Ga液滴沉积量对GaAs/GaAs(001)同心量子双环形貌的影响

通过液滴外延法制备了GaAs/GaAs(001)同心量子双环(Concentric Quantum Double Rings, CQDRs),研究了Ga液滴沉积量对CQDRs的影响.研究结果发现:随着Ga液滴沉积量的增加,CQDRs密度降低,内环高度增高,外环高度降低,中心孔洞深度增加. CQDRs内环拟合结果表明,Ga液滴沉积量少于0.92ML(Monolayer, ML)时无法成环;外环拟合结果显示,在本实验条件下,形成外环的最小Ga液滴沉积量为3.1ML.拟合结果与实验结果一致,相关研究结果对液滴外延法制备GaAs同心量子双环具有指导意义.     

Ga液滴沉积量对GaAs/GaAs(001)同心量子双环形貌的影响

通过液滴外延法制备了GaAs/GaAs(001)同心量子双环(Concentric Quantum Double Rings,CQDRs),研究了Ga液滴沉积量对CQDRs的影响.研究结果发现:随着Ga液滴沉积量的增加,CQDRs密度降低,内环高度增高,外环高度降低,中心孔洞深度增加.CQDRs内环拟合结果表明,Ga液滴沉积量少于0.92ML(Monolayer,ML)时无法成环;外环拟合结果显示,在本实验条件下,形成外环的最小Ga液滴沉积量为3.1ML.拟合结果与实验结果一致,相关研究结果对液滴外延法制备GaA s同心量子双环具有指导意义.     

In液滴在GaAs(001)表面扩散行为的研究

量子点的物理与光电性质主要依赖于其尺寸及密度参数,而量子点的密度、高度等参数又控制着原子在衬底上的成核行为。本文采用液滴外延法在GaAs(001)表面生长金属In液滴,研究了In液滴的扩散运动与衬底温度和沉积速率之间的关系,研究发现,随着衬底温度的升高和沉积速率的降低,In液滴尺寸增大密度却降低。通过得到的实验数据,拟合关于In液滴密度与衬底温度和沉积速率的曲线,分析了量子环的生长机制,并根据原子的表面迁移行为,进一步分析其表面原子扩散机理。     

液滴外延下生长参数对InAs纳米结构形貌的影响

利用液滴外延法在GaAs(001)衬底表面制备InAs量子点，通过控制变量分别研究沉积速率、沉积量对In液滴在GaAs表面生长过程中的影响.使用原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)表征InAs纳米结构形貌，得出结论：(1)沉积速率主要通过影响In液滴成核率来控制液滴的密度，即随着沉积速率的增大，In原子在衬底表面的成核率增加，InAs量子点密度增加，实验符合生长动力学经典成核理论.(2)沉积量的改变主要影响液滴的熟化过程，即随着沉积量的增大，可参与生长的活跃的In原子增加，促进了液滴熟化，使得扩散坍塌的原子数量增加，导致在InAs纳米结构中出现多量子点现象.     

基于液滴外延技术变Al、Ga组分对GaAs表面液滴生长形貌的影响

液滴外延技术不仅适用于晶格失配,也适用于晶格匹配材料系统,且易于制备低维半导体结构,如低密度量子点、环等.本文研究了液滴外延法在GaAs表面进行不同Al、Ga组分的量子点生长.在实验中用反射式高能电子衍射仪(Reflection High Energy Electron Diffraction, RHEED)对样品进行原位监控.通过控制Al、Ga液滴的沉积速率来控制液滴同时沉积在衬底上形成的组分.研究发现,随着Al组分的增加,量子点逐渐变得密集,润湿角变低.在Al组分增高超过0.5之后,出现了大小不一的量子点,且量子点密度出现指数型增长.对此进行研究分析,给出了一个经验公式,并就现象进行了解释.     

In液滴低温时在不同沉积量下的形貌演变分析

本文研究了低温时不同沉积量的In液滴在GaAs(001)衬底上的形貌特征.在衬底温度为160℃时,对In液滴形貌进行观察和分析并根据经典的成核理论解释了不同沉积量下In液滴纳米结构的形成机制和In液滴形貌随沉积量的演变规律;通过对液滴数量,直径和高度以及液滴周围出现扩散圆盘的直径和高度进行统计,结合液滴形貌与沉积量的相关理论公式以及本文实验中所得数据,拟合计算出In液滴产生扩散圆盘的最小沉积量约为3.3 ML,表明In液滴的沉积量大于3.3 ML时才会形成圆盘.相关研究结果对液滴外延法制备InAs纳米结构具有指导意义.     

