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.     

尺寸分布和界面混合对InAs/GaAs量子点光学性质的影响

研究了自组织生长模式(S-K modes)下量子点尺寸的不均匀分布对量子点发光性质的影响,对其光致发光峰进行了拟合计算.研究发现,量子点尺寸的不均匀分布导致了量子点发光峰的展宽以及发光峰位的红移.另一方面,后处理工艺中的退火及质子注入引起的界面混合导致了量子点PL谱发光峰的蓝移及半高宽的减小.     

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。     

自组织InAs/GaAs量子点的X射线双晶衍射研究

用X射线双晶衍射方法测定了自组织生长的InAs／GaAs量子点的摇摆曲线，根据Takagi-Taupin方程对曲线进行了拟合。在考虑量子点层晶格失配的情况下，理论曲线和实验曲线符合得很好，从而确定了量子点垂直样品表面的失配度，约为4～6％，这与宏观连续体弹性理论的预测相近。结合电镜、原子力显微镜的观察结果表明对子单层沉积方法获得的量子点层采用化合物构层进行拟合所得结果是合理的。     

生长温度对InAs/GaAs横向异质结构纳米线形貌及晶体结构的影响

低维半导体材料因其超常的物理性能而受到了广泛关注和研究。本文采用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术,利用金作催化剂制备了InAs/GaAs横向异质结构纳米线,并讨论了不同生长温度情况下InAs横向异质材料对纳米线形貌及晶体结构的影响。提高InAs材料的生长温度,可以有效地抑制纳米线的纵向生长,使其实现横向异质结构的生长。在异质结构纳米线横向生长时发生了侧面晶面旋转的现象,这是纳米线表面重构后侧面趋向能量更低的晶面的结果。本文的研究工作为推动微纳技术的发展提供了相应的理论基础和科学依据。      

介电常数失配对InAs/GaAs应变量子阱中浅施主结合能的影响

研究了介电常数失配对ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ应变量子阱中浅施主结合能的影响。在有效质量近似下，利用变分方法计算了结合能随阱宽和杂质位置的变化。计算结果表明，介电常数失配对结合能的影响很大，这与前人的工作相符合，但晶格常数失配产生的应变对结合能的影响很小，并可以忽略。     

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。     

延长自组织InAs／GaAs量子点发光波长的研究进展

在近几年的InAs／GaAs自组织量子点的研究中，如何荻得1．3～1．55μm。长波长量子点材料是一个很热门的课题。本文综述了各种延长自组织InAs／GaAs量子点发光波长的方法，并提出了实用化的最佳途径。     

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.     

张应变GaAs层引入使InAs/InP量子点有序化排列的机理研究

采用ＬＰ－ＭＯＶＰＥ技术,在（００１）ＩｎＰ衬底上生长的ＩｎＡｓ／ＩｎＰ自组装量子点是无序的。为了解决这个问题,在ＩｎＰ衬底上先生长张应变的ＧａＡｓ层,然后再生长ＩｎＡｓ层,可得到有序化排列的量子点。本文对张应变ＧａＡｓ层引入使量子点有序化排列的机理进行了分析,为生长有序化、高密度,均匀性好自组装量子点提供了依据。     

应力补偿技术在InAs/GaAs量子点中的研究现状

通过在多层量子点体系中引入应变补偿层,改变量子点系统的应力场分布,可以控制生长过程中量子点的大小均匀性和密度,最终获得高质量、高密度的多层量子点体系,应用到量子点光电器件中,可改善器件的电学和光学性能。介绍了应变补偿层在量子点体系中作用的原理,常用的应变补偿材料体系,以及目前国内外对应变补偿技术的研究状况,最后提出了现存的问题和今后的发展方向。     

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。     

GaInP应力补偿层在InAs/GaAs量子点中的初步应用

利用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)技术生长了双层InAs/GaAs量子点,并将GaInP作为应力补偿层引入到其中,采用原子力显微镜(AFM)对量子点的结构和生长质量进行了表征与分析。实验结果表明,应变补偿层的采用可有效改善第二层量子点质量:(1)面密度最高可达7.5×1010 cm-2,而没有应变补偿层的样品的面密度仅为5.8×1010 cm-2;(2)缺陷岛密度可从不采用应变补偿时的9.6×107 cm-2降低至2.8×107 cm-2;(3)量子点的均匀性和尺寸也明显改善。此外,不同应变补偿层厚度比较实验结果显示,厚度过高或过低的应变补偿层都不能起到很好的补偿作用,取1~3nm之间为佳;不同GaInP补偿层组分的比较实验结果表明,Ga组分为0.566的样品补偿效果比0.606的样品更好。     

温度对离子束溅射生长Ge/Si量子点的形貌影响

采用离子束溅射技术,在不同温度的Si(100)衬底上生长了一系列Ge量子点样品,利用AFM和Raman光谱对样品表面形貌和结构进行表征,结果表明,随着温度升高,量子点密度增大(750℃生长的量子点密度达到1.85×1010cm-2),均匀性变好及结晶性增强;但随生长温度升高,Si-Ge互混程度也同时加剧。     

沉积速率对EB-PVD Ni-Cr薄膜表面形貌的影响

采用动态蒙特卡罗(KMC)方法模拟电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备Ni-Cr合金薄膜过程中沉积速率与薄膜微观结构之间的关系,并用分维理论研究薄膜表面形貌.研究结果表明:对于基板温度为500K,入射角度为35°的情况,沉积速率＜5μm/min时,薄膜表面分维均＜2.04,表面光滑,而当沉积速率＞5μm/min时薄膜分维随沉积速率增大而增大,表面变得越来越粗糙,直到沉积速率升高到1000μm/min时,分维达到最大值2.31,表面非常粗糙,具有细致的皱褶和缺陷.分维与沉积速率间的关系说明低沉积速率有利于分维小、表面光滑薄膜的制备,而高沉积速率使薄膜分维增大、表面结构更加复杂.该研究结果与沉积速率对EB-PVD薄膜表面粗糙度影响的研究结果一致,表明分维也是评价薄膜表面形貌的途径.     

溅射气压对Ge/Si纳米点表面形貌的影响

利用磁控溅射技术在Si(100)衬底上直接外延生长一系列不同压强下的Ge纳米点样品,并利用AFM、Raman和XRF对Ge纳米点样品形貌和结构进行了研究。结果表明Ge薄膜表面粗糙度在某一临界压强下发生突变,高能粒子热化的临界值与这种转变密切相联;分析讨论了Ge岛在不同溅射气压下的生长过程,在一定范围随着压强的增大会显示典型生长阶段的特征。     

生长温度对InAs／GaSb超晶格晶体结构和表面形貌的影响

采用分子束外延(MBE)技术,在GaSb(100)衬底上外延生长InAs(4ML)/GaSb(8ML)超晶格(SLs).研究了生长温度(400～440℃)对超晶格晶体结构和表面形貌的影响.结果表明,420℃生长的超晶格结构完整和表面粗糙度最小,其荧光光谱(PL)峰值波长在约2.54μm处,响应光谱50%截止波长在约2.4μm处.通过控制快门顺序形成InSb和混合两种界面,并发现生长温度强烈影响混合界面InAs/GaSb超晶格结构和表面形貌,而对InSb界面超晶格的影响较小.     

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。     

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。