反射式高能电子衍射实时监控的分子束外延生长GaAs晶体衬底温度校准及表面相变的研究

以反射式高能电子衍射(RHEED)作为实时监测工具,根据GaAs(100)表面重构相与衬底温度、As₄等效束流压强之间的关系,对分子束外延(MBE)系统中衬底测温系统进行了校准,这种方法也适用于其他的MBE系统.为生长高质量的外延薄膜材料、研究InGaAs表面粗糙化及相变等过程提供了实验依据. 关键词： 分子束外延 反射式高能电子衍射 表面重构 温度校准     

GaAs衬底温度对液滴外延法生长In液滴的影响

采用液滴外延法在GaAs(001)衬底上生长In液滴,利用原子力显微镜(AFM)对不同衬底温度下生长的样品进行表征,观察其表面形貌.研究表明In液滴的生长对衬底温度十分敏感,随着衬底温度的升高,液滴密度逐渐减小,液滴尺寸逐渐增大.分析了In液滴在不同衬底温度形成过程的物理机制,解释了该实验现象的原因.根据成核理论中最大...     

Design of cylindrical conformal transmitted metasurface for orbital angular momentum vortex wave generation

We propose a cylindrical conformal transmitted metasurface for orbital angular momentum vortex wave generation. Formulas for calculating the phase distributions of cylindrical conformal transmitted metasurface is presented. A prototype of the proposed conformal transmitted metasurface is designed, fabricated and measured. Measured results shows that the proposed conformal transmitted metasurface can effectively generate vortex waves, which verifies the effectiveness of our method. The proposed method may pave the way of vortex wave generation with cylindrical conformal devices.     

InGaAs薄膜表面的粗糙化过程

采用STM分析InGaAs表面形貌演变研究InGaAs表面的粗糙化和预粗糙化等相变过程, 特别针对In_0.15Ga_0.85As薄膜表面预粗糙化过程进行了深入研究. 发现In_0.15Ga_0.85As薄膜在不同的衬底温度和As等效束流压强下表现出不同的预粗糙化过程. 在低温低As等效束流压强下, 薄膜表面将经历从有序平坦到预粗糙并演变成粗糙的过程, 起初坑的形成是表面形貌演变的主要形式, 随着退火时间的延长, 大量坑和岛的共同形成促使表面进入粗糙状态; 在高温高As等效束流压强下薄膜表面将率先形成小岛, 退火时间延长后小岛逐渐增加并最终达到平衡态, 表面形貌将长期处于预粗糙状态.     

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.     

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.     

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.     

基于液滴外延法的Al(In)纳米结构在GaAs(001)的形成机制

采用液滴外延法在GaAs(001)衬底上同时沉积In、Al液滴形成纳米结构,利用原子力显微镜(AFM)对实验样品进行形貌表征,并通过X射线光电子能谱(XPS)与扫描电子显微镜分析In、Al组分比样品表面元素分布。实验结果显示,混合沉积后的表面InAlAs纳米结构密度随着In组分的降低而降低,而单个纳米结构的尺寸变大。SEM与XPS测试结果证明表面的In并没有因为衬底温度过高而全部偏析。根据实验结果推测,In&Al液滴同时沉积到表面形成InAl混合液滴。当液滴完全晶化后纳米结构中心出现孔洞,而产生这一现象的主要原因是液滴向下刻蚀。     

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.     

Microstructure,optical,and photoluminescence properties ofβ-Ga2O3films prepared by pulsed laser deposition under different oxygen partial pressures

Theβ-Ga₂O₃films are prepared on polished Al₂O₃(0001)substrates by pulsed laser deposition at different oxygen partial pressures.The influence of oxygen partial pressure on crystal structure,surface morphology,thickness,optical properties,and photoluminescence properties are studied by x-ray diffraction(XRD),atomic force microscope(AFM),scanning electron microscope(SEM),spectrophotometer,and spectrofluorometer.The results of x-ray diffraction and atomic force microscope indicate that with the decrease of oxygen pressure,the full width at half maximum(FWHM)and grain size increase.With the increase of oxygen pressure,the thickness of the films first increases and then decreases.The room-temperature UV-visible(UV-Vis)absorption spectra show that the bandgap of theβ-Ga₂O₃film increases from4.76 e V to 4.91 e V as oxygen pressure decreasing.Room temperature photoluminescence spectra reveal that the emission band can be divided into four Gaussian bands centered at about 310 nm(~4.0 e V),360 nm(~3.44 e V),445 nm(~2.79 e V),and 467 nm(~2.66 e V),respectively.In addition,the total photoluminescence intensity decreases with oxygen pressure increasing,and it is found that the two UV bands are related to self-trapped holes(STHs)at O1 sites and between two O2-s sites,respectively,and the two blue bands originate from V_Ga^2-at Ga1 tetrahedral sites.The photoluminescence mechanism of the films is also discussed.These results will lay a foundation for investigating the Ga₂O₃film-based electronic devices.