低温下InAs纳米结构在GaAs(001)表面形成机制的研究

改变生长工艺、控制并调整液滴中原子扩散机制是对复杂纳米结构制备的关键途径,并且对基于液滴外延方法研究半导体纳米结构十分重要.本文在不同衬底温度,不同As压下在GaAs(001)上沉积相同沉积量(5 monolayer)的In液滴并观察其表面形貌的变化.原子力显微镜图像显示,液滴晶化后所形成的扩散"盘"且呈现一定的对称性.随着衬底温度的增高,圆盘半径逐渐扩大,扩散圆盘中心出现了坑.而随着As压的增高,所形成的液滴密度增加,以液滴为中心所形成的扩散圆盘宽度逐渐减小.基于经典的成核扩散理论对实验数据拟合得到:GaAs(001))表面In原子在[110]和[110]晶向上的扩散激活能分别为(0.62 ± 0.01) eV和(1.37 ± 0.01) eV,且扩散系数D_0为1.2 × 10~(-2) cm~2/s.对比其他研究小组的结果证实了理论的正确性.实验中得到的In原子的扩散激活能以及In液滴在GaAs(001)上扩散机理,可以为InAs纳米结构特性的调制提供实验指导.     

原子氢辅助分子束外延GaAs(331)A表面形貌演化

研究了GaAs高指数面(331)A在原子氢辅助下分子束外延形貌的演化.原子力显微镜测试表明：在常规分子束外延情况下,GaAs外延层台阶的厚度和台面的宽度随衬底温度的升高而增加,增加外延层厚度会导致台阶的密度和台面的宽度增加然后饱和.而在原子氢辅助分子束外延情况下,当GaAs淀积量相同时GaAs外延层台阶的密度增大宽度减小.认为这是由于原子氢的作用导致Ga原子迁移长度的减小.在GaAs(331)A台阶基底上生长出InAs自组织纳米线,用光荧光测试研究了其光学各项异性特征.     

表面形貌对GaAs生长速率测量的影响

本文利用Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED)强度振荡测量GaAs同质外延生长,发现其生长速率随生长厚度按一定指数函数关系衰减.这种衰减与GaAs表面形貌的变化密切相关,表面台阶数量的增加使层状生长模式由2D成核模式逐渐转变为台阶流模式.由于RHEED强度振荡所测的生长速率与表面的粗糙程度密切相关,表面情况改变对生长速率会有一定的影响,导致测量的生长速率逐渐的衰减.根据生长速率随生长厚度的增加而衰减的拟合曲线,可以获得一个准确的生长速率.     

GaAs/Ge的MOCVD生长研究

用常压MOCVD在Ge衬底上外延生长了GaAs单晶层,研究了GaAs和6e的极性与非极性材料异质外延生长,获得了质量优良的GaAs/Ge外延片,GaAs外延层X射线双晶衍射回摆曲线半高宽达16弧秒.10K下PL谱半峰宽为7meV.讨论了极性与非极性外延的界面反相畴问题和GaAs-Ge界面的Ga、Ge原子互扩散问题.     

脉冲激光原位辐照对InAs/GaAs(001)量子点生长的影响

在InAs/GaAs(001)量子点生长过程中, 当InAs沉积量为0.9 ML时, 利用紫外纳秒脉冲激光辐照浸润层表面, 由于高温下In原子的不稳定性, 激光诱导的原子脱附效应被放大, 样品表面出现了原子层移除和纳米孔. 原子力显微镜测试表明纳米孔呈现以[110]方向为长轴(尺寸: 20-50 nm)、[110]方向为短轴(尺寸: 15-40 nm)的表面椭圆开口形状, 孔的深度为0.5-3 nm. 纳米孔的密度与脉冲激光的能量密度正相关. 脉冲激光的辐照对量子点生长产生了显著的影响: 一方面由于纳米孔的表面自由能低, 沉积的InAs优先迁移到孔内, 纳米孔成为量子点优先成核的位置; 另一方面, 孔外的区域因为In原子的脱附, 量子点的成核被抑制. 由于带有纳米孔的浸润层表面具有类似于传统微纳加工技术制备的图形衬底对量子点选择性生长的功能, 该研究为量子点的可控生长提供了一种新的思路.     

温度对GaSb/GaAs量子点尺寸分布的影响

采用低压金属有机物化学气相沉积 (LP-MOCVD) 法制备GaSb/GaAs量子点。通过对不同生长温度的样品进行分析发现温度的变化对GaSb/GaAs量子点的相位角无明显影响,量子点的形状是透镜型。由于量子点特殊的应力分布,可实现量子点的"自限制"生长。量子点的化学势不连续性以及Ostwald熟化机制的影响使得量子点尺寸分布在一定范围内不连续,会出现两种尺寸模式的量子点生长。Sb原子的表面迁移率对GaSb/GaAs量子点生长有较大的影响。升高温度可有效改善量子点的分立性,在升温过程中量子点体现出其熟化过程,高温时表面原子的解析附作用对量子点尺寸和密度的影响较大。     

指数掺杂反射式GaAlAs和GaAs光电阴极比较研究

采用指数掺杂技术, 通过金属有机化学气相沉积法外延生长了反射式GaAlAs和GaAs光电阴极, GaAlAs发射层的Al组分设计为0.63. 在超高真空系统中分别对两种阴极进行激活实验, 得到激活后的光谱响应曲线. 利用指数掺杂反射式光电阴极量子效率公式对实验曲线进行拟合并分析了电子漂移扩散长度、后界面复合速率、表面电子逸出几率等性能参数对光电发射性能的影响. 结果表明, 与GaAs光电阴极相比, GaAlAs光电阴极的Al组分虽然在一定程度上不利于光电发射, 但是解决了GaAs光电阴极由于响应波段宽而不能很好地用于窄波段可见光探测领域的问题, 制备出只对蓝绿光响应的反射式GaAlAs光电阴极.     

