Band bending at heterovalent interfaces: Hard X-ray photoelectron spectroscopy of GaP/Si(0 0 1) heterostructures
Band bending at heterovalent interfaces: Hard X-ray photoelectron spectroscopy of GaP/Si(0 0 1) heterostructures
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异价界面的能带弯曲：GaP/Si(0 0 1)异质结构的硬X射线光电子能谱
DOI：
10.1016/j.apsusc.2021.150514
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发表时间：
2021
影响因子：
6.7
通讯作者：
O. Romanyuk
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
O. Romanyuk
GaP是Si和异质III-V族外延层之间过渡的优选候选物，因为它与Si几乎晶格匹配。本文利用硬X射线光电子能谱（HAXPES）研究了GaP/Si（0 0 1）异质界面的原子结构和电子性质。用金属有机物气相外延法在单畴（SD）和双畴（TD）Si（0 0 1）表面上制备了厚度为4 ~ 5 0 nm的GaP（0 0 1）外延薄膜.采用反射各向异性谱法，对差距薄膜中的反相畴含量进行了原位控制。通过对芯能级光电子强度的分析，揭示了界面附近的P 2 p和Si 2 p峰的芯能级位移以及表面附近Ga 3d峰的芯能级位移。提出了差距/Si（0 0 1）界面结构的层间扩散层（IDL）模型，该模型在异质界面上存在Sisingle键和P键，Si衬底中存在P原子残留.利用一种新的参数化多项式函数（PPF）方法，我们导出了异质结中的非单调能带弯曲分布，修正了实验上的价带偏移，确定了GaP/Si（0 0 1）界面处的价带不连续性Δ EV = 1 1 ± 0 2 eV（SD样品）和Δ EV = 0 8 ± 0 2 eV（TD样品）.
GaP is a preferred candidate for the transition between Si and heterogeneous III-V epilayers as it is nearly lattice-matched to Si. Here, we scrutinize the atomic structure and electronic properties of GaP/Si (0 0 1) heterointerfaces utilizing hard X-ray photoelectron spectroscopy (HAXPES). GaP (0 0 1) epitaxial films with thicknesses between 4 and 50 nm are prepared by metalorganic vapor phase epitaxy on either predominantly single-domain (SD) or two-domain (TD) Si (0 0 1) surfaces. The antiphase domain content in the GaP films is in situ controlled, employing reflection anisotropy spectroscopy. Via the analysis of core level photoelectron intensities, we reveal core level shifts of the P 2p and Si 2p peaks near the interface as well as core level shifts in the Ga 3d peaks near the surface. We suggest an Inter-Diffused Layer (IDL) model of the GaP/Si (0 0 1) interfacial structure with Sisingle bondP bonds at the heterointerface and residual P atoms in the Si substrate. Using a newly developed Parametrized Polynomial Function (PPF) approach, we derive a non-monotonic band bending profile in the heterostructures, correct experimental valence band offsets implying interfacial electronic barriers, and determine valence band discontinuities of Δ E V= 1.1±0.2 eV (SD samples) and Δ E V= 0.8±0.2 eV (TD samples) at GaP/Si (0 0 1) interfaces.
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