HCL/异丙醇湿法处理制备洁净的InAs表面

对于基础研究和技术应用，至关重要的是，开发有效的程序来准备清洁的半导体表面，显示各种可能的重建，并了解这些程序的化学性质。对于砷化镓001使用砷脱壳或HCl/异丙醇（HCl-iPA）处理，有令人满意的特征良好的治疗方法。然而，InAs~001的表面化学性质仍然鲜为人知。在InAs~111上对各种湿处理的一些调查，包括HCl-iPA，已经进行了研究。4近年来，碘和氯与清洁表面的相互作用也被研究。

原位外延生长，7ar-离子溅射，然后退火，8或as脱壳已被用于InAs~001的基础研究表面。在目前的工作中，我们证明了简单的湿HCl-iPA处理，然后UHV退火，产生高质量的无氧化物InAs~001。我们利用同步辐射光电发射光谱和低能电子衍射（LEED），研究了这些处理的化学性质。

 

在室温下记录处理后表面的三维、四维岩心水平光谱(CLS)在退火到越来越高的温度后。光子能量选择在80和100电子伏，分别获得表面敏感模式下的In 4d和As 3d CLS。光子束与样品表面法线之间的角度为45°。光电子在正常发射的入射平面被探测到。使用放置在样品附近的金箔的费米能级信号校准光谱的能量位置。还用250电子伏的光子能量拍摄了Cl 2pCLS。在相同温度下退火后，在独立的UHV系统中进行LEED测量。

 

图1的左侧部分显示了退火前后的处理表面的As 3d CLS，以及相关的LEED图案。曲线a显示了CLS的自然氧化表面，在同一系统中测量。在处理过的表面上(曲线b)，强组分是因为天然氧化物不存在。CLS主要是一种反应组分，其动能低于清洁富铟表面的动能(曲线f)。热处理在大约330℃时，会产生特有的LEED富砷(2×4)/碳(2×8)表面的图形(曲线e)，而富砷(4×2)/碳(8×2)重构是在410℃下获得的。插图中显示的是光谱d和f，以及它们的差异。

图1在处理(a)之前、处理(b)之后及在选择的退火至日益高温之后的表面的3d和4d CLS

 

退火的主要作用是诱导这种作用的逐渐消失，这种作用在处理过的表面上占主导地位。这表明，与GaAs类似，经砷处理的表面被一层物理吸附的砷覆盖，在退火时被解吸，显示出富砷的结构。图1的右半部分显示的是四维CLS。以与As 3d相同的方式，存在氧化物相关信号在处理之前，已完全消失在被处理表面的CLS中，这显示出良好分辨的自旋轨道分裂。退火的效果不如砷明显，这表明盐酸-异丙醇处理的产物含有少量铟。然而，在高达200℃的退火条件下，观察到轻微的变化。

 

图1中还显示了分解CLS分为散装和表面组件。从图1(b)和1(c)可以看出，在100℃退火后，处理表面的As 3d CLS由块体组成贡献和相对动能为-0.70电子伏的第二贡献。在用Cl25处理过的砷化铟和用盐酸处理过的砷化镓上也观察到了这种成分。为了分析处理表面上的In 4d CLS，我们使用了相对动能为-1.33 eV和0.54 eV的两种表面成分，它们分别对应于二氯化铟和一氯化铟。对于没有氯化物的洁净表面，我们使用了动能为-0.40 eV(S1)的成分，与后一种成分没有太大区别，但与解理表面上的成分相似。我们还在0.30电子伏(S2)的相对动能下使用了相对较弱的贡献。在洁净的富铟表面上也发现了类似的贡献，并被认为是来自成排的金属铟。

 

利用这些结果，盐酸-异丙醇处理的效果可以总结如下:处理完全去除了表面氧化物，留下了主要含有元素砷和少量铟氯的物理吸附覆盖层。可以区分三个主要的退火阶段。首先，高达200℃的退火引起InClx物质和大部分As0覆盖层的解吸。在这个阶段，提供1×1的重建。退火至330°C后，表面呈现富砷(2×4)/c(2×8)重构，其晶胞可能具有与β2结构相同的结构。最后，退火至410°C产生干净的富铟(4×2)/碳(8×2)表面。上述温度与砷去盖后观察到的富含砷和铟的重建温度相似。

 

中子活化分析处理的化学性质与GaAs类似。对于后一种材料，已经提出发生氧化物溶解，这导致元素不溶砷层和嵌入覆盖层中的少量氯化镓层的形成。3根据处理后表面的表面和体成分的相对强度，2我们估计覆盖层的厚度为8-9的数量级，即3个单层(ML)的数量级。相比之下，对于GaAs，As0层的厚度较小(1–2ml)。

 

最后，使用扫描隧道显微镜和反射率各向异性光谱，所有退火阶段的表面质量都非常好。在各种CLS和价带光谱中没有氧的迹象。利用x射线光发射光谱和电子损失光谱，我们发现类似于GaAs，在处理过的表面上存在一些碳氢化合物，但是它们在第一退火阶段之后消失。我们也有发现在价带谱中，在费米能级位置，以及在将该能级与价带顶部分开的0.35 eV的能量范围内，没有检测到信号。这表明在表面上有一个平带条件。

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