GaAs 기판위에 성장된 단결정 AlAs층의 선택적 산화 및 XPS (X-ray photonelectron spectroscopy) 분석

Selective Oxidation of Single Crystalline AlAs layer on GaAs substrate and XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) Analysis

$n^{+}$형 GaAs 기판위에 MBE로 $1\;{\mu}m$ 두께의 GaAs층과 AlAs층 및 GaAs cap 단결정층을 차례로 성장시켰다. AlAs/GaAs epi층을 $400^{\circ}C$에서 각각 2시간 및 3시간동안 $N_{2}$로 bubbled된 $H_{2}O$ 수증기(水蒸氣)($95^{\circ}C$)에서 산화시켰다. 산화시간에 따른 산화막의 XPS 분석결과, 작은 양의 $As_{2}O_{3}$ 및 AlAS 그리고 원소형 As들이 2시간동안 산화된 시편에서 발견되었다. 그러나 3시간동안 산화시킨 후에는, 2시간동안 산화시켰을 때 산화막내에 존재하던 소량의 As 산화물과 As 원자들은 발견되지 않았다. 따라서 As-grown된 AlAs/GaAs epi층은 3시간동안 $400^{\circ}C$의 산화온도에서 선택적으로 $Al_{2}O_{3}/GaAs$으로 변화되었다. 그러므로 산화온도 및 산화시간은 AlAs/GaAs 계면에서 결함이 없는 표면을 형성하고 기판쪽으로 산화가 진행되는 것을 멈추기 위해서는 매우 결정적으로 작용하는 것으로 조사되었다.

A $1\;{\mu}m$ thick n-type GaAs layer with Si doping density of $1{\times}10^{17}/cm^{3}$ and a $500{\AA}$ thick undoped single crystalline AlAs layer were subsequently grown by molecular beam epitaxy on the $n^{+}$ GaAs substrate. The AlAs/GaAs layer was oxidized in $N_{2}$ bubbled $H_{2}O$ vapor($95^{\circ}C$) ambient at $400^{\circ}C$ for 2 and 3 hours. From the result of XPS analysis, small amounts of $As_{2}O_{3}$, AlAs, and elemental As were found in the samples oxidized up to 2 hours. After 3 hours oxidation, however, various oxides related to As were dissolved and As atoms were diffused out toward the oxide surface. The as-grown AlAs/GaAs layer was selectively converted to $Al_{2}O_{3}/GaAs$ at the oxidation temperature $400^{\circ}C$ for 3 hours. The oxidation temperature and time is very critical to stop the oxidation at the AlAs/GaAs interface and to form a defect-free surface layer.