自组织InAs/GaAs与InGaAs/GaAs量子点生长及退火情况的比较

本文采用MBE进行InAs/GaAs与InGaAs/GaAs量子点的生长,利用RHEED进行实时监测,并利用RHEED强度振荡测量生长速率。对生长的InAs/GaAs和InGaAs/GaAs两种量子点生长过程与退火情况进行对比,观察到当RHEED衍射图像由条纹状变为网格斑点时,InAs所需要的时间远小于InGaAs;高温退火下RHEED衍射图像恢复到条纹状所需要的时间InAs比InGaAs要长。     

MBE生长InGaAs/GaAs(001)多层矩阵式量子点

用分子束外延(MBE)设备以Stranski-Krastanov(S-K)生长模式,通过间歇式源中断方式外延生长了多个周期垂直堆垛的InGaAs量子点,首次获得大小及密度可调的In0.43Ga0.57As/GaAs(001)矩阵式量子点DWELL结构。样品外延结构大致为500nm的GaAs、多个周期循环堆垛InGaAs量子点和60ML的GaAs隔离层等。生长过程中用反射式高能电子衍射仪(RHEED)实时监控,样品经退火后使用扫描隧道显微镜(STM)进行表面形貌的表征。     

Ge基GaAs薄膜和InAs量子点MBE生长研究

采用分子束外延(MBE)法,在优化Ge衬底退火工艺的基础上,通过对比在(001)面偏<111>方向分别为0°、2°、4°和6°的Ge衬底上生长的GaAs薄膜,发现当Ge衬底的偏角为6°时有利于高质量GaAs薄膜的生长;通过改变迁移增强外延(MEE)的生长温度,发现在GaAs成核温度为375℃时,可在6°偏角的Ge衬底上获得质量最好的GaAs薄膜。通过摸索GaAs/Ge衬底上InAs量子点的生长工艺,实现了高效的InAs量子点光致发光,其性能接近GaAs衬底上直接生长的InAs量子点的水平。     

更正

(1)应作者要求更正基金项目编号,2011年第1期第82页自组织InAs/GaAs与InGaAs/GaAs量子点生长及退火情况的比较和2010年第6期第70页不同V/III束流比对GaAs(001)面重构相的影响这两篇论文中的基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号由60886001更正为60866001)。     

衬底温度及退火对液滴外延法生长InAs量子点的影响

研究了In液滴法生长InAs量子点时不同衬底温度,以及是否引入退火的量子点生长情况并建立了物理模型。发现In原子沉积在衬底表面会首先沿[11-0]方向形成条状量子线,由于表面能会趋于最小,量子线会分裂成小段成为量子点的核心,当衬底温度从460℃上升至480℃时,量子点增多的同时量子线减少,且纳米结构的平均高度从4.09nm上升至4.58nm。在衬底温度为480℃的条件下引入退火后,扫描区域内只存在量子点结构,纳米结构平均高度上升至8.56nm。认为In液滴法生长量子点,是一个先形成量子线,量子线再分裂形成量子点的核心,继而捕捉由ES势垒束缚在台阶边缘的原子形成量子点的过程,退火的引入会促进量子线-量子点的转化,提高尺寸均匀性,并由此建立了物理模型。     

快速热退火对多层Ge量子点晶体质量的影响

使用超高真空化学气相淀积(UHV/CVD)设备在Si衬底上生长多层Ge量子点,用双晶X射线衍射(DCXRD)、拉曼光谱(Raman)等手段表征在不同条件下快速热退火的Ge量子点材料的组分、应力等特性,研究了快速热退火对多层Ge量子点晶体质量的影响.结果表明:随着退火温度的升高,量子点中Ge的组分下降,量子点应变的弛豫程...     

