As压调制的InAlAs超晶格对InAs纳米结构形貌的影响

利用固源分子束外延设备生长出InAs/InAlAs/InP(001)纳米结构材料, 探讨了As压调制的InAlAs超晶格对InAs纳米结构形貌的影响. 结果表明, As压调制的InAlAs超晶格能控制InAs量子线的形成, 导致高密度均匀分布的量子点的生长. 结果有利于进一步理解量子点形貌控制机理. 分析认为, InAs纳米结构的形貌主要由InAlAs层的各向异性应变分布和In吸附原子的各向异性扩散所决定.     

利用In0.82Ga0.18As与InP衬底之间的应力制作结构材料的缓冲层

采用低压金属有机化学气相淀积(LP-MOCVD)技术,在InP(100)衬底上生长In0.82Ga0.18As,研究生长温度对In0.82Ga0.18As材料表面形貌、结晶质量和电学性能的影响.利用InP(100)衬底与In0.82Ga0.18As材料晶格失配所产生的应变,在不同的生长温度下应变释放程度不同,进而在In...     

关于RHEED振荡技术优化GaAs(110)量子阱生长的研究

在GaAs(110)衬底上生长的半导体材料有诸多优良性能，使得在非极性GaAs(110)衬底上获得高质量各类异质结材料，成为近年来分子束外延生长关注的课题.考虑GaAs(110)表面是Ga和As共面，最佳生长温度窗口很小；反射式高能电子衍射的(1×1)再构图案对生长温度和V/Ⅲ束流比不敏感，难于通过观察再构图案的变化，准确地找到最佳生长条件.作者在制备GaAs(110)量子阱过程中，观察到反射式高能电子衍射强度振荡呈现出的单双周期变化.这意味着不同工艺条件下，在 GaAs(110)衬底上量子阱有单层和双层两种生长模式.透射电子显微镜和室温光致荧光光谱测量结果表明：在双层生长模式下量子阱样品光学性能较差，而在单层生长模式下量子阱光学性能较好，但是界面会变粗糙.利用这一特点，我们采用反射式高能电子衍射强度振荡技术，找到了一种在GaAs(110)衬底上生长高质量量子阱的可行方法. 关键词： 反射高能电子衍射 量子阱 分子束外延     

应力导致InAs/In0.15Ga0.85As量子点结构中 In0.15Ga0.85As阱层的合金分解效应研究

利用固源分子束外延技术,在In0.15Ga0.85As/GaAs量子阱生长了两个InAs/In0.15Ga0.85As量子点(DWELL)样品.通过改变其中一个InAs DWELL样品中的In0.15Ga0.85As阱层的厚度和生长温度,获得了量子点尺寸增大而且尺寸分布更均匀的结果.结合光致发光光谱(PL)和压电调制光谱(PzR)实验结果,发现该样品量子点的光学性质也同时得到了极大的优化.基于有效质量近似的数值计算结果表明:量子点后生长过程中应力导致In0.15Ga0.85As阱层合金分解机理是导致量子点尺寸和光学性质得到优化的主要原因.     

高In组分InGaNAs/GaAs量子阱的生长及发光特性

采用分子束外延技术(MBE)在Ga As衬底上外延生长高In组分(40%)In Ga NAs/Ga As量子阱材料,工作波长覆盖1.3~1.55μm光纤通信波段。利用室温光致发光(PL)光谱研究了N原子并入的生长机制和In Ga NAs/Ga As量子阱的生长特性。结果表明:N组分增加会引入大量非辐射复合中心;随着生长温度从480℃升高到580℃,N摩尔分数从2%迅速下降到0.2%;N并入组分几乎不受In组分和As压的影响,黏附系数接近1;生长温度在410℃、Ⅴ/Ⅲ束流比在25左右时,In_(0.4)Ga_(0.6)N_(0.01)As_(0.99)/Ga As量子阱PL发光强度最大,缺陷和位错最少;高生长速率可以获得较短的表面迁移长度和较好的晶体质量。     

高灵敏度Sb基量子阱2DEG的霍尔器件（英文）

用分子束外延技术将高灵敏度的In As/Al Sb量子阱结构的Hall器件赝配生长在Ga As衬底上。设计了由双δ掺杂构成的Hall器件的新结构,有效地提高了器件的面电子浓度。与传统的没有掺杂的In As/Al Sb量子阱结构的Hall器件相比,室温下器件电子迁移率从15 000 cm~2·V~(-1)·s~(-1)提高到16 000 cm~2·V~(-1)·s~(-1)。AFM测试表明材料有好的表面形态和结晶质量。从77 K到300 K对Hall器件进行霍尔测试,结果显示器件不同温度范围有不同散射机构。双δ掺杂结构形成高灵敏度、高二维电子气(2DEG)浓度的In As/Al Sb异质结Hall器件具有广阔的应用前景。     

强磁场下Er2Ga5O12的磁晶各向异性

用量子理论定量计算了Er3Ga5O12在强磁场作用下,温度为42K,外磁场沿着[001],[100],[110]和[111]四个方向的磁化强度.可以看出,磁化强度随着外磁场呈很强的各向异性,而在低温弱磁场下,磁化强度和外磁场呈线性关系 关键词： 磁晶各向异性 磁化强度     

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.     

