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Development of “GaSb-on-silicon” metamorphic substrates for optoelectronic device growth

材料科学 外延 光电子学 薄脆饼 基质(水族馆) 锑化镓 成核 应变硅 绝缘体上的硅 图层(电子) 纳米技术 晶体硅 化学 超晶格 海洋学 有机化学 非晶硅 地质学
作者
Fatih F. Ince,M. Frost,Darryl M. Shima,Thomas J. Rotter,Sadhvikas Addamane,C. L. Canedy,Stephanie Tomasulo,Chul Soo Kim,W. W. Bewley,I. Vurgaftman,J. R. Meyer,Ganesh Balakrishnan
出处
期刊:Journal of vacuum science and technology [American Vacuum Society]
卷期号:42 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1116/6.0003211
摘要

The epitaxial development and characterization of metamorphic “GaSb-on-silicon” buffers as substrates for antimonide devices is presented. The approach involves the growth of a spontaneously and fully relaxed GaSb metamorphic buffer in a primary epitaxial reactor, and use of the resulting “GaSb-on-silicon” wafer to grow subsequent layers in a secondary epitaxial reactor. The buffer growth involves four steps—silicon substrate preparation for oxide removal, nucleation of AlSb on silicon, growth of the GaSb buffer, and finally capping of the buffer to prevent oxidation. This approach on miscut silicon substrates leads to a buffer with negligible antiphase domain density. The growth of this buffer is based on inducing interfacial misfit dislocations between an AlSb nucleation layer and the underlying silicon substrate, which results in a fully relaxed GaSb buffer. A 1 μm thick GaSb layer buffer grown on silicon has ∼9.2 × 107dislocations/cm2. The complete lack of strain in the epitaxial structure allows subsequent growths to be accurately lattice matched, thus making the approach ideal for use as a substrate. We characterize the GaSb-on-silicon wafer using high-resolution x-ray diffraction and transmission electron microscopy. The concept’s feasibility is demonstrated by growing interband cascade light emitting devices on the GaSb-on-silicon wafer. The performance of the resulting LEDs on silicon approaches that of counterparts grown lattice matched on GaSb.

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