编辑: 梦里红妆 | 2016-04-18 |
2015 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 068101-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 64, No.
6 (2015)
068101 期As 压调制的 InAlAs 超晶格对 InAs/InAlAs/InP 纳米结构形貌的影响.
2 实验表1为我们设计的样品的基本结构, 四个样品 分别含有0, 2, 4和6个As压调制的InAlAs超晶格. 所有的样品都是在固源 MBE 系统中进行. 衬底全 部采用半绝缘 InP 衬底, 生长过程中钼托高速旋 转以增加样品生长的均匀性. 具体生长过程如下: 首先脱去衬底氧化层;
然后依次是
300 nm 的In- AlAs 缓冲层、 As 压调制的 InAlAs 超晶格, 其中每 个超晶格周期含有
2 nm 的缺 As 的InAlAs和2 nm 富As 的InAlAs 层;
N 为超晶格的周期数, 对于四 个样品超晶格周期数 N 分别为 0, 2,
4 和6;
超晶格 中缺As的InAlAs层生长As压为7.05 *10?7 Torr, V/III 束流比控制在 3;
富As 的InAlAs 层生长 As 压为 4.05 * 10?6 Torr, V/III 束流比控制在 17.22;
其他生长条件两层保持一样;
然后是
4 ML 的InAs 层, 最后是
200 nm 的InAlAs 盖层, 由于
200 nm 的InAlAs盖层的生长, 下层超晶格对上层结构的应力 影响可忽略, 从而保证表面层 InAs 的生长条件和 内层保持一致;
为了原子力测试, 盖层上再生长 As 压调制的 InAlAs 超晶格, 超晶格的周期数和样品 下层超晶格周期数相同, 最后再沉积
4 ML的InAs. 整个生长过程中, InAlAs 层的生长温度为
510 ? C, InAs 层生长温度为
500 ? C. 在InAs 生长前后
10 s 的生长停顿是为了稳定表面. 表1样品的基本结构 材料结构 生长温度 生长厚度 生长速度 InAs 量子点
500 ?C
4 ML 0.1 ML・s?1 InAlAs 超晶格
510 ?C (2 nm/2 nm) * N 0.6 ?m・h?1 InAlAs 盖层
510 ?C
200 nm 0.6 ?m・h?1 InAs 量子点
500 ?C
4 ML 0.1 ML・s?1 InAlAs 超晶格
510 ?C (2 nm/2 nm) * N 0.6 ?m・h?1 InAlAs 缓冲层
510 ?C
300 nm 0.6 ?m・h?1 InP 衬底
3 结果与分析 图1为4 个样品表面典型的1 ?m *
1 ?m原子 力显微镜(AFM)像, 由图中可以清楚地看到, 随As 压调制的 InAlAs 超晶格周期数的增加, InAs 纳米 结构形貌发生了很大的变化. 当超晶格周期数为
0 时, 也就是当 InAs 生长在传统的富 As 的InAlAs 表面时, InAs 纳米结构的形貌主要表现为沿 [? 110] 方向延长的线, 同时其上还有个别较大岛状结构的 生成, 其中线的长度大部分为 130.0 nm 左右, 还有 一部分较短的量子线, 其长度为 50.0 nm 左右. 其 中量子线之间的平均间隔宽度、 量子线平均宽度及 平均高度分别为 4.0, 11.0 及2.3 nm, 李含轩等 [10] 也观察到了同样的结果. 当周期数增加到
2 时, 形 成了沿 [? 110] 方向延长的量子线和量子点的混合 结构, 这些量子点和量子线的平均高度为 3.2 nm, 平均宽度为 11.0 nm, 在长度上尺寸分散较大, 为15.0―150.0 nm. InAlAs 超晶格周期数进一步增 加到
4 时, InAs 纳米结构形貌由线和点的混合结构 变为高密度的 InAs 量子点, 量子点成椭圆状, 椭 圆的长边沿 [? 110] 方向, 点的平均高度和平均宽度 为4.2 nm 和32.4 nm, 面密度为 9.21 *
1010 cm?2 . 当超晶格的周期数为
6 时, 可以看到高密度均匀 的圆形量子点的形成, 此时量子点的平均高度和 平均宽度为 3.8 nm 和30.5 nm, 并且其面密度高达 1.16 *
1011 cm?2 .
4 个样品的 InAs 岛的结构参数 及面密度如表
2 所示. 图1生长在 As 压调制的 InAlAs 超晶格上的 InAs 纳米 结构的形貌 (a)