时间，最终通过求解表面富余原子总量的表达式，得到As原子在生长过程中的最高结合率。
【技术特征摘要】
1.一种GaAs分子束外延生长过程中As原子的最高结合率的测量方法，
其特征在于利用Ga原子束流的变化使GaAs生长过程中交替出现富Ga和富
As的表面，并记录表面再构变化的时间，最终通过求解表面富余原子总量的
表达式，得到As原子在生长过程中的最高结合率。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于具体步骤是：
(a)在GaAs生长过程中打开第2个Ga源，并预先调节使此时的As原子
结合率达到最高点，然后记录表面高能电子束衍射RHEED由富As(2×4)转
变为富Ga(4×2)的时间间隔；
(b)当表面出现富Ga状态的(4×2)表面再构，立即关闭第2个Ga源，并
纪录表面由(4×2)转变为(2×4)表面再构的时间间隔；
(c)利用预先测得的两个Ga源和As源束流，根据测量得到的时间，列出
上述两个过程中表面富余原子总量的等式，最后求解得到该实验条件下As原
子的最高结合率。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于通过开关但不限于第二个Ga
源的快门实现了GaAs生长过程中交替出现富Ga或/和富As表面。
4.按权利要求2所述的方法，其特征在于当只有第一个Ga源打开时，
As的结合率低于最大值而未达到最大值；当两个Ga源同时打开时，As的结
合率达到最大同...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚谦，王朋，曹春芳，丁彤彤，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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