PDF《As 压调制的 InAlAs 超晶格对 InAs 纳米结构形貌的影响》

0 个周期的超晶格;

(b)

2 个周期的超晶 格;

(c)

4 个周期的超晶格;

(d)

6 个周期的超晶格 为了更清楚地展示量子线向量子点的转换过 程并分析其横向有序性, 我们对

4 个样品的 AFM 像做了二维傅里叶变换, 如图

2 所示. 由图中可以 看到, 对于传统 InAlAs 缓冲层上生长的 InAs, 如图2(a) 所示, 其傅里叶变换图像沿 [110] 方向有两 个峰, 这两个峰的存在说明在此样品中 InAs 纳米 068101-2 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 64, No.

6 (2015)

068101 结构沿 [110] 方向的一维有序排列 [9] ;

对于

2 个周 期的样品, 如图

2 (b) 所示, 二维傅里叶变换图像 除了在中心位置有沿 [110] 方向的峰外, 在此峰周 围还隐约可见一个类似菱形的峰存在, 这种峰型 表明 InAs 纳米结构除了有沿 [110] 方向的有序排列 外, 还存在接近 [130] 和[310](这两个方向为 (001) 面[110] 方向分别向左右旋转 27? ) 方向的长程有序 排列 [11] , 这两个方向的有序性体现的是量子点结 构的有序性. 图2(c) 中4个周期时, 二维傅里叶变 换图像的菱形峰已经清楚可见, 表现出明显的[130] 和[310] 方向的长程有序. 在图

2 (d) 中, 我们看到 了类似正方形的峰型排列, 这显示了 InAs 量子点 在[100] 方向具有长程有序性 [12] , 即III-V 族化合 物弹性应变最容易弛豫的方向. 表24个样品 InAs 岛的结构参数 样品 平均高度/nm 沿[110] 方向平均长度/nm 沿[? 110] 方向长度/nm 密度/nm

0 个周期 2.3 11.0 50.0―190.0

2 个周期 3.2 11.0 15.0―150.0

4 个周期 4.2 32.4 9.21 *

1010 cm?2

6 个周期 3.8 30.5 1.16 *

1011 cm?2 图21?m *

1 ?m AFM 像的 2D 傅里叶变换图 (a)

0 个 周期;

(b)

2 个周期;

(c)

4 个周期;

(d)

6 个周期 As 压调制的缓冲层结构对 InAs 纳米结构形 貌的影响, Zhang和Cheng [13] 在InGaAs 缓冲层上 观察到了这种现象, 他们发现在 InGaAs 缓冲层 上引入缺 As 和富 As 的InGaAs 超晶格后, InGaAs 表面结构发生了变化, 由此引起了其上生长的 InAs纳米结构形貌的变化. Brault等[14] , Zhang和Zunger [15] 的研究表明, As 饱和的 InAlAs 表面呈 现一定程度的各向异性表面粗糙度, 并且这种表面 各向异性还可通过 InAlAs 表面 As 原子的覆盖比 例加以改变. 正常富 As 下生长的 InAlAs, 其晶格 表面为 (2 * 4) 的表面再构 [16,17] . 这种表面再构使 得III 族原子 In 沿[110] 和[? 110] 两个方向成键的个 数不同, 沿[110]方向成三个键, 而沿[? 110]方向成两 个键. 因此这种再构面有沿 [? 110] 方向的 As 的二聚 物和表面脊. 这些表面脊和 As 二聚物影响 In 吸附 原子的表面迁移, 使其更容易沿 [? 110] 迁移并在这 个方向优先成核生长. 相反在缺 As 下生长 InAlAs 时, InAlAs 表面为 (4 * 2) 再构 [18] . (4 * 2) 再构面 有沿 [110] 方向的 As 的二聚物及表面脊 [19,20] , 使得InAs 沉积过程中 In 吸附原子易沿 [110] 方向扩 散并成核. 另一方面由于 InAlAs合金互溶性差, 容 易发生相分离, InAlAs的相分离导致其表面形成富 In 和富 Al 区域, 当沉积 InAs 时, 富In 区域 InAlAs 的晶格常数与 InAs 的晶格失配小, InAs 将优先在 富In 区域生长. 而InAlAs 在生长过程中表面结构 决定了相分离中富In和富Al区的方向和间隔宽度. (2 * 4) 再构面有沿 [? 110] 方向的表面脊, 因此在这 个InAlAs 表面相分离所形成的富 In、 富Al 区域是 沿[110] 方向排列、 沿[? 110] 方向延长的, 导致 InAs 纳米结构也是沿 [? 110] 方向延长的. 相反在 (4 * 2) 再构面, 沿[110] 方向的表面脊导致相分离所形成 的富In和富 Al区沿 [? 110]方向排列、 沿[110]方向延 长. 通过以上分析, 很容易理解我们实验中所观 察的现象. 当在正常富As的InAlAs表面生长 InAs 时, 由于 InAlAs (2 * 4) 再构面的特性, 导致 In 吸 附原子和 InAlAs 相分离形成的富 In 和富 Al 区沿 [? 110] 方向, InAs 纳米结构将优先沿这个方向成核 生长, 因此形成沿 [? 110] 方向的量子线结构. 当As 压调制的 InAlAs 超晶格周期增加到