Ga束流低温辅助清理GaAs衬底表面氧化物的研究

采用低流量Ⅲ族Ga束流在分子束外延中低温辅助清理GaAs衬底表面氧化物.采用高能电子衍射监控衬底表面氧化物清理过程并得出氧化物清理速率及氧化层对高能电子的吸收系数.根据清理速率对衬底温度依赖的Arrhenius关系,估算了Ga辅助清理过程中发生化学反应所需要的活化能.Ga束流辅助清理衬底表面氧化物技术在外延生长中具有实...     

压强对GaSb/GaAs量子点形貌各向异性的影响

采用低压金属有机物化学气相沉积(LP-MOCVD)技术在Ga As(001)衬底上制备Ga Sb量子点,研究了反应室压强对改善Ga Sb/Ga As量子点形貌各向异性的影响。通过Sb表面处理方法,在Ga As衬底上形成低表面能的Sb-Sb浮层,实现以界面失配(IMF)生长模式对Ga Sb量子点诱导生长。用原子力显微镜(AFM)对各样品的量子点形貌进行了表征,结果表明Ga Sb量子点形貌各向异性明显且沿[110]方向拉长。在压强条件为10 k Pa时,IMF生长模式导致不对称岛的长宽比大于3,由于低能量(111)侧面的存在,Ga Sb量子点优先沿[110]方向生长而不是与之垂直的[110]方向。压强降低至4 k Pa时量子点密度增大为8. 3×109cm-2,量子点形貌转变为对称的半球形且长宽比约为1。低的压强降低了吸附原子的扩散激活能从而增大了扩散长度,可以有效改善Ga Sb量子点的各向异性。     

Al/GaAs界面反应的XPS研究

用XPS研究了清洁无序GaAs表面沉积超薄Al膜后的界面反应,结果表明,原沉积于GaAs表面的Al能进入GaAs衬底取代Ga形成AlAs,而通过Al-Ga替位反应释放出来的Ga则残留在衬底表面,提出了Ga/AlAs+GaAs/GaAs三层结构模型。 关键词：     

沉积速率和生长停顿对InAs/GaAs量子点超晶格生长影响的综合分析

采用动力学蒙特卡罗模型模拟了沉积速率和生长停顿对GaAs衬底中垂直耦合InAs 量子点超晶格生长早期阶段的影响.通过对生长表面形态、岛平均尺寸、岛尺寸分布及其标准差等方面的研究,发现综合控制沉积速率和生长停顿时间能够得到大小均匀、排列有序的岛阵列.这对后续量子点超晶格生长过程中量子点的定位有重要影响. 关键词： 动力学蒙特卡罗模拟 量子点超晶格 外延生长     

二维缺陷GaAs电子结构和光学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了存在Ga空位缺陷和掺杂B原子的二维GaAs的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明空位缺陷二维GaAs显示出金属特性,B原子的引入使体系变为间接带隙半导体,禁带宽度为0.35 eV.态密度计算发现体系低能带主要由Ga的s态、p态、d态和As的s态、p态构成;高能带主要由Ga和As的s态、p态构成.掺杂B原子与存在空位缺陷的二维GaAs相比,静态介电常数相对较低,变为8.42,且易于吸收紫外光,在3.90～8.63 eV能量范围具有金属反射特性,反射率达到52%.     

生长温度对In_(0.5)Ga_(0.5)As/GaAs量子点尺寸的影响

采用分子束外延(MBE)技术制备In_(0.5)Ga_(0.5)As/GaAs量子点,利用扫描隧道显微镜(STM)对不同衬底温度下生长的样品进行表征分析.研究表明量子点密度随温度升高先增大后减小,其尺寸随温度的升高而增大.另外,量子点以S-K模式生长并受Ostwald熟化机制影响,其尺寸增大所需的能量来自应变能和温度提供的能量,高温条件下表面原子的解吸附作用会限制量子点的生长.     

生长温度对In_(0.5)Ga_(0.5)As/GaAs量子点尺寸的影响

采用分子束外延(MBE)技术制备In_(0.5)Ga_(0.5)As/GaAs量子点,利用扫描隧道显微镜(STM)对不同衬底温度下生长的样品进行表征分析.研究表明量子点密度随温度升高先增大后减小,其尺寸随温度的升高而增大.另外,量子点以S-K模式生长并受Ostwald熟化机制影响,其尺寸增大所需的能量来自应变能和温度提供的能量,高温条件下表面原子的解吸附作用会限制量子点的生长.