InAs沉积量对InAs/GaAs量子点表面形貌的影响

基于分子束外延(MBE)技术,以反射式高能电子衍射仪(RHEED)作为实时监测工具,在经过Ga液滴刻蚀而具有纳米洞的GaAs衬底上沉积不同厚度的InAs材料形成量子点,并利用扫描隧道显微镜(STM)研究了量子点的形成及分布与InAs沉积量之间的关系。结果表明,在GaAs衬底平坦区,InAs按照SK模式生长,在纳米洞位置,洞内及其周围的台阶会约束量子点的生长成核,而随着InAs沉积量的增加,这种约束会逐渐减小。特别是当InAs沉积量为2ML时,在纳米洞周围会形成尺寸均匀、分布有序且呈环状的量子点结构。     

量子点2D-3D完整生长过程的Monte Carlo模拟

利用蒙特卡罗模拟方法对GaAs衬底上MBE法自组织生长InAs量子点的过程进行了研究,完成了量子点二维到三维生长完整过程的模拟.充分考虑应力应变的影响因素,首次使用指数函数形式的应力应变模型,使模拟结果更加可靠.通过改变衬底温度, 生长停顿时间,得到了不同条件下量子点生长的计算机模拟图形并对结果进行了讨论.结果发现,适中的温度和较充分的迁移时间有助于生长出高质量的量子点.     

1.5微米波段GaAs基异变InAs量子点分子束外延生长

1.55微米波段GaAs基近红外长波长材料在光纤通讯,高频电路和光电集成等领域有潜在的应用价值。本文用分子束外延方法研究了GaAs基异变InAs量子点材料的生长,力图实现在拓展量子点发光波长的同时保持或增加InAs量子点的密度。在实验中,首先优化了In0.15GaAs异变缓冲层的生长,研究了生长温度和退火对减少穿通位错的作用。在此基础上,优化了长波长InAs量子点的生长。最终在GaAs基上获得了温室发光波长在1491nm,半高宽为27.73meV,密度达到4×1010cm-2的InAs量子点。     

Ge/Si量子点生长的研究进展

回顾了近年来在Ge/Si量子点生长方面的研究进展.主要讨论了为了提高量子点空间分布有序性、增大量子点的密度、减小量子点的尺寸及改善其分布均匀性而采取的各种方法,如图形衬底辅助生长、表面原子掺杂及利用超薄SiO2层辅助生长等,以及Ge量子点的演变及组分变化.     

间歇式As中断生长InGaAs/GaAs量子点

采用间歇式As中断方法利用分子束外延(MBE)生长了不同厚度的InGaAs量子点,并通过反射式高能电子衍射仪(RHEED)以及扫描隧道显微镜(STM)对其表面进行形貌表征与分析。研究发现间歇式As中断方法有利于改善量子点的均匀性,同时量子点的表面形貌特征由生长温度和沉积厚度决定;量子点沉积厚度越大,量子点面密度越高;在一定生长温度范围内,生长温度越高量子点分布均匀性越强,反之则越弱;研究还发现InGaAs量子点的生长过程中存在3个截然不同的阶段和两种明显的生长模式转变点,3个阶段分别是层状生长阶段、量子点形成阶段和量子点自合并成熟阶段,两种生长模式转变点分别是SK转变和量子点自合并熟化转变。     

In0.14Ga0.86As/GaAs（4×3）表面的RHEED及STM分析

以在UHV/MBE-STM联合系统上生长的19ML的InGaAs/GaAs样品为研究对象,先在GaAs(001)衬底上外延生长0.37μm的GaAs缓冲层,再外延生长19ML的InGaAs,通过样品生长速率大致确定其组分为In0.14Ga0.86As,通过反射式高能电子衍射(RHEED)及扫描隧道显微镜分析发现其表面主要由占大多数的4×3及少量的α2(2×4)重构混合而成,并用软件模拟RHEED对实验结果进行了验证。     

温度对InAs/GaAs量子点生长影响的动力学蒙特卡罗模拟

采用动力学蒙特卡罗模型模拟了GaAs应变弛豫图形衬底上InAs量子点阵列生长早期阶段,温度对浸润层之上第一层亚单原子层阶段的影响.通过对生长表面形态、岛平均大小、岛大小分布及其标准差等方面的研究,证明了通过控制温度能够得到大小均匀、排列有序的岛阵列,这对后续量子点生长的定位和尺寸控制有重要影响.     

