通过MBE技术在GaAs衬底上沉积的GaSb缓冲层与InAs/AlSb超晶格之间的应力减小

晶格失配调控与缓冲层质量对InAs/AlSb超晶格结构的影响研究。通过分子束外延制备三种GaSb缓冲层及单层缓冲测试件，在单一生长过程中沉积InAs6ML/AlSb5ML超晶格，利用高分辨X射线衍射分析其倒易点阵图，发现缓冲层质量直接影响超晶格结晶质量，界面工程可有效降低晶格失配。

达维德·雅罗斯（Dawid Jarosz）、安娜·尤什（Anna Juś）、玛尔塔·帕斯特纳克（Marta Pasternak）、皮奥特·克热米恩斯基（Piotr Krzemiński）、亨里克·泰塞耶雷（Henryk Teisseyre）、马辛·斯塔乔维茨（Marcin Stachowicz）、埃娃·普热兹杰茨卡（Ewa Przeździecka）、帕维尔·斯利兹（Paweł Śliż）、雷娜塔·沃伊纳罗夫斯卡-诺瓦克（Renata Wojnarowska-Nowak）、埃娃·博布科（Ewa Bobko）、马尔戈扎塔·特日纳-索瓦（Małgorzata Trzyna-Sowa）、金加·马什（Kinga Maś）、卡罗利娜·普塔塞克（Karolina Ptaszek）、奥斯卡·诺瓦克（Oskar Nowak）、达莉亚·古迪卡（Daria Gudyka）、米哈乌·马尔切夫卡（Michał Marchewka）

雷谢佐夫大学（University of Rzeszow），材料科学与工程研究所，微电子与纳米技术中心，Al. Rejtana 16c，PL-35-959 雷谢佐夫，波兰

摘要

本研究有两个主要目标。首先是通过适当的界面工程来减少InAs/AlSb超晶格区域与GaAs基底上的GaSb缓冲层之间的晶格失配。其次，探讨GaSb缓冲层质量对沉积在其上的超晶格质量的影响。为此，我们使用了两种不同的界面：一种类似于AlAs，另一种类似于InSb，并比较了在同一外延过程中沉积在三种不同GaSb缓冲层上的相同超晶格的倒易晶格图。结果表明，GaSb缓冲层质量的变化会影响到超晶格的结构质量，从而可能影响其光学性能。

引言

在基于II型InAs/GaSb超晶格的光电探测器技术中，这些超晶格在红外（IR）范围内起关键作用[1][2][3]。InAs/AlSb T2SL（II型超晶格）可以用作MIR范围内的探测器材料，作为活性区域，也可以用作调谐的带间级联红外探测器的底部n型接触层。为了研究GaSb缓冲层质量对InAs 6ML/AlSb 5ML（ML：单层）超晶格区域质量的影响，我们首先在GaAs基底上沉积了几种不同的GaSb缓冲层，并选择了最佳的一种[4][5]。接下来，我们平衡了超晶格中的应力，使其平均晶格参数与GaSb缓冲层相匹配。最后一步是在几种不同质量的GaSb缓冲层上通过单次生长过程沉积InAs/AlSb超晶格区域，并比较了它们的倒易晶格图。尽管我们在之前的工作中详细描述了最佳沉积工艺，但本文重点介绍和分析的是超晶格区域与GaSb缓冲层匹配的结果。此外，在同一生长过程中，我们在三种不同厚度的GaSb（M1、M2、M3）缓冲层以及一个同质外延缓冲层H1上沉积了InAs 6ML/AlSb 5ML超晶格。这种方法使我们能够精确研究各种缓冲层对最终超晶格结构结晶质量的影响。本文对所采用的界面工程和实验结果进行了全面分析，这是朝着开发高性能且成本效益高的基于II型超晶格的红外探测器迈出的重要一步。

实验与方法

为了完成这项工作，我们使用分子束外延（MBE）技术沉积了两组样品。第一组样品着重于将InAs 6ML/AlSb 5ML超晶格与GaSb缓冲层对齐。这些超晶格是在根据波兰专利申请号P.443805制备的2μm厚GaSb缓冲层上沉积的，该方法被称为M3方法[5]。第二组样品包括两个阶段：第一阶段沉积了三层不同厚度的GaSb缓冲层

结果与讨论

使用Malvern Panalytical Empyrean 3衍射仪进行了高分辨率X射线衍射（HR-XRD）测量，采用了特征Cu K_a1辐射（λ = 1.540598 Å）。图3中的2Θ-ω扫描围绕GaSb (004)反射进行，以使GaAs基底峰可见。左列显示了第一组T2SL样品（重复100次），右列显示了第二组样品（重复60次）

结论

通过在一次生长过程中将InAs/AlSb超晶格沉积在四种不同的GaSb缓冲层上，我们可以直接比较倒易晶格图中超晶格区域的信号强度与GaSb缓冲层质量之间的关系。这使我们能够证明GaSb缓冲层质量对沉积的T2SL结构质量的直接影响。通过对II型InAs/AlSb超晶格界面的适当设计

CRediT作者贡献声明

达维德·雅罗斯（Dawid Jarosz）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、监督、形式分析、数据管理、概念构思。安娜·尤什（Anna Juś）：数据管理。玛尔塔·帕斯特纳克（Marta Pasternak）：数据管理。皮奥特·克热米恩斯基（Piotr Krzemiński）：数据管理。亨里克·泰塞耶雷（Henryk Teisseyre）：形式分析。马辛·斯塔乔维茨（Marcin Stachowicz）：形式分析。埃娃·普热兹杰茨卡（Ewa Przeździecka）：形式分析。帕维尔·斯利兹（Paweł Śliż）：软件开发、形式分析。雷娜塔·沃伊纳罗夫斯卡-诺瓦克（Renata Wojnarowska-Nowak）：数据管理。埃娃·博布科（Ewa Bobko）：数据管理。马尔戈扎塔·特日纳-索瓦（Małgorzata Trzyna-Sowa）：形式分析。金加·马什（Kinga Maś）：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。