InGaAs(110)解理面的扫描隧道谱的理论诠释*

戴昊光 查访星† 陈平平

1) (上海大学物理系,上海 200444)

2) (中国科学院上海技术物理研究所,红外物理国家重点实验室,上海 200083)

本工作应用截面扫描隧道显微镜(XSTM)研究了In0.53Ga0.47As/InP 异质结构的(110)解理面.扫描隧道谱(STS)测量结果显示,InGaAs 的电流-电压(I-V)隧道谱呈现与衬底InP(110)面完全不同特点.InP 的I-V谱呈现的零电流平台宽度(隧道谱表观带隙)接近材料带隙,可基于平带模型解释.In0.53Ga0.47As 的表观带隙却比其带隙(室温0.74 eV)高出约50%.这反映了针尖与InGaAs 发生隧穿时的不同物理图像,需应用针尖诱导能带弯曲(TIBB)模型来解释.基于三维TIBB 模型的计算,我们发现表面态密度是对隧道谱线特征具有敏感影响的参数.适当选取参数不仅能定量解释InGaAs 的I-V 谱的零电流平台宽度,而且能较准确预言零电流平台的起、止能量位置,并能计算给出与实验高度重合的I-V 理论谱线.

1 引言

作为研究纳米结构和表面界面的先进表征技术,扫描隧道显微镜(STM)与其他显微技术相比有一个重要优势,即不仅给出高空间分辨的形貌特征,而且能通过扫描隧道谱(STS)测量获得局域电子结构信息.不过,在很多STM 应用中,对STS测量结果的解释却是比较复杂的问题,往往涉及不同物理因素的影响,如针尖诱导能带弯曲(tip-induced band bending,TIBB)效应[1−5],镜像势[6,7]等,进而依赖不同物理模型来解释.对于半导体的STM/STS 实验来说,物理图像较简单的平带模型是在某些特定条件下才适用的,往往发生在半导体具有高的掺杂浓度或因高的表面态密度(density of surface states,DOSS)而产生表面费米能级钉扎……