Elektronenspektroskopische Untersuchung von Antimon-, Arsen- und Phosphor-Schichten auf III-V-Halbleiteroberflächen

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Adsorption von Antimon-, Arsen- und Phosphor-Schichten auf verschiedenen III-V-Halbleiteroberflächen im Ultrahochvakuum (UHV) mit elektronenspektroskopischen Methoden untersucht. Antimon wächst auf den (110)-Spaltflächen von GaAs und GaP in der ersten Monolage epitaktisch auf. Dabei ordnen sich die Sb-Atome zu "Zickzackketten" und setzen so fast die ideale, nicht relaxierte Substratoberfläche fort. Die zweidimensionalen elektronischen Bandstrukturen E($\underline{K}_{II}$) der dadurch entstandenen Systeme GaAs(110)-p(1x1)-Sb(1ML) und GaP(110)-p(1x1)-Sb(1ML) werden mit winkelaufgelösterPhotoemissionsspektroskopie experimentell ermittelt. Durch einen Vergleich der experimentellen Daten mit vorhandenen Bandstrukturrechnungen erfolgt die Zuordnung der beobachteten Dispersionszweige zu Bindungen zwischen Sb-Atomen innerhalb der Ketten bzw. zu Bindungen zwischen den Sb-Ketten und Gruppe III- sowie Gruppe V- Substratatomen. Arsen wächst bei Zimmertemperatur auf den (110)-Spaltflächen von InP in seiner amorphen Modifikation auf. Die Grenzfläche zum Substrat ist scharf, und es findet keine chemische Reaktion von Arsen mit Indium oder Phosphor statt. Beim Aufbringen der amorphen As-Schicht findet man ein Fermi-Niveau-Pinning bei 0,95 eV oberhalb der Valenzbandkante für p- und n-InP. Die Ausbildung der Schottky-Barriere ist bei Bedeckungen von weniger als einer Monolage abgeschlossen und wird durch Grenzflächenzustände auf Grund von Gitterdefekten verursacht. Beim Heizen des Systems auf 320 °C desorbieren Arsen-Multilagenvon der Oberfläche. Gleichzeitig kommt es zu einer Austauschreaktion, bei der in der obersten Lage die P-Atome weitgehend durch As-Atome ersetzt werden. Es bildet sich eine einkristalline Oberflächenschicht vom Typ InP$_{1-x}$As$_{x}$ (x $\approx$ 0,5) mit elektronischen Eigenschaften, die zwischen denen von InP und InAs liegen. Eine solche Grenzflächenschicht wird auch für Arsen auf den (100)-Oberflächen von InP beobachtet. Dicke Schichten aus amorphem Arsen lassen sich durch Heizen im UHV leicht reinigen und bei weiterer Temperaturerhöhung von der Oberfläche verdampfen. Damit sind sie zur Passivierung solcher Systeme einsetzbar, bei denen eine nach dem Abheizen vorhandene Arsenid-Schicht nicht störend wirkt, d. h. zumindest für ohnehin As-haltige Verbindungen. Es wird gezeigt, daß sich InP mit einer Doppelschicht von Phosphor und Arsen passivieren läßt. Da beim Abheizen im UHV zunächst die äußere As-Schicht vollständig verdampft, schützt die Phosphor-Zwischenschicht das InP vor dem Kontakt mit Arsen. Amorphe Phosphor-Schichten allein eignen sich wegen ihrer Reaktivität an Luft nicht zur Passivierung von III-V-Halbleiteroberflächen