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作为一种新颖的制备量子点、量子环的生长方式,液滴外延具备很多其他生长方式不具备的优点和作用,些年来,很多研究小组对液滴外延方式生长量子点以及量子环进行了实验和研究,但是,图形衬底对于液滴外延生长的影响一直没有过系统的研究和结论。在本论文中,我们利用普通光刻制备了多种线宽多种结构共存的μm量级图形衬底,并利用MBE技术在GaAs图形衬底制备了同时具备量子环密度从高到低,量子点密度从低到高共存的InAs量子点、量子环结构,通过AFM技术对生长结果进行了系统的观察和统计分析,得到了以下主要结果:
1.采用电子束曝光技术制备光刻掩膜版,普通光刻技术结合化学湿法腐蚀制备1μm、2μm多种线宽多种类型共计4大类16种μm量级图形化GaAs(100)非平面衬底,研究了在此非平面衬底上应用分子束外延技术以液滴外延方式生长 InAs量子点、量子环过程中遇到的技术问题,分别生长了过度脱氧和脱氧不足的图形衬底并和正常生长结果进行比较并最终确定了解决方案。
2.以液滴外延生长方式在同一块GaAs衬底上的不同图形衬底区域分别得到了高密度的量子点同时量子环密度为0的结构,低密度量子点同时具备高密度量子环的结构和一系列中间过渡结构。用AFM观察了不同的图形衬底结构,统计比较了生长得到的量子点和量子环的密度、高度、半径变化,通过计算发现量子点的密度随图形衬底所形成的侧面积的的增加而逐渐减少,量子环的密度随图形衬底所形成的侧面积的减少而逐渐增加。得到了和之前研究者通过不同的沉积量生长量子点和量子环得到了非常类似的生长结果,对生长机理进行了理论分析。
3.通过对AFM的观测结果统计分析了图形衬底对液滴外延生长量子点量子环成核位置的影响,对图形衬底上液滴外延生长量子点量子环分布规律进行了分析。发现图形衬底所形成的台阶结构阻碍了液滴外延生长条件下量子点和量子环的形成,量子点(环)的密度最低点和最高点向晶向[110]和[-110]方向的漂移。沿[-110]向长沟形衬底的台阶对其附近的成核抑制效果明显低于[110]向。当图形衬底所形成的台阶结构相互间距离足够小时,由于互相对其附近的量子点(环)的形成抑制,会形成一个量子点(环)密度极低的区域,适当控制生长条件和图形衬底的形貌,将使得液滴外延生长可控量子点成为可能。从生长动力学的角度分析了成因。