GaP Heteroepitaxy on Si(100): Benchmarking Surface Signals when Growing GaP on Si in CVD Ambients

ادغام نیمه‌هادی‌های III-V روی لایه‌های سیلیکونی در طول دهه‌ها برای کاربرد بالا در میکروالکترونیک، فتوولتائیک و فراتر از آن مورد نظر بوده است. عملکرد دستگاه‌های الکترونیک نوری هنوز به‌دلیل مکانیسم‌های نقص حیاتی که توسط رابط هتروواسط مهم قطبی-رو-غیر قطبی هدایت می‌شوند، به شدت مختل می‌شود. این پایان‌نامه رشد تقریباً شبکه‌ای لایه‌های نازک فسفید گالیم را به عنوان یک سیستم مدل مناسب برای تحقیقات رابط III-V/Si (100) گزارش می‌کند. تأثیر اختلال ضد فاز بر روی سطح رشد هترواپیتاکسیال، دسترسی نوری کمی را در محل به یکی از بدنام ترین مکانیسم های نقص، حتی در محیط فاز بخار که برای فناوری نیمه هادی مرکب رایج است، فراهم می کند. کنترل دقیق ساختار سطح زیرلایه های Si(100) قبل از هسته زایی III-V از تشکیل دامنه های آنتی فاز جلوگیری می کند. محیط فرآیند مبتنی بر هیدروژن، آماده‌سازی ساختارهای پله‌ای دولایه غیرعادی را در Si(100) ممکن می‌سازد، که برای ادغام بعدی III-V بسیار مفید است.

Epitaxial integration of III-V semiconductors on silicon substrates has been desired over decades for high application potential in microelectronics, photovoltaics, and beyond. The performance of optoelectronic devices is still severely impaired by critical defect mechanisms driven by the crucial polar-on-nonpolar heterointerface. This thesis reports almost lattice-matched growth of thin gallium phosphide films as a viable model system for III-V/Si(100) interface investigations. The impact of antiphase disorder on the heteroepitaxial growth surface provides quantitative optical in situ access to one of the most notorious defect mechanisms, even in the vapor phase ambient common for compound semiconductor technology. Precise control over the surface structure of the Si(100) substrates prior to III-V nucleation prevents the formation of antiphase domains. The hydrogen-based process ambient enables the preparation of anomalous double-layer step structures on Si(100), highly beneficial for subsequent III-V integration.