应变srtio3／gaas异质结的整流特性研究.pdfVIP

第 13卷第 1期 淮阴师范学院学报 (自然科学版) V01．13 No．1 2014年3月 JOURNALOFHUAIYINTEACHERSCOLLEGE(NATURALSCIENCEEDITION) Mar．2014 应变 SrTiO3／GaAs异质结的整流特性研究 杨万里，陈晓伟，高玉婷，李 杨，王 严，翟章印 (1．淮阴师范学院 物理与电子电气工程学院，江苏 淮安 223300) 摘 要：采用脉冲激光沉积法在P型GaAs基片上制备 了缺氧的钛SrTiO，薄膜．x射线衍射测 量证明SrTiO 薄膜外延生长．，． 曲线测量显示很好的整流性，说明该SrTiO，薄膜与GaAs形 成p-n结．该结的电输运机制为应变导致的隧穿电流，且其电输运性质不受光照影响． 关键词：SrTiO3；GaAs；p-n结；整流性 中图分类号：0484．4 文献标识码 ：A 文章编号：1671-6876(2014)01．()044_I)4 O 引言 近年来，钙钛矿结构氧化物引起广泛关注．介电、铁电、铁磁、高温超导等多种功能氧化物材料都具 有钙钛矿或类钙钛矿结构 引．这种结构可以用ABO来表示，A位为稀土元素，阳离子呈 12配位结构， 位于八面体空隙位置．B位为过渡元素，阳离子与六个氧离子构成八面体配位．钛酸锶 (SrTiO，STO)是 钙钛矿结构氧化物中的一个典型代表，它的晶格参数为0．3905rim，与大多数功能氧化物匹配 良好，所 以经常被用作各种功能氧化物材料的衬底 j．STO本身也有很高的研究价值．最近，人们在其异质结中 发现一系列奇异性质，如室温铁 电性、压电效应、超导性、二维电子气等 剖． 目前，半导体集成技术 日趋成熟．随薄膜制备技术的提高，功能氧化物材料与半导体的集成成为可 能．在不同取向的硅基片上外延生长STO已经实现 J．砷化镓 (GaAs)是第二代半导体中的代表，具有 直接带隙，闪锌矿结构，晶格常数为0．565nm．其电子迁移率比硅大5～6倍，在微波器件和高速数字电 路方面有重要应用．它还可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料，用于光电导开 关、集成电路衬底、红外探测器、光子探测器等．因此，在砷化镓基片上外延生长钙钛矿结构氧化物具 有很高的研究和应用价值． 无掺杂的STO是一种绝缘体材料，带隙为 3．2eV．阳离子掺杂或缺氧情况下能变为 N型半导 体 ¨．在P型GaAs基片上生长缺氧的STO可能实现p-n异质结 ¨．而且，STO／GaAs异质结也可作为 其他功能氧化物材料的赝衬底 ¨。’J． 本文中采用脉冲激光沉积(PLD)在 P型GaAs基片上外延生长了缺氧的STO薄膜 ，形成 STO／GaAs p-n异质结，研究了其室温和低温下的整流特性和光照对其整流特性的影响． 1 实验过程 采用脉冲激光沉积方法在zn掺杂的GaAs单晶基片上外延生长STO薄膜．靶材为STO单晶，使用 波长为248llm的KrF准分子激光器，功率为400毫焦／脉冲，频率2Hz，靶材与基片距离5cm，腔体背底 真空1．0×10一mBar．生长温度580~C．在背底真空下镀膜以实现STO薄膜的缺氧，从而形成半导体导 收稿 日期：2014-02-02 基金项 目：国家自然科学基金项 目；江苏省高校自然科学基金项 目(11KJBI40001)；江苏省大学生实践创新训练计划项 目(2012JSSPITP2492) 通讯作者：翟章印(1979一)，男，河南安阳人，副教授，博士，主要研究方向为功能氧化物薄膜．E-mail：zhangyinz@sina．corn 第 1期 杨万里等 ：应变SrTiO ／GaAs异质结的整流特性研究 45 电性．镀膜后 自然冷却至室温．薄膜厚度采用DektaxST台阶仪测量，膜厚约为200nm．结构测试使用西 门子D5000高分辨x射线衍射仪．电输运测量采用物理性能测试系统． 2 结果与讨论 图1为STO／GaAs异质结的x射线衍射(XRD)图．图中，我们只能观测到STO的(001)和(002)峰， 以及GaAs的(002)和(004)峰．其他晶面的衍射峰都没有出现．证明STO薄膜是单取向生长的．STO与 GaAs的面内匹配不可能是STO[100]／