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.     

溅射沉积自诱导混晶界面与Ge量子点的生长研究

在不同的沉积温度下采用离子束溅射技术,在Si基底上生长得到分布密度高、尺寸单模分布的圆顶形Ge量子点.研究发现:随沉积温度的升高Ge量子点的分布密度增大,尺寸减小,当沉积温度升高到750 ℃时,溅射沉积15个单原子层厚的Ge原子层,生长得到高度和底宽分别为14.5和52.7 nm的Ge量子点,其分布密度高达1.68×10¹⁰ cm^-2;Ge量子点的形貌、尺寸和分布密度随沉积温度的演变规律与热平衡状态下气相凝聚的量子点不同,具有稳定形状特征和尺寸分布的Ge量子点是 关键词： Ge量子点 离子束溅射沉积 表面原子行为 混晶界面     

原子轰击调制离子束溅射沉积Ge量子点的生长演变

采用离子束溅射沉积的方法在Si衬底上生长Ge量子点,观察到量子点的生长随Ge原子层沉积厚度θ的增加经历了两个不同的阶段.当θ在6—10.5个单原子层(ML)范围内时,量子点的平均底宽和平均高度随θ增加同时增大,生长得到高宽比较小的圆顶形Ge量子点,伴随着量子点的生长,二维浸润层的厚度同时增大,量子点的分布密度缓慢增加;当θ在11.5一17 ML范围内时,获得高宽比较大的圆顶形Ge量子点,量子点以纵向生长为主导,二维浸润层的离解促进量子点的成核和长大,量子点的分布密度随θ的增加快速增大;量子点在θ由10.5 ML增加到11.5 ML时由一个生长阶段转变到另一个生长阶段,其分布密度同时发生6.4倍的增加.离子束溅射沉积Ge量子点的生长演变与在热平衡状态下生长的量子点不同,在量子点的不同生长阶段,其表面形貌和分布密度的变化特点是在热力学条件限制下表面原子动态演变的结果,θ的变化是引起系统自由能改变的主要因素.携带一定动能的溅射原子对生长表面的轰击促进表面原子的扩散迁移,同时压制量子点的成核,在浸润层中形成超应变状态,因而,改变体系的能量和表面原子的动力学行为,对量子点的生长起重要作用.     

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.     

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。     

Ga液滴沉积速率对GaAs/GaAs(001)量子双环形貌的影响

采用液滴外延法在GaAs (001)衬底上制备同心量子双环(concentric quantum double rings, CQDRs),利用原子力显微镜表征其表面形貌,并研究Ga液滴沉积速率对CQDRs的影响.研究结果发现,随着Ga液滴沉积速率的增加, CQDRs的密度增加,内外环半径均降低.根据成核理论中最大团簇密度和Ga液滴沉积速率之间的关系拟合出临界成核原子数目为5,表明在Ga液滴形成阶段时稳定的Ga原子晶核至少包含5个Ga原子;根据成核理论和拟合结果绘制成核过程状态转化图以深入理解Ga液滴形成过程.相关研究结果对液滴外延法制备密度可控的GaAs同心量子双环具有一定的指导意义.     

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     

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。     

以S-K和V-W模式生长ZnCdSe和ZnSeS量子点及其特性

用低压金属有机化学气相外延(LP-MOCVD)技术,以Stranski Krastanow(S-K)模式,在GaAs衬底上生长了CdSe和ZnCdSe量子点(QDs)。用原子力显微镜(AFM),观测到了外延层低于临界厚度时,CdSe自组装量子点的形成过程,并把其机理归结为表面扩散效应和应变弛豫效应的联合作用。依据理论计算外延层临界厚度值的指导,用LP-MOCVD技术在GaAs衬底上生长了ZnCdSe量子点,详细观测了ZnCdSe量子点的形成和演变,这些过程可用Ostwald熟化过程和形成过程的联合作用来解释。用LP-MOCVD技术,以Volmer Weber(V-W)模式,在GaAs衬底上生长了ZnSeS量子点,随着生长时间的增加,量子点尺寸增大,而量子点密度减少,这些现象可用表面自由能来解释。     

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.     

红光InAlAs量子点的结构和光学性质

利用ＭＢＥ方法在（００１）衬底上成功地生长密度大、尺寸小、发红光的ＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子点结构。通过原子力显微镜观察表明,ＩｎＡｌＡｓ量子的密度和大小都随覆盖厚度的增加而增大;发现Ａｌ原子的表面迁移率决定ＩｎＡｌＡｓ量子点的形貌,光荧光谱证实了量子点的发光峰值在红光范围,并结合形貌的统计得到了量子点的发光峰展宽主要昌受量子点的横向尺寸影响。     

Formation conditions for InAs/GaAs quantum dot arrays by droplet epitaxy under MOVPE conditions

The first stage of formation of InAs/GaAs quantum-dot heterostructures by droplet epitaxy is investigated. Factors influencing the geometrical size and density of arrays of indium nanodrops deposited by trimethylindium pyrolysis on the GaAs(100) substrate are analyzed, and the possibility of using these factors in the process of metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) are studied. To refine the temperature dependence of the In evaporation rate, a computational experiment taking into account real MOVPE conditions is conducted. An ultimate change in the composition of In droplets contacting the substrate at a high temperature is estimated, and the thickness and composition of crystallizing In-Ga-As solid solution are calculated. It is shown that the size and density of the droplet array to a great extent depend on the crystallochemical structure of the substrate surface and deposition conditions.     

