本文關(guān)鍵詞： In GaAs量子點(diǎn) 可控生長(zhǎng) 單層 多層 豎直成鏈 側(cè)向成鏈　出處：《貴州大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料具有較高的電子遷移率,利用Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料所制作的電子器件、微波器件與集成電路具有高速、高頻等優(yōu)點(diǎn)。此外Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料構(gòu)成的低維半導(dǎo)體材料如量子阱、量子線、量子點(diǎn)還具有優(yōu)異的光電性能,利用其可以制作高光電轉(zhuǎn)換率的光伏組件、低閾值電流高功率的半導(dǎo)體激光器以及高靈敏度紅外探測(cè)器等光電子器件以及自旋電子學(xué)器件。這些器件由于其卓越的性能而被廣泛的應(yīng)用于軍事科技、空間技術(shù)、日常生活等領(lǐng)域。目前,為了進(jìn)一步地開發(fā)Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體器件的光電性能,人們把研究的重點(diǎn)放在低維半導(dǎo)體器件方面,特別是三維受限的量子點(diǎn)器件方面。而高質(zhì)量Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料的制備是保障量子點(diǎn)器件的光電特性與廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。本文以In Ga As/Ga As材料體系為基礎(chǔ),研究單層與多層量子點(diǎn)的可控生長(zhǎng),目的是為了獲得高度均勻有效的量子點(diǎn)材料。本文的主要的研究?jī)?nèi)容為以下幾點(diǎn):1、基于Ga As與In As同質(zhì)外延生長(zhǎng)研究。獲得了原子級(jí)平坦的Ga As(001)表面,并且確定了In Ga As量子點(diǎn)組分。然后,本文研究了單層量子點(diǎn)生長(zhǎng)與量子點(diǎn)的組分、襯底溫度之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)按照S-K生長(zhǎng)模式正常生長(zhǎng)成核形成3D量子點(diǎn)需要同時(shí)滿足一定的組分與襯底溫度條件,在特定組分下存在一個(gè)適合量子點(diǎn)生長(zhǎng)溫度區(qū)間,只有在溫度區(qū)間內(nèi)才能形成量子點(diǎn)。且適合生長(zhǎng)量子點(diǎn)溫度區(qū)間隨著In組分的升高而擴(kuò)大,當(dāng)In組分過低(小于20%In組分)時(shí)無法有效地生成量子點(diǎn)。2、量子點(diǎn)的尺寸與密度決定了量子點(diǎn)的光電性質(zhì)與應(yīng)用范圍。通過控制量子點(diǎn)生長(zhǎng)的方式、沉積量以及生長(zhǎng)退火條件等因素能有效地控制單層量子點(diǎn)在二維表面的尺寸與密度。研究表明在適合量子點(diǎn)生長(zhǎng)的溫度區(qū)間內(nèi),生長(zhǎng)襯底溫度越高量子點(diǎn)的尺寸越大;完成量子點(diǎn)生長(zhǎng)后退火處理能有效的提高量子點(diǎn)的橫向尺寸與高度并使量子點(diǎn)的密度下降。但是如果生長(zhǎng)溫度過低,退火不會(huì)使量子點(diǎn)密度下降而是會(huì)小幅上升。S-K生長(zhǎng)模式適合生長(zhǎng)高密度量子點(diǎn),液滴外延模式適合生長(zhǎng)低密度量子點(diǎn)。在液滴外延模式下金屬束流的沉積量與無As壓退火時(shí)間是決定量子點(diǎn)的形狀、尺寸、密度的關(guān)鍵因素,通過采用間歇式的噴射金屬In與Ga材料能有效地控制量子點(diǎn)的密度。此外,Ga液滴外延刻蝕形成了納米孔洞,可作為量子點(diǎn)生長(zhǎng)的模板使量子點(diǎn)會(huì)優(yōu)先在納米孔洞周圍成核。3、在單層量子點(diǎn)生長(zhǎng)工藝的基礎(chǔ)上,研究了多層堆疊量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)。發(fā)現(xiàn)在多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中存在兩種空間分布機(jī)制分別為量子點(diǎn)豎直成鏈與側(cè)向成鏈。間隔層作為應(yīng)力的傳遞媒介影響著多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的空間分布機(jī)制,當(dāng)間隔層厚度小時(shí)豎直成鏈,當(dāng)間隔層厚度大時(shí)側(cè)向成鏈。此外,間隔層厚度大小、間隔層退火工藝以及間隔層生長(zhǎng)方式直接影響了力量子點(diǎn)的尺寸、形狀與密度。通過控制間隔層能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)多層量子點(diǎn)各項(xiàng)指標(biāo)的控制。4、對(duì)于異質(zhì)外延的自組裝量子點(diǎn)而言,應(yīng)力與應(yīng)變分布情況直接關(guān)系到量子點(diǎn)系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)。本文對(duì)單層量子點(diǎn)在不同退火時(shí)間下的表面微觀結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)內(nèi)部應(yīng)變能的釋放在量子點(diǎn)中形成裂縫,外部的應(yīng)力作用是量子點(diǎn)形狀發(fā)生改變。此外,本文通過高分辨的STM表征量子點(diǎn)的表面微觀結(jié)構(gòu)首次發(fā)現(xiàn)了In0.5Ga0.5As量子點(diǎn)的側(cè)向晶面為In As(137)面。通過對(duì)豎直成鏈與側(cè)向成鏈的多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的間隔層表面應(yīng)變的分析發(fā)現(xiàn),表面應(yīng)變場(chǎng)作用機(jī)制唯一決定了豎直成鏈,而表面應(yīng)變場(chǎng)與表面形貌共同決定了量子點(diǎn)側(cè)向成鏈的空間分布。
[Abstract]:In order to develop a quantum dot material with high photoelectric conversion efficiency , the quantum dots can be grown by controlling the growth of quantum dots . In this paper , we find that the release of strain energy in the quantum dots is directly related to the energy band structure of the quantum dot system . In addition , the surface microstructure characterization of the quantum dots with high resolution shows that the lateral crystal plane of the quantum dots is In As ( 137 ) . In addition , the surface strain field action mechanism determines the vertical chain forming , and the surface strain field and the surface topography determine the spatial distribution of the lateral chain of the quantum dots .

【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN304.23
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本文編號(hào)：1494371