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Theoretical and experimental study on epitaxial growth of antiphase boundary free GaAs on hydrogenated on-axis Si(001) surfaces

外延 材料科学 凝聚态物理 边界(拓扑) 光电子学 结晶学 化学 纳米技术 物理 数学 图层(电子) 数学分析
作者
Weirong Chen,Jun Wang,Lijuan Zhu,Guofeng Wu,Yuanqing Yang,Chunyang Xiao,Jiachen Li,Haijing Wang,Yanxing Jia,Yongqing Huang,Xiaomin Ren
出处
期刊:Journal of Physics D [IOP Publishing]
卷期号:54 (44): 445102-445102 被引量:9
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ac19e1
摘要

The formation of double-layer atomic steps on Si(001) surfaces is an efficient way to eliminate the antiphase boundaries (APBs) on GaAs/Si(001) interfaces. The surface energy of on-axis Si(001) surfaces with different atomic step structures was calculated and analyzed from the first principles. An optimal hydrogen-annealing process condition, the hydrogen pressure of 800 mbar and the annealing temperature of 800 °C for 10 min, was obtained experimentally. Under this annealing condition, a 420 nm APB-free GaAs epitaxial layer grown on on-axis Si(001) substrates was achieved by metal-organic chemical vapor deposition. The effect of the annealing temperature on the APB density of the GaAs/Si(001) samples was explained from the aspects of thermodynamics and kinetics. It is of great significance to optimize the growth conditions of APB-free III–V epitaxial materials on on-axis Si(001) surfaces for the large-scale silicon monolithic integration of optoelectronic devices.
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