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纯纤锌矿结构 InGaAs 微结构的亚稳态生长。

Metastable growth of pure wurtzite InGaAs microstructures.

机构信息

Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California at Berkeley , Berkeley, California 94720, United States.

出版信息

Nano Lett. 2014 Aug 13;14(8):4757-62. doi: 10.1021/nl501887f. Epub 2014 Jul 7.

DOI:10.1021/nl501887f
PMID:24988280
Abstract

III-V compound semiconductors can exist in two major crystal phases, namely, zincblende (ZB) and wurtzite (WZ). While ZB is thermodynamically favorable in conventional III-V epitaxy, the pure WZ phase can be stable in nanowires with diameters smaller than certain critical values. However, thin nanowires are more vulnerable to surface recombination, and this can ultimately limit their performances as practical devices. In this work, we study a metastable growth mechanism that can yield purely WZ-phased InGaAs microstructures on silicon. InGaAs nucleates as sharp nanoneedles and expand along both axial and radial directions simultaneously in a core-shell fashion. While the base can scale from tens of nanometers to over a micron, the tip can remain sharp over the entire growth. The sharpness maintains a high local surface-to-volume ratio, favoring hexagonal lattice to grow axially. These unique features lead to the formation of microsized pure WZ InGaAs structures on silicon. To verify that the WZ microstructures are truly metastable, we demonstrate, for the first time, the in situ transformation from WZ to the energy-favorable ZB phase inside a transmission electron microscope. This unconventional core-shell growth mechanism can potentially be applied to other III-V materials systems, enabling the effective utilization of the extraordinary properties of the metastable wurtzite crystals.

摘要

III-V 族化合物半导体存在两种主要的晶体相,即闪锌矿(ZB)和纤锌矿(WZ)。虽然在传统的 III-V 外延中 ZB 在热力学上是有利的,但在直径小于某些临界值的纳米线中,纯 WZ 相可以稳定存在。然而,薄纳米线更容易受到表面复合的影响,这最终会限制它们作为实际器件的性能。在这项工作中,我们研究了一种亚稳生长机制,可以在硅上生长纯 WZ 相的 InGaAs 微结构。InGaAs 以尖锐的纳米针形式成核,并以核壳的形式同时沿轴向和径向扩展。虽然基底可以从几十纳米扩展到超过一微米,但整个生长过程中尖端仍保持尖锐。尖锐度保持了高的局部表面积与体积比,有利于沿轴向生长六方晶格。这些独特的特征导致了在硅上形成微尺度的纯 WZ InGaAs 结构。为了验证 WZ 微结构确实是亚稳的,我们首次在透射电子显微镜中证明了 WZ 到能量有利的 ZB 相的原位转变。这种非常规的核壳生长机制可以潜在地应用于其他 III-V 材料体系,从而有效地利用亚稳纤锌矿晶体的非凡性质。

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引用本文的文献

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