InAs自组织量子点(线)的制备和表征

在InP(001)基衬底上用分子束外延方法生长了InAs纳米结构材料，通过改变生长方式，得到了InAs量子点和量子线。根据扫描电镜和透射电镜观测结果的分析，认为衬底旋转时浸润层三角形状的台阶为InAs量子线的成核提供了优先条件，停止衬底旋转时InAlAs缓冲层沿[11^-0]方向分布的台阶促使InAs优先形成量子点。讨论了量子点和量子线的形成机理。     

单光子源低密度长波长InAs／GaAs量子点的制备

通过优化分子束外延生长条件,得到室温发光在1300nm低密度的自组织InAs/GaAs量子点.使用极低的InAs生长速率(0.001单层/秒)可以把量子点的密度降低到4×106cm-2.这些结果使得InAs/GaAs量子点可以作为单光子源应用在未来的光纤基量子密码、量子通信中.     

Al_(0.26)Ga_(0.74)As/GaAs(001)表面形貌的热力学分析

采用分子束外延(MBE)技术在GaAs衬底上生长Al_(0.26)Ga_(0.74)As外延层,并在相同的退火条件下,分别退火0,10,20,40 min。利用扫描隧道显微镜对不同退火时间下Al_(0.26)Ga_(0.74)As/GaAs样品表面进行了扫描,得出不同退火时间Al_(0.26)Ga_(0.74)As/GaAs表面形貌特点。在40 min的热退火后,Al_(0.26)Ga_(0.74)As/GaAs表面完全熟化。本文采用基于热力学理论的半平台扩散理论模型估测获得平坦Al_(0.26)Ga_(0.74)As/GaAs薄膜表面所需退火时间,根据理论模型计算得到Al_(0.26)Ga_(0.74)As/GaAs平坦表面的退火时间和实验获得平坦表面所需退火时间一致。     

退火条件对Sn量子点生长和红外光学性质的影响

首次采用固相外延生长技术在Si(001)表面直接生长Sn量子点,并应用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和同步辐射傅里叶红外光谱(FTIR)研究了退火条件对量子点样品的表面形貌、结晶性和红外光学性质的影响.AFM结果表明,随着退火温度的升高和退火时间的延长,量子点的平均尺寸变大,面密度减小.XRD结果显示,外延得到的Sn量子点为四方结构的β-Sn,与衬底的相对取向为Sn(110)//Si(001).由于β-Sn量子点的尺寸仍较大,同步辐射FTIR谱中没有观察到量子点的特征吸收峰.     

氧化硅衬底上高密度锗量子点的微结构研究

以化学氧化生成的SiO2缓冲层作为衬底,利用分子束外延(MBE)系统通过直接生长以及后期退火的方式获得了高密度(1011cm-2)的锗量子点结构。借助于扫描电镜和电子衍射等进一步研究了其生长机理,与传统的S-K生长模式进行比较并给出了清晰的微观结构示意图。拉曼光谱证实此类微结构中有压应力的存在,而退火后的量子点则应力得到释放。     

InP(001)基衬底上自组织生长InAs量子点(线)的光学性质研究

在InP(001)基衬底上用分子柬外延方法生长InAs纳米结构材料，通过衬底的旋转与否及混合生长模式，得到了两种InAs量子点和量子线，并研究了量子点、线的光学性质，结果表明，两种方式都可生长出较强发光的量子点(线)；由量子点排列构成的量子线的光致发光光谱呈现出多峰结构，分析和理论计算表明这是InAs量子线上各量子点在垂直方向上不同高度分布和非连续性而造成的。     

斜切衬底自组装模板形成机制及生长有序量子点的研究进展

在斜切基片表面上引入原子台阶并对物理表面进行改性,可提高表面吸附原子的成核率及抑制量子点的合并,实现三维量子点在Stranski-Krastanov(S-K)模式生长的调控生长。概述了斜切基片法在Si衬底上生长有序量子点的研究进展;介绍了斜切基片作为图形衬底生长有序量子点的应用。叙述了斜切基片产生台面、台阶和扭结的图形衬底结构机制及影响因素,探讨了台阶模板形成机制及台阶模板上生长量子点的研究进展。