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。     

SiO2/Si(111)表面Ge量子点的生长研究

Si衬底用化学方法清洗后,表面大约残余1.0 nm厚SiO2薄膜.利用原子力显微镜(AFM)和反射高能电子衍射(RHEED)来研究温度和Ge蒸发厚度对在SiO2薄膜表面生长的Ge量子点的影响.实验结果表明,当衬底温度超过500 ℃时,SiO2开始与Ge原子发生化学反应,并形成与Si(111)表面直接外延的Ge量子点.在650 ℃时,只有Ge的厚度达到0.5nm时,Ge量子点才开始形成.     

SiO2/Si(111)表面Ge量子点的生长研究

Si衬底用化学方法清洗后,表面大约残余1.0 nm厚SiO2薄膜.利用原子力显微镜(AFM)和反射高能电子衍射(RHEED)来研究温度和Ge蒸发厚度对在SiO2薄膜表面生长的Ge量子点的影响.实验结果表明,当衬底温度超过500 ℃时,SiO2开始与Ge原子发生化学反应,并形成与Si(111)表面直接外延的Ge量子点.在650 ℃时,只有Ge的厚度达到0.5nm时,Ge量子点才开始形成.     

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。     

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。     

GaAS/Si(100)异质外延4°偏角衬底对外延层结晶质量的提高(英文)

用低压金属有机物化学汽相沉积法(MOCVD)在Si(100)无偏角和Si(100)4°偏角衬底上外延生长GaAs层。异质外延采用两步生长法,并分别优化了两种衬底上的非晶低温缓冲层的生长条件。用X射线双晶衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对两种衬底上的GaAs外延层进行了结构表征,其中Si(100)4°偏角衬底上1.8μm厚GaAs的(004)面XRD衍射半高全宽338 arcsec,同比在无偏角衬底上的半高全宽为494arcsec,TEM图片显示4°偏角衬底上外延层中的位错密度大大降低。     

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.     

采用InGaP和InAlP作为虚衬底的张应变Ge薄膜的材料性质比较

我们利用气态源分子束外延设备在不同In组分的InGaP或InAlP虚衬底上生长Ge薄膜,并比较不同虚衬底上Ge薄膜的材料性质。利用拉曼光谱方法测得生长在InGaP虚衬底上的Ge薄膜最大的张应变量可达1.8%,而生长在InAlP虚衬底上的最大张应变量可达2.0%。通过对表面Ge进行腐蚀并测试电阻的方法,我们发现Ge生长在InGaP上存在平行导电问题,而Ge生长在InAlP上则可以消除平行导电的影响。通过霍尔测试验证了Ge受到张应变时对电子迁移率的提高作用。     

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.     

国内首次用分子束外延生长出短周期InAa／GaSb超晶格

中科院半导体研究所超晶格国家重点实验室采用分子束外延技术，成功地在GaAs村底上生长出高质量Gasb厚膜材料和2～3μm波段InAs／GaSb超晶格材料。这是国内首次用分子束外延技术在GaAs衬底上生长出短周期InAs／GaSb超晶格。     

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.     

热循环退火对InAs/Si(211)薄膜结构和电学性能的影响

InAs作为III-V族化合物半导体材料,可以应用于磁阻和霍尔元器件、量子点激光器元件、太阳能电池和红外探测器元件等方面,具有广泛的研究和应用前景.本文以Si(211)为衬底,采用热壁外延(hot wall epitaxy,HWE)技术制备了InAs薄膜,研究热循环退火(thermal cycle annealing,TCA)次数对InAs/Si(211)薄膜结构及电学性能的影响.热壁外延制备InAs薄膜的衬底温度为400℃,生长时间为4 h,不同的热循环退火次数为2、4、6、8、10.X射线衍射(XRD)测试表明:利用HWE技术在Si(211)衬底表面成功制备了闪锌矿结构的InAs薄膜,且沿(111)取向择优生长;TCA能够明显增强Si(211)衬底表面生长的InAs薄膜的择优取向.扫描电子显微镜(SEM)及原子力显微镜(AFM)测试分析表明:随着TCA次数增加到6次,InAs/Si(211)薄膜表面由于晶粒细化作用变得均匀平整,表面粗糙度从69.63 nm降低到56.43 nm,此时霍尔迁移率达到2.67×10~3cm~2/(V·s);过多的退火次数(≥8次)又会使薄膜表面的晶粒过大、缺陷增多,导致薄膜性能下降.     

