Effects of Substrate Cleaning on the Properties of GaAs Epilayers Grown on Si(100) Substrate by Molecular Beam Epitaxy

The GaAs epitaxial layers were grown on Si(100) substrates by molecular beam epitaxy (MBE) using the two-step method. The Si(100) substrates were cleaned with three different surface cleaning methods of vacuum heating, As-beam exposure, and Ga-beam deposition at the substrate temperature of $800^{\circ}C$ in the MBE growth chamber. Growth temperature and thickness of the GaAs epitaxial layer were $800^{\circ}C$ and $1{\mu}m$, respectively. The surface structure and properties were investigated by reflection high-energy electron diffraction (RHEED), AFM (Atomic force microscope), DXRD (Double crystal x-ray diffraction), PL (Photoluminescence), and PR (Photoreflectance). From RHEED, the surface structure of GaAs epitaxial layer grown on Si(100) substrate with Ga-beam deposition is ($2{\times}4$). The GaAs epitaxial layer grown on Si(100) substrate with Ga-beam deposition has a high quality.

분자선에피택시에 의해 Si (100) 기판 위에 성장한 GaAs 에피층의 특성에 대한 기판 세척효과

분자선 에피택시 장비를 이용하여 두 단계 방법(two-step method)으로 Si (100) 기판 위에 GaAs 에피층을 성장하였다. Si 기판은 초고진공을 유지하고 있는 MBE 성장 챔버 속에서 세척 방법을 달리하여 Si 기판표면에 존재하는 불순물(산소, 탄소 등)을 제거하였다. 첫 번째는 Si 기판을 몰리브덴 히터를 사용하여 $800^{\circ}C$로 직접 가열하였다. 두 번째는 Si 기판 표면에 As 빔을 조사시켜 주면서 $800^{\circ}C$로 Si 기판을 가열하였다. 세 번째는 Si 기판 표면에 Ga을 증착한 후 Si 기판을 $800^{\circ}C$로 가열하였다. 이와 같은 세 가지 다른 조건으로 세척한 Si(100) 기판 위에 성장한 GaAs 에피층의 특성은 reflection high-energy electron diffraction (RHEED), atomic force microscope (AFM), double crystal x-ray diffraction (DXRD), photoluminescence (PL), photoreflectance(PR) 등으로 조사하였다. Ga 빔을 증착하여 세척한 Si 기판 위에 성장된 GaAs 에피층의 RHEED 패턴은 ($2{\times}4$) 구조를 가지고 있었다. Ga 빔을 증착하여 세척한 Si 기판 위에 성장된 GaAs 에피층이 가장 좋은 결정성을 가지고 있었다.