Growth Mechanism and Characterization of Single-crystalline Ga-doped SnO2 Nanowires and Self-organized SnO2/Ga2O3 Heterogeneous Microcomb Structures

Ga掺SnO2单晶纳米线和SnO2/Ga2O3自组织异质微米梳是通过简单的热蒸发沉淀法一步制得的,并通过X射线粉末衍射(XRD)、场激发扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能量散射谱仪(EDS)、选区电子衍射谱(SAED)进行表征．从FE-SEM的图片上可以看出生成的产物具有纳米线和一种新的微米梳状形貌．XRD、SAED和EDS显示他们是单晶四角形的SnO2．产物的主干呈带状,纳米带阵列均匀的分布在主干的一侧或两侧．大量的Ga2O3纳米颗粒沉积在微米梳的表面．主干纳米带主要沿着[100]方向生长, 自组织的纳米带分支则在主干的(100)面上沿着[110]或者[110]方向生长．由于Ga的大量掺杂,光致发光谱的衍射峰发生红移并严重变宽．针对SnO2:Ga2O3异质微米梳的生长过程进行了解释,并讨论了实验条件对形貌的影响．     

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.     

Co50 Ni22 Ga28:Fex单晶在室温和100℃高温的超弹性研究

制备了四元铁磁性Heusler合金Co50Ni22Ga28:Fex(x=0,1.5,2,2.5),发现材料具有很好的机械性能,在加压、弯曲和扭曲时都展现出很好的超弹性.室温时,在压力作用下,Co50Ni22Ga28:Fe2单晶样品在[001]和[110]方向分别具有约4%和6.7%的完全可恢复应变.Co50Ni22Ga28:Fe1.5单晶样品在室温下沿[001]和[110]方向的应力与应变σ-ε曲线的平台部分较缓,但升温到100℃时,σ-ε曲线中表示超弹性应变的平台变平.Co50Ni22Ga28:Fe25成分的单晶在[001]方向可得到5.5%的超弹性应变.同时以上材料都显示出了明显的弹性各向异性.     

碱金属在GaAs(110)表面上的吸附

本文讨论Li,Na,K,Cs在GaAs(110)表面上的吸附,考虑理想表面和弛豫表面两种情况。计算采用集团模型,用电荷自洽的ExtendedHucheltheory(缩写为EHT)方法进行。结果表明,吸附后表面原子趋向于理想位置,碱金属原子位于垂直于表面沿[001]方向横跨表面Ga原子的对称平面上。碱金属吸附后的费密能级在价带顶以上约0.7eV处,是由表面Ga原子与碱金属原子间的相互作用决定的。而在价带中碱金属原子主要与表面As原子成键。 关键词：     

高质量稀磁半导体(Ga,Mn)Sb单晶薄膜分子束外延生长

理论预言窄禁带稀磁半导体(Ga,Mn)Sb及其异质结构可能存在量子反常霍尔效应等新奇特性, 近年来受到了特别关注. 但是, 由于(Ga,Mn)Sb薄膜生长窗口窄, 纯相(Ga,Mn)Sb薄膜制备比较困难, 迄今关于这类材料的研究报道为数不多. 本文采用低温分子束外延的方法, 通过优化生长条件, 成功制备出厚度为10 nm, Mn含量在0.016至0.039之间的多组(Ga,Mn)Sb薄膜样品. 生长过程中反射式高能电子衍射原位监测和磁性测量都表明没有MnSb等杂相的偏析, 同时原子力显微镜图像表明其表面形貌平滑, 粗糙度小. 通过生长后退火处理, (Ga,Mn)Sb薄膜的最高居里温度达到30 K. 此外, 本文研究了霍尔电阻和薄膜电阻随磁场的变化关系, 在低温下观测到明显的反常霍尔效应.     

零砷压下Ga液滴在AlGaAs表面扩散行为的研究

本文研究了Ga液滴在Al_(0.4)Ga_(0.6)As表面的扩散行为.在衬底温度为380℃时,在Al_(0.4)Ga_(0.6)As薄膜上沉积3 MLGa液滴;在零砷压下,通过改变退火时间(0 s, 150 s, 300 s, 450 s, 600 s)观察液滴形貌变化,利用剖面线、坑洞和液滴的比例变化分析发现液滴高度随时间延长越来越低,直至形成坑洞,Ga液滴内部的原子在Al_(0.4)Ga_(0.6)As表面上首先向外扩散,而后与表面As原子结合成环,约在退火时间到500 s时扩散模式逐步变化为向下溶蚀.利用公式计算出最初Ga覆盖率约为2.6 ML,并且在380℃下Ga液滴在Al_(0.4)Ga_(0.6)As表面的液滴消耗速率为0.0065 ML/s.     