生长参数对Si1-xGex:C合金薄膜中元素分布的影响

用化学气相淀积方法在Si(100)衬底上外延生长Ge组分渐变的Si1-xGexC合金薄膜.本文通过能量色散谱仪乔(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对合金薄膜的元素深度分布和表面形貌进行了表征,分析研究了外延层的生长温度、生长时间对Si1-xGexC合金薄膜性质的影响.结果表明,Si1-xGexC外延层生长温度和生长时间一定范围内的增加加强了岛与岛之间的合并,促进了衬底Si原子向表面扩散、表面Ge原子向衬底扩散,且生长温度比生长时间对Si、Ge原子互扩散的影响大.     

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。     

缓冲层生长速率对GaSb薄膜二维生长的影响

用分子束外延(MBE)法在GaAs(100)衬底上生长GaSb薄膜,得到了GaSb薄膜的优化生长工艺条件.为了降低因晶格失配度较大所引起的位错密度,采用低温(LT)GaSb作为缓冲层,研究了缓冲层的生长速率对GaSb薄膜二维生长的影响,并以此说明缓冲层在GaSb薄膜生长中所起的作用.通过X射线双晶衍射仪和原子力显微镜测试分析,得到当低温GaSb缓冲层的生长速率为1.43μm/h时,GaSb外延层中的位错密度最小,晶体质量最好.     

不同衬底温度下预沉积Ge对SiC薄膜生长的影响

分别在未沉积Ge和不同衬底温度(300、 500、700℃)沉积Ge条件下,利用固源分子束外延(SSMBE)技术在Si衬底上外延SiC薄膜.通过反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等仪器对样品进行测试.测试结果表明,预沉积Ge的样品质量明显好于未沉积Ge的样品,而且随着预沉积温度的升高,薄膜的质量在逐渐地变好.     

LPCVD法在GaN上生长Ge薄膜及其特性

本文报道了在GaN/蓝宝石作衬底生长Ge薄膜材料的外延生长及其特性研究。研究了不同外延生长条件。结果表明,使用低压化学气相外延技术在GaN/蓝宝石衬底复合衬底上可以生长Ge薄膜。高分辨X射线衍射谱研究得到了峰位分别位于2θ=27.3°、2θ=45.3°和2θ=52.9°的Ge峰.原子力显微镜研究表明得到的Ge薄膜的表面粗糙度为43.4nm。扫描电子显微镜研究表明生长的Ge/GaN/蓝宝石具有清晰的层界,表面Ge晶粒致密并且分布均匀。Raman谱表明所生长的Ge的TO声子峰位于299.6cm-1,这表明了生长的Ge薄膜具有良好的质量。     

多周期InGaAs量子点点阵与点链形貌研究

通过分子束外延生长方法,在GaAs(001)衬底上制备生长12周期,16周期,20周期的InGaAs/GaAs量子点,分析了多周期生长的InGaAs/GaAs量子点在16周期下出现较好分布的机理。以及在生长16周期的InGaAs/GaAs量子点下,分析了未退火和退火的初始表面对于量子点分布的影响,未退火处理的衬底生长的InGaAs/GaAs量子点分布更加均匀且有序,量子链延伸得更长。     

ICB方法外延CdTe单晶薄膜

用ICB外延技术在NaCl解理面和(100)GaAs衬底上外延的CdTe单晶薄膜,以透射电子衍射及RHEED分析,都表明获得了好的单晶结构及平滑膜面。外延取向关系为:GdTe(100)//NaCl(100);当衬底预处理温度为480℃时,CdTe(100)//GaAs(100);当预处理温度为580℃时,CdTe(100) (111)//GaAs(100)。实验发现,当坩埚内CdTe蒸气压足够高时,薄膜生长体现出团粒束淀积所特有的规律,即随着团粒能量的增大,CdTe外延膜的结构质量显著改善。在CaAs衬底上外延所得的最好的CdTe膜,其双晶衍射摆动曲线半高宽为630arc,     

铜铟硒薄膜的外延生长和表面重构及其电池性能研究

在GaAs的(110)、(001)和(111)A、(111)B等极性晶面上, 通过铜铟共溅-硒蒸镀的方法, 分布外延生长出(220/204)、(001)和(112)结晶取向的单晶CIS薄膜. 系统考察了CIS薄膜外延生长的结晶取向和表面微结构, 发现了这些CIS外延薄膜均需表面重构化而形成比表面能低的CIS(112)晶面, 结合晶体结构研究了各种晶面和比表面能的相关性. 通过各种衬底下不同结晶取向的CIS薄膜的太阳能电池组装, 发现当CIS薄膜生长具有(220/204)结晶取向时电池器件性能最好、效率最高, 说明可通过控制CIS薄膜的沉积条件和选用合适取向的衬底, 增加吸收层(220/204)的结晶取向, 从而显著提高CIS薄膜太阳电池的光电性能.