Dependence of bimodal size distribution on temperature and optical properties of InAs quantum dots grown on vicinal GaAs （100） substrates by using MOCVD

Self-assembled InAs quantum dots (QDs) are grown on vicinal GaAs (100) substrates by using metal-organic chemical vapour deposition (MOCVD). An abnormal temperature dependence of bimodal size distribution of InAs quantum dots is found. As the temperature increases, the density of the small dots grows larger while the density of the large dots turns smaller, which is contrary to the evolution of QDs on exact GaAs (100) substrates. This trend is explained by taking into account the presence of multiatomic steps on the substrates. The optical properties of InAs QDs on vicinal GaAs(100) substrates are also studied by photoluminescence (PL) . It is found that dots on a vicinal substrate have a longer emission wavelength, a narrower PL line width and a much larger PL intensity.     

Si纳米量子点的LPCVD自组织化形成及其生长机理研究

采用低压化学汽相沉积(LPCVD)方法，依靠纯SiH₄气体分子的表面热分解反应， 在由Si—O—Si键和由Si—OH键终端的两种SiO₂表面上，自组织生长了Si纳米量子点. 实 验研究了所形成的Si纳米量子点密度随SiO₂表面的反应活性位置数、沉积温度以及反应气 压的变化关系. 依据LPCVD的表面热力学过程，定性地分析了Si纳米量子点的形成机理.研究结果对具有密度分布均匀和晶粒尺寸可控的Si纳米量子点的自组织生长，以及Si基新型量子电子器 关键词： Si纳米量子点 LPCVD 自组织化形成 生长机理     

高速率沉积磁控溅射技术制备Ge点的退火生长研究

采用磁控溅射技术在Si衬底上以350?C沉积14 nm的非晶Ge薄膜,通过退火改变系统生长热能,实现了低维Ge/Si点的生长.利用原子力显微镜(AFM)和拉曼(Raman)光谱所获得的形貌和声子振动信息,对Ge点的形成机理和演变规律进行了研究.实验结果表明:在675?C退火30 min后,非晶Ge薄膜转变为密度高达8.5×109cm-2的Ge点.通过Ostwald熟化理论、表面扩散模型和对激活能的计算,很好地解释了退火过程中,Ge原子在Si表面迁移、最终形成纳米点的行为.研究结果表明用高速沉积磁控溅射配合热退火制备Ge/Si纳米点的方法,可为自组织量子点生长实验提供一定的理论支撑.     

Nanophotonic droplet: a nanometric optical device consisting of size- and number-selective coupled quantum dots

Although recent advances in fabrication technologies have allowed the realization of highly accurate nanometric devices and systems, most approaches still lack uniformity and mass-production capability sufficient for practical use. We have previously demonstrated a novel technique for autonomously coupling heterogeneous quantum dots to induce particular optical responses based on a simple phonon-assisted photocuring method in which a mixture of quantum dots and photocurable polymer is irradiated with light. The cured polymer sequentially encapsulates coupled quantum dots, forming what we call a nanophotonic droplet. Recently, we found that each quantum dot in the mixture is preferably coupled with other quantum dots of similar size due to a size resonance effect of the optical near-field interactions between them. Moreover, every nanophotonic droplet is likely to contain the same number of coupled quantum dots. In this paper, we describe the basic mechanisms of autonomously fabricating nanophotonic droplets, and we examine the size- and number-selectivity of the quantum dots during their coupling process. The results from experiments show the uniformity of the optical properties of mass-produced nanophotonic droplets, revealed by emission from the contained coupled quantum dots, due to the fundamental characteristics of our method.     

Sub-10-nm multifacet domelike Ge quantum dots grown on clean Si (001) (2×1) surface

Sub-10-nm multifacet domelike Ge quantum dots (QDs) ensembles with uniform size have been achieved on a clean Si (001) (2×1) reconstructed surface at a substrate temperature of 450°C, total Ge coverage of 7 ML, Ge deposition rate of ∼0.0115 ML/s and no post-annealing. Their areal density and diameter are 5.2×10¹¹ cm⁻² and 7.2±2.3 nm, respectively, which is explained by a pit-mediated mass transferring nucleation mechanism suggested by us. According to the phase diagram analysis, their domelike morphology can be attributed to a relatively high growth temperature. Their high density and small size result in a strong non-phonon peak with a large blue shift of 0.19 eV in the low-temperature photoluminescence spectrum.