Abstract Novel behavior in semiconductor hetero-epitaxial growth such as InAs/GaAs is systematically investigated using ab initio-based approach incorporating temperature T and beam equivalent pressure p . The calculated In adsorption-desorption boundary curve elucidates that In atoms can adsorb on the InAs(1 1 1)A-(2 × 2) with In-vacancy wetting layer (WL) surface with simultaneous As adsorption similarly to homo-epitaxial growth. On the InAs(0 0 1)-(2×4)α2 WL surface, however, In atoms hardly adsorb on the (0 0 1) WL in contrast with In adsorption on homo-epitaxial surface without strain. These results suggest that strain accumulated in the WL is not significant for the hetero-epitaxial growth on the InAs(1 1 1)A but strongly affects the growth process on the InAs(0 0 1) at the initial growth stage. It is also found that the InAs(0 0 1)-(2 × 3) WL surface fully covered by As dimers is unstable while the ( n × 3) surfaces ( n = 4, 6, and 8) with ( n − 1) dimers and one missing dimer is more stable at the conventional molecular beam epitaxial growth conditions. It should be noted that In atoms are incorporated through In-As dimer formation with As desorption below InAs coverage θ ∼ 0.9 monolayer (ML) on the ( n × 3) surfaces. This suggests that the growth dose not proceed at θ > 0.9 ML without strain relaxation on the InAs/GaAs(0 0 1).

中文翻译：

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基于 Ab initio 的半导体异质外延生长新行为方法

摘要 使用结合温度 T 和束等效压力 p 的基于 ab initio 的方法系统地研究了半导体异质外延生长（如 InAs/GaAs）的新行为。计算出的 In 吸附-解吸边界曲线表明 In 原子可以吸附在 InAs(1 1 1)A-(2 × 2) 的 InAs(1 1 1)A-(2 × 2) 表面，同时吸附 As 类似于同质外延生长。然而，在 InAs(0 0 1)-(2×4)α2 WL 表面，In 原子几乎不吸附在 (0 0 1) WL 上，而 In 吸附在无应变的均质外延表面上。这些结果表明，WL 中累积的应变对于 InAs(1 1 1)A 上的异质外延生长并不显着，但强烈影响 InAs(0 0 1) 在初始生长阶段的生长过程。还发现被 As 二聚体完全覆盖的 InAs(0 0 1)-(2 × 3) WL 表面是不稳定的，而 ( n × 3) 表面 ( n = 4, 6, 和 8) 与 ( n − 1 ) 二聚体和一个缺失的二聚体在常规分子束外延生长条件下更稳定。应该注意的是，In 原子通过 In-As 二聚体形成结合，在 (n × 3) 表面上的 InAs 覆盖范围 θ ~ 0.9 单层 (ML) 以下 As 解吸。这表明在 θ > 0.9 ML 时生长不会在 InAs/GaAs(0 0 1) 上没有应变松弛的情况下进行。应该注意的是，In 原子通过 In-As 二聚体形成结合，在 (n × 3) 表面上的 InAs 覆盖范围 θ ~ 0.9 单层 (ML) 以下 As 解吸。这表明在 θ > 0.9 ML 时生长不会在 InAs/GaAs(0 0 1) 上没有应变松弛的情况下进行。应该注意的是，In 原子通过 In-As 二聚体形成结合，在 (n × 3) 表面上的 InAs 覆盖范围 θ ~ 0.9 单层 (ML) 以下 As 解吸。这表明在 θ > 0.9 ML 时生长不会在 InAs/GaAs(0 0 1) 上没有应变松弛的情况下进行。