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Effect of the GaAs/GaSb combination strain-buffer layer on self-assembled InAs quantum dotsGaSb/GaAs复合应力缓冲层上自组装InAs量子点的生长
,,,,,,,,蒋中伟,,,,,,,
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研究了GaSb/GaAs复合应力缓冲层上自组装生长的InAs量子点.在2ML GaSb/1ML GaAs复合应力缓冲层上获得了高密度的、沿［100］方向择优分布量子点.随着复合应力缓冲层中GaAs层厚度的不同，量子点的密度可以在1.2×1010cm-2和8×1010cm-2进行调控.适当增加GaAs层的厚度至5ML，量子点的发光波长红移了约25nm，室温下PL光谱波长接近1300nm.
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Live SupportAsk us anythingInAs/GaAsSb量子点外延生长与光学特性研究--《哈尔滨工业大学》2010年硕士论文
InAs/GaAsSb量子点外延生长与光学特性研究
【摘要】：InAs/GaAs量子点由于发光波长位于光纤无损窗口中而得到广泛深入的研究。若将成熟的InAs/GaAs量子点生长工艺和GaAsSb合金结合起来,充分利用GaAsSb合金禁带宽度可通过其组分的改变实现较大范围调节的特性,就能给能带工程带来更广阔的发展空间。本文就InAs/GaAsSb量子点的分子束外延生长及其发光特性展开了研究。
在GaAs(100)衬底上生长了InAs量子点,利用高能电子衍射对量子点成核长大过程进行了原位监测,通过原子力显微镜形貌像统计了量子点的尺寸分布,并结合光致发光谱数据评估了量子点的质量。结果表明,在GaAs衬底上沉积InAs时,As和In束流等效压比值为23时,样品表面会出现尺寸较大的非共格纳米岛(incoherent nano-island),而将这一比例降低到10时,该现象消失。在InAs沉积过程中,分别插入0s、5s、20s的生长中断,随中断时间增长,对应量子点的平均高度增加,同时量子点的数密度略有下降。采用20s生长中断时,量子点呈现沿表面台阶边缘的择优分布。优化了GaAs (100)衬底上生长InAs量子点的工艺,在V/III比为10、中断5s、In束流等效压1? 10?8Torr.条件下得到密度达到388μm-2的InAs量子点。其光致发光谱半高峰宽52 nm,没有明显多模迹象,量子点的尺寸分布较为均一。
使用Sb浸渍法生长了GaAs/GaAsSb超晶格,以评价GaAsSb外延层的质量。XRD分析表明,在Sb浸渍时间和束流都相同的情况下,在480℃下生长所得的GaAs/GaAsSb超晶格中Sb含量比500℃下得到超晶格更高; Sb浸渍时间和温度相同、Sb束流不同的情况下,较大Sb浸渍束流下得到的GaAs/GaAsSb超晶格中Sb含量更高。这一结论和光致发光谱分析结果一致。透射电镜衍衬像观察表明,优化后的Sb浸渍工艺制备出的GaAs/GaAsSb超晶格样品无明显缺陷。透射电镜高分辨像观察表明GaAsSb薄层界面平整度好,Sb置换量在1个原子单层左右。
在GaAsSb外延层上生长了InAs量子点。原子力显微镜表面形貌观察表明,在类似工艺条件下得到的InAs/GaAsSb量子点的密度要低于InAs/GaAs量子点。反射式高能电子衍射斑点亮度观察表明,在GaAsSb表面直接生长InAs量子点,其临界厚度增大。分析认为这是Sb在表面富集引起InAs量子点的生长热力学参数改变所致。
【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2010【分类号】：O471.1【目录】：
摘要4-5Abstract5-8第1章 绪论8-16 1.1 半导体量子点8-11
1.1.1 半导体量子点的制备方法8-9
1.1.2 InAs/GaAs 应力自组装量子点9-10
1.1.3 半导体量子点的应用10-11 1.2 锑化物合金11-13
1.2.1 锑化物三元合金的生长12
1.2.2 InAs/GaAsSb 量子点12-13 1.3 分子束外延技术13-14 1.4 研究目的和意义14-16第2章 实验方法16-26 2.1 分子束外延生长16-19
2.1.1 分子束外延系统16-18
2.1.2 MBE 生长实验的一般步骤18-19 2.2 材料分析方法19-26
2.2.1 反射式高能电子衍射19-21
2.2.2 透射电子显微镜21-23
2.2.3 原子力显微镜23-24
2.2.4 高分辨X 射线衍射技术24-25
2.2.5 光致发光光谱测试技术25-26第3章 InAs/GaAs 量子点分子束外延生长及形态控制26-39 3.1 应力自组装原理26-28
3.1.1 分子束外延的生长机理26-27
3.1.2 外延生长的S-K 模式27-28 3.2 InAs/GaAs 量子点的分子束外延生长28-29 3.3 InAs/GaAs 量子点成核长大过程的RHEED 分析29-31 3.4 生长工艺对InAs/GaAs 量子点密度和尺寸分布的影响31-35
3.4.1 量子点密度和尺寸分布的测量31-32
3.4.2 V/III 比对量子点密度和尺寸的影响32-33
3.4.3 生长中断时间对量子点密度和尺寸的影响33-35 3.5 中断工艺对发光特性的影响35-38
3.5.1 光致发光谱的测量35-36
3.5.2 中断时间对量子点发光的影响36-38 3.6 本章小结38-39第4章 Sb 浸渍法制备GaAsSb 及其界面结构研究39-48 4.1 引言39 4.2 GaAs/GaAsSb 超晶格的分子束外延生长39-40 4.3 GaAs/GaAsSb 超晶格结构参数的测量40-47
4.3.1 基于XRD 微结构分析40-41
4.3.2 GaAs/GaAsSb 超晶格结构参数41-44
4.3.3 GaAs/GaAsSb 界面质量分析44-45
4.3.4 GaAs/GaAsSb 超晶格光学特性分析45-47 4.4 本章小结47-48第5章 InAs/GaAsSb 量子点分子束外延生长研究48-54 5.1 引言48-49 5.2 InAs/GaAsSb 量子点的生长49 5.3 Sb 对量子点生长的影响49-53
5.3.1 Sb 对量子点密度的影响49-52
5.3.2 Sb 对量子点生长热力学分析52-53 5.4 本章小结53-54结论54-55参考文献55-62致谢62
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&&在分子束外延系统中,利用3nm GaAs薄盖层将InAs自组装量子点部分覆盖,然后在500℃以及As2气氛中退火一分钟,制成纳米尺度的InAs量子环。这一形成敏感地依赖于退火时的生长条件和生长InAs自组装量子点时的淀积量。InAs在GaAs表面的扩散以及同时发生的In―Ga互混控制着InAs量子环的形成。
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