具有不同交换偏置方向的外延FeGa/IrMn双层膜的磁各向异性与磁化翻转

采用磁控溅射方法在MgO(001)单晶衬底上制备了交换偏置分别沿着FeGa [100]和[110]方向的FeGa/IrMn外延交换偏置双层膜,研究了交换偏置取向对磁化翻转过程与磁化翻转场的影响.铁磁共振场的角度依赖关系的测量与拟合,表明样品存在不同取向的四重对称磁晶各向异性、单向交换磁各向异性和单轴磁各向异性的叠加.矢量磁光克尔效应测量表明交换偏置沿着[100]方向的样品在不同磁场方向下表现矩形、非对称和单边两步磁滞回线;交换偏置沿着[110]方向的样品在不同磁场方向下表现单边两步和双边两步磁滞回线.考虑不同交换偏置方向的畴壁形核和位移模型,能够很好地解释磁化翻转路径随磁场方向的变化规律和拟合磁化翻转场的角度依赖关系,表明交换偏置方向的改变使得畴壁形核能发生显著变化.     

Si(110)和Si(111)衬底上制备InGaN/GaN蓝光发光二极管

分别在Si(110)和Si(111)衬底上制备了In Ga N/Ga N多量子阱结构蓝光发光二极管(LED)器件.利用高分辨X射线衍射、原子力显微镜、室温拉曼光谱和变温光致发光谱对生长的LED结构进行了结构表征.结果表明,相对于Si(111)上生长LED样品,Si(110)上生长的LED结构晶体质量较好,样品中存在较小的张应力,具有较高的内量子效率.对制备的LED芯片进行光电特性分析测试表明,两种衬底上制备的LED芯片等效串联电阻相差不大,在大电流注入下内量子效率下降较小;但是,相比于Si(111)上制备LED芯片,Si(110)上LED芯片具有较小的开启电压和更优异的发光特性.对LED器件电致发光(EL)发光峰随驱动电流的变化研究发现,由于Si(110)衬底上LED结构中阱层和垒层存在较小的应力/应变而在器件中产生较弱的量子限制斯塔克效应,致使Si(110)上LED芯片EL发光峰随驱动电流的蓝移量更小.     

GaAs(311)A衬底上自组装InAs量子点的结构和光学特性

报道了GaAs(311)A衬底上的自组装InAs量子点的结构和光学特性.原子力量显微镜结果表明（311）A GaAs衬底上的InAs量子点呈箭头状,箭头方向沿[233]方向.实验发现,量子点的光致发光（PL)强度、峰位、半高宽都与测量温度密切相关.随着温度的升高,量子点的发光强度减小,峰位快速红移,半高宽单调下降.可以认为这是由于载流子先被热激活到浸润层势垒后再被俘获到能量较低的量子点中进行复合造成的,这一模型圆满解释了我们的实验结果. 关键词：     

生长方向对量子点应变与应变弛豫的影响

由于材料弹性的各向异性与表面能的各向异性, 不同的生长方向或生长面, 量子点有不同的力学性能与行为. 本文基于各向异性弹性理论的有限元方法, 以金字塔型自组织InAs/GaAs半导体量子点为研究对象, 分别在7个常见的生长方向或生长面上, 对其应变能和应变弛豫能、自由能等进行了分析计算, 得到了这些能量随生长方向的变化规律. 结果表明(211)量子点应变弛豫能最大, 而(100)量子点应变弛豫能最小. 这些结果可为可控制备量子点提供理论参考. 关键词： 量子点 生长方向 平衡形态 应变弛豫     

金红石TiO_2中本征缺陷扩散性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论的爬坡弹性带方法,对金红石相二氧化钛晶体中钛间隙、钛空位、氧间隙、氧空位4种本征缺陷的扩散特征进行了研究.对比4种本征缺陷在晶格内部沿不同扩散路径的过渡态势垒后发现,缺陷扩散过程呈现出明显的各向异性.其中,钛间隙和氧间隙沿[001]方向具有最小的扩散势垒路径,激活能分别为0.505 eV和0.859 eV;氧空位和钛空位的势垒最小的扩散路径分别沿[110]方向和[111]方向,激活能分别为0.735 eV和2.375 eV.     

GaAs(001)图形衬底上InAs量子点的定位生长

InAs/GaAs量子点是重要的单光子源,位置可控量子点对实现可寻址易集成的高性能量子点光源具有重要意义.本文详细研究了氢原子条件下GaAs (001)图形衬底的低温脱氧过程,低温GaAs缓冲层生长中沟槽形貌的演化过程,以及沟槽形貌对量子点形核位置的影响.发现GaAs衬底上纳米沟槽侧壁的倾斜角较小时, InAs量子点会优先生长于沟槽底部;当沟槽的侧壁倾斜角较大时, InAs量子点则会优先生长于沟槽两侧的外边沿位置.此外,本文还研究了纳米孔洞侧壁的倾斜角对量子点成核位置的影响,实现了双量子点分子和四量子点分子的定位生长.