III/V族化合物半导体的表面形貌相变与表面重构

GaAs & InGaAs films are prepared on GaAs(001) by molecular beam epitaxy, and GaAs InGaAs surface reconstructions during surface morphology transition are scanned and analyzed by scanning tunneling microscopy, we should study the correlation between surface morphology transition and surface reconstruction on III/V compound semiconductor surface in this project. On the basis of this study we can establish the related theoretical model to interpret the inherit relationship between the surface morphology transition and surface reconstruction, and tune the surface reconstruction and surface morphology transition to control the micro structure and macro properties. This project would lay a solid foundation for the study on the high frequency, high speed, and high mobility electronic devices. A new reconstruction model, ACM, which should be put forward to amend and supplement the electron counting model, and using this model to explain the situation such as there are metal-metal or metal-nonmetal dimers in a reconstruction unit on III/V compound semiconductor surface, the new model can provide theoretical and experimental evidence to enrich and perfect the theory of surface reconstruction.

表面重构和表面形貌对于III/V族化合物半导体的光学、电学性能都存在密切联系，研究它们之间的相互关系对于更好地应用III/V族化合物半导体有着重要的科学意义和现实价值。项目采用分子束外延技术在GaAs(001)单晶衬底材料上外延生长GaAs和InGaAs薄膜，通过扫描隧道显微镜对其表面形貌相变和表面重构进行实空间表征，深入研究GaAs和InGaAs表面形貌的粗糙化和预粗糙化相变过程，重点研究在表面形貌发生相变过程中的表面重构演变。通过对于GaAs和InGaAs表面形貌相变和表面重构的研究，获得III/V族化合物半导体表面形貌演变和表面重构的内在关系和对应变化；利用STM对富金属的GaAs和InGaAs不同形式表面重构的深入研究和对比，进一步修正和补充数电子模型或建立新的表面重构模型，完成对于表面重构原胞中出现金属Dimers的III/V族化合物半导体表面重构进行模型搭建和理论解释。

随着半导体材料生长技术的逐渐进步，以GaAs和InGaAs为代表的Ⅲ/Ⅴ族化合物半导体单晶材料，因其具有优异的光学和电学性能已经成为重要的光电子和电子器件的基础材料之一。表面重构和表面形貌对于III/V族化合物半导体的光学、电学性能都存在密切联系，研究它们之间的相互关系对于更好地应用III/V族化合物半导体有着重要的科学意义和现实价值。. 本项目采用MBE在GaAs(001)单晶衬底材料上外延生长GaAs和InGaAs薄膜，通过STM对其表面形貌相变和表面重构进行实空间表征，深入研究了III/V族化合物半导体的表面形貌的粗糙化和预粗糙化相变过程，重点研究在表面形貌发生相变过程中的表面重构变化。通过对于GaAs和InGaAs表面形貌相变和表面重构的研究，结果表明表面重构是表面形貌发生相变过程的微观内在原因，而表面形貌相变是表面重构发生变化的宏观外在体现。利用STM对富金属的GaAs和InGaAs不同形式表面重构的深入研究和对比，进一步修正和补充数电子模型并建立新的表面重构模型，提出数原子模型ACM对数电子模型ECM进行了有效的修正和补充，更深层次的诠释和预测了III/V化合物表面重构的内在机制和重构可能，特别对于化合物表面存在金属Dimers和金属-非金属Dimers的时候，理论预测与实验结果一致性很强，并利用该模型合理的解释了ECM模型无法解释的几种III/V化合物材料的表面重构，指出在表面重构中存在金属Dimers和金属-非金属Dimers的情况下，ACM模型将具有更普遍的适用性。. 对于III/V化合物半导体的表面形貌相变与表面重构的深入研究为物理学的相变理论提供实验依据和实验验证；阐明III/V化合物半导体的表面形貌演变与表面重构的内在联系，建立相关的理论模型诠释表面重构，并通过对于表面形貌与表面重构的调节，为实现微结构与宏观性能的关联控制以及为高频、高速、高迁移率电子器件的开发应用奠定理论和实验基础。