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由于GaAs(111)B材料具有强压电效应、高发光效率等材料特性,可以制备高性能器件,因此近年来吸引了器件应用和基础研究等方面工作者广泛的注意力。但分子束外延(MBE)生长GaAs(111)B外延层是非常困难的,这是由于同质外延层的生长对工艺条件极其敏感,外延层表面上极易出现金字塔结构使形貌发生恶化。 在分子束外延生长过程中,结合在表面上的原子通过形成二聚物或三聚物来降低表面自由能,随着生长条件的变化,二聚物或三聚物在表面上形成不同类型的表面再构,而且在不同的表面再构相内进行生长得到外延薄膜的电学特性和晶体质量都有明显的差别。因此本论文系统地研究了生长参数对外延表面的生长过程以及对外延薄膜质量的影响,确定了减少金字塔形缺陷的优化工艺,利用反射式高能电子衍射(RHEED)系统原位实时监控MBE生长,在正晶向GaAs(111)B衬底上获得了无金字塔结构的镜像外延薄膜。 由于GaAs(001)的MBE工艺比较成熟,本论文首先系统地进行了GaAs(001)外延,分析了生长条件对外延质量特性的影响,研究发现(2×4)再构相内(温度范围为450～580"C)获得外延薄膜的表面形貌最好,而在(2×4)再构不同的三个态内得到外延薄膜的表面粗糙度近似相等,而且生长温度为515℃时得到晶体质量最好的外延薄膜;随表面As覆盖度的增加,所得外延薄膜的空穴迁移率越来越低,并且在c(4×4)相内生长的外延为n型半导体材料。 衬底腐蚀的质量直接影响外延生长的表面形貌,以及光刻等GaAs集成电路制造工艺的质量,另外GaAs材料的(111)B面对腐蚀条件的要求比(001)面的严格,本论文对GaAs(111)B面化学腐蚀进行了研究,确定了适合腐蚀的窗口,得到镜像GaAs(111)B腐蚀表面。 利用RHEED系统的监控在正晶向GaAs(111)B衬底上进行了外延生长,发现在静态和动态生长中,GaAs(111)B-(√19×√19)再构的衍射强度最大,因此在(√19×√19)相内进行生长可提高外延表面质量,减少表面金字塔结构的尺寸与密度:由于Ga和As束流密度较低时Ga原子在表面上的扩散相对较强,因此低生长速率和低As束流密度有利于得到镜像外延