高温液滴外延生长先进光电材料

分子束液滴外延生长三维纳米结构不仅适用于晶格失配,也适用于晶格匹配材料系统。在高温条件时,这种技术制备的结构具有相对高的光学和电学性能,也表现出丰富多彩的形貌特征,包括量子环、量子点分子和纳米孔等。将着重介绍高温液滴外延生长技术的最新进展,同时讨论这种技术应用在光电材料领域的前景和挑战。     

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.     

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.     

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.     

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。     

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     

InN量子点的液滴外延及物性表征

由于1. 55μm波段广泛应用于通信领域,为了探索不同生长温度对InN量子点的形貌影响,并且实现自组装InN量子点在1. 55μm通信波段的发光,对InN量子点的液滴外延及物性进行了相关研究。首先利用射频等离子体辅助分子束外延(PA-MBE)技术在GaN模板上,采用液滴外延方法在3种温度下生长了InN量子点结构。生长过程中靠反射高能电子衍射(RHEED)对样品进行原位监控。原子力显微镜(AFM)表征结果表明随着生长温度升高,量子点尺寸变大,密度减小。在生长温度350℃和400℃下,观测到了量子点;当温度高于450℃时,未观测到InN量子点。当生长温度为400℃时,量子点形貌最好,密度为6×10~8/cm~2,对400℃下生长的InN量子点进行了变温PL测试,成功得到InN量子点在1. 55μm波段附近的光致发光,并且随着测试温度的升高,量子点的发光峰位发生了先红移后蓝移最后又红移的S型曲线变化,这种量子点有望在未来应用于量子通信领域。     

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.     

高Al组分AlGaN多量子阱结构材料发光机制探讨

紫外LED的发光功率和效率还远不能令人们满意,波长短于300 nm的深紫外LED的发光效率普遍较低。厘清高Al组分Al Ga N多量子阱结构的发光机制将有利于探索改善深紫外LED的发光效率的新途径、新方法。为此,本文通过金属有机气相外延技术外延生长了表面平整、界面清晰可辨且陡峭的高Al组分AlGa N多量子阱结构材料,并对其进行变温光致发光谱测试,结合数值计算,深入探讨了Al Ga N量子阱的发光机制。研究表明,量子阱中具有很强的局域化效应,其发光和局域激子的跳跃息息相关,而发光的猝灭则与局域激子的解局域以及位错引起的非辐射复合有关。     

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。     

Surface mediated control of droplet density and morphology on GaAs and AlAs surfaces

We present a comparative study of gallium (Ga) and aluminium (Al) droplets fabricated on GaAs (100) and AlAs (100) surfaces. Higher density of Ga droplets is achieved on AlAs surface compared with GaAs surface. Similarly, the density of Al nanostructures is higher on AlAs surface than on GaAs surface, even though different morphologies are obtained on each surface. Further, while uniform Ga droplets are formed on both GaAs and AlAs surfaces, Al rings and dots, with big inhomogeneity, are observed on GaAs and AlAs surface, respectively. This investigation suggests that size and shape of nanostructures grown by the droplet epitaxy method can be designed by employing different surfaces. (© 2010 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Magneto-photoluminescence study of InGaAs quantum dots fabricated by droplet epitaxy

We have successfully measured magneto-photoluminescence of InGaAs quantum dots (QDs) fabricated by droplet epitaxy with highly dense Ga droplets, termed separated-phase enhance epitaxy with droplets (SPEED). In the low magnetic field region, the PL peak energy shift increases linearly with square of the magnetic field. From the estimated Bohr radii for the QDs, it is found that the size of the QDs in the lateral direction is 2.7-times larger than that in the vertical direction. Moreover, using high magnetic region for estimating the detailed lateral size, the cyclotron radius around 25 T in the QDs becomes equal to the lateral size of the QDs. The cyclotron radius of 5.1 nm at 25 T suggests that the size of the InGaAs QDs in lateral direction might be as small as about 10 nm.     

后退火对InxGa1—xAs单层量子点光学性质的影响

研究了以ＧａＡｓ和Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ为基体,当铟的摩尔分数（ｘ）不同时,后退火对ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ单层量子点光致荧光（ＰＬ）谱特性的影响。后退火将导致铟含量不同的样品（ｘ＝０．２３,０．３７,０．５０,１．０）的ＰＬ谱线宽度变窄和蓝移。对于ＧａＡｓ基体,在７００℃退火９０分钟所造成的ＰＬ谱蓝移与退火３０分钟相似;（仅当ｘ＝０．２３时,退火９０分钟所造成的ＰＬ谱蓝移小于３０分钟）。对于Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ基体,在７００℃退火３０分钟和９０分钟,其ＰＬ谱蓝移是不同的。     

Characterization of (In,Ga)As/GaAs strained-layer multiple quantum wells with high-resolution X-ray diffraction and computer simulations

Pseudomorphic, highly strained (In,Ga)As/GaAs multiple quantum well structures were grown by molecular beam epitaxy and characterized by high-resolution X-ray diffraction. Thickness, lattice mismatch and chemical composition of the quantum wells were determined from measurements of satellite Bragg reflections and comparison with calculated rocking curves. In periodic structures, quantum wells with a width of less than 10 nm can be characterized by this technique. The results are compared with transmission electron microscopy, optical absorption and optical emission spectroscopy.     

Transmission electron microscopy study of vertical quantum dots molecules grown by droplet epitaxy

The compositional distribution of InAs quantum dots grown by molecular beam epitaxy on GaAs capped InAs quantum dots has been studied in this work. Upper quantum dots are nucleated preferentially on top of the quantum dots underneath, which have been nucleated by droplet epitaxy. The growth process of these nanostructures, which are usually called as quantum dots molecules, has been explained. In order to understand this growth process, the analysis of the strain has been carried out from a 3D model of the nanostructure built from transmission electron microscopy images sensitive to the composition.     

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.     

Formation and crystal structure of GaSb/GaP quantum dots

The atomic structure of GaSb/GaP quantum dots grown via molecular beam epitaxy on a (100) GaP surface at epitaxy temperatures of 420–470°C is investigated. It is established that, depending on morphology of the GaP growth surface, the deposition of 1 ML of GaSb leads to the formation of strained Ga(Sb, P)/GaP or fully relaxed GaSb/GaP quantum dots. The obtained heterostructures exhibit high photoluminescence efficiency.