In原子在GaAs(001)表面的成核与扩散研究

近年来,半导体量子点特别是InAs量子点的基本物理性质和潜在应用得到了广泛研究。许多研究者利用InAs量子点结构的改变以调制其光电特性。本文采用液滴外延法在GaAs(001)表面沉积了不同沉积量的In(3 ML、4 ML、5 ML),以研究In的成核机制和表面扩散。实验发现,随着In沉积量的增加,液滴尺寸(包括直径、高度)明显增大。不仅如此,在相同的衬底温度下,沉积量越大,液滴密度越大。利用经典成核理论,计算了GaAs(001)表面In液滴形成的临界厚度为0.57 ML,计算的结果与已报道的实验一致。从In原子在表面的迁移和扩散,以及衬底中Ga和液滴中的In之间的原子互混原理解释了In液滴形成和形貌演化的机理。实验中得到的In液滴临界厚度以及In液滴在GaAs(001)上成核机理,可以为制备InAs量子点提供实验指导。     

Al_(0.17)Ga_(0.83)As/GaAs(001)薄膜退火过程的热力学分析

在As_4束流等效压强为1.2×10~(-3)Pa、退火60 min条件下改变退火温度,对Al_(0.17)Ga_(0.83)As/GaAs薄膜表面平坦化的条件进行了探讨.定量分析了薄膜表面坑、岛与平台的覆盖率和台阶-平台间薄膜粗糙度随退火温度变化的规律,得到最合适的退火温度为545℃(±1℃);根据退火模型发现退火温度的改变会影响参与熟化的原子的数量,熟化原子比θ正比于退火温度,即θ∝Τ.退火温度540℃条件下退火约60 min,薄膜表面达到基本平坦,推测此时0.20θ0.25;退火温度为545℃时,推测退火时间约为55-60 min.本实验得到的结论可以为生长平坦的Al_(0.17)Ga_(0.83)As/GaAs薄膜提供理论与实验指导.     

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.     

AlxGa1-xAs材料结构与物理特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论,对Al组分由0～1变化时AlxGa1-xAs体系的晶体结构、差分电荷密度、光电性质以及热力学性质进行第一性原理计算.得到AlxGa1-xAs体系的晶格常数a与Al组分x之间呈线性增加关系.能带结构图显示其禁带宽度将随掺入Al组分x的增加而变大,并且当x≥0.5时,体系能带由直接带隙变为间接带隙.静介电系数ε1(0)随掺入Al组分增加而减小,吸收系数带边随x增大而发生蓝移现象.由材料体系的德拜温度随Al组分的变化情况可知,Al组分增加,体系的声速和弹性劲度常数也相应地增大,高温时比热容的非线性增大是单位质量内AlxGa1-xAs的原胞数非线性增加所导致.通过分析不同Al组分下AlxGa1-xAs体系的光电特征、热力学性质,从而为AlxGa1-xAs在光电子器件以及太阳能电池等方面的应用以及后续的深入研究打下理论基础.     

Effect of initial crystallization temperature and surface diffusion on formation of GaAs multiple concentric nanoring structures by droplet epitaxy

GaAs multiple concentric nano-ring structures(CNRs)are prepared with multistep crystallization procedures by droplets epitaxy on GaAs(001)to explore the influence of different initial crystallization temperatures on CNRs morphology.Atomic force microscope(AFM)images show that GaAs nanostructures are more likely to form elliptical rings due to diffusion anisotropy.Meanwhile,with the increase of initial crystallization temperature,the inner ring height and density of CNRs are increased,and outer rings are harder to form.In addition,the mechanism of formation of CNRs is discussed by classical nucleation theory and diffusion theory.The method can be used to calculate the diffusion activation energy of gallium atoms(0.7±0.1 eV)on the GaAs(001)surface conveniently.