全固源分子束外延1.55μm波段应变补偿InAsP/InGaP多量子阱材料

利用新型全固源分子束外延技术 ,对 1.5 5 μm波段应变补偿InAsP/InGaP多量子阱材料的生长进行了研究。在InAsP阱和InGaP垒之间插入InP中间层以减小阱和垒之间较大的剪切力。通过对生长材料的X射线衍射摇摆曲线和室温光致荧光光谱的比较 ,优化生长参数 ,获得了高质量的InAsP/InP/InGaP/InP应变补偿多量子阱结构 ,阱、垒、中间层的厚度分别为 7.1,6.0 ,1.9nm的 7个周期的应变补偿多量子阱材料室温光荧光谱半高全宽为 18.2meV ,是当前文献报道的 1.5 5 μm波段的InAsP多量子阱材料的最好结果之一。

Si(111)衬底上3C-SiC的固源MBE异质外延生长

国内首次利用固源分子束外延(MBE)技术,在衬底温度为1100℃时,以Si(111)为衬底成功地外延生长出了3C-SiC单晶薄膜。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)以及原位反射高能电子衍射(RHEED)等手段研究了外延薄膜的晶型、结晶质量、外延膜与衬底的外延取向关系,并考察了薄膜制备过程中衬底的碳化对薄膜质量的影响。结果表明,外延膜与衬底晶格取向完全一致;碳化可以减小SiC和衬底Si之间的晶格失配、释放应力、引入成核中心,有利于薄膜单晶质量的提高;碳化温度存在最佳值,这一现象与成核过程有关。

衬底温度对Si(111)衬底上MBE异质外延3C-SiC薄膜的影响

利用固源分子束外延(SSMBE)技术,在Si(111)衬底上异质外延生长3C-SiC单晶薄膜,通过RHEED、XRD、AFM、XPS等实验方法研究了衬底温度对薄膜结构、形貌和化学组分的影响.研究结果表明,1000℃生长的样品具有好的结晶质量和单晶性.在更高的衬底温度下生长,会导致大的孔洞形成,衬底和薄膜间大的热失配使降温过程中薄膜内形成更多位错,从而使晶体质量变差.在低衬底温度下生长,由于偏离理想的化学配比也会导致薄膜的晶体质量降低.

Si(111)衬底上多层石墨烯薄膜的外延生长

利用固源分子束外延(SSMBE)技术,在Si(111)衬底上沉积碳原子外延生长石墨烯薄膜,通过反射式高能电子衍射(RHEED)、红外吸收谱(FTIR)、拉曼光谱(RAMAN)和X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)等手段对不同衬底温度(400、600、700、800℃)生长的薄膜进行结构表征.RAMAN和NEXAFS结果表明:在800℃下制备的薄膜具有石墨烯的特征,而400、600和700℃生长的样品为非晶或多晶碳薄膜.RHEED和FTIR结果表明,沉积温度在600℃以下时C原子和衬底Si原子没有成键,而衬底温度提升到700℃以上,沉积的C原子会先和衬底Si原子反应形成SiC缓冲层,且在800℃沉积时缓冲层质量较好.因此在Si衬底上制备石墨烯薄膜需要较高的衬底温度和高质量的SiC缓冲层.

4H-SiC衬底表面SiC薄膜的同质外延生长

以4H-SiC为衬底,在不同衬底温度下进行SiC薄膜的同质外延生长。利用反射式高能电子衍射(RHEED)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)等测试手段,对生长样品的结构和结晶质量进行了表征。根据测试结果发现,在衬底温度为1200℃时能够得到质量较高的薄膜,在另外两个温度(1100℃和1300℃)条件下得到的薄膜质量是较差的。

硅碳比对Si(111)表面SSMBE异质外延SiC薄膜的影响

利用固源分子柬外延(SSMBE)生长技术,在不同的硅碳蒸发速率比(Si/C)条件下,在Si(111)衬底上生长SiC单晶薄膜.利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)等实验技术,对生长的样品形貌和结构进行了研究.结果表明,在Si/C比(1.1:1.0)下生长的薄膜样品,XRDω扫描得到半高宽为2.1°;RHEED结果表明薄膜具有微弱的衍射环,有孪晶斑点.在Si/C比(2.3:1.0)下生长的薄膜,XRDω扫描得到的半高宽为1.5°,RHEED显示具有Si的斑点和SiC的孪晶斑点.AFM显示在这两个Si/C比下生长的样品表面都有孔洞或者凹坑,表面比较粗糙.从红外光谱得出薄膜存在着比较大的应力.但在Si/C比(1.5:1.0)下生长的薄膜样品,XRDω扫描得到的半高宽仅为1.1°;RHEED显示出清晰的SiC的衍射条纹,并可看到SiC的3×3表面重构,无孪晶斑点;AFM图像表明,没有明显的空洞,表面比较平整.FTIR谱的位置显示,在此Si/C比下生长的薄膜内应力比较小.因此可以认为,存在着一个优化的Si/C比(1.5:1.0),在这个Si/C比下,生长的薄膜质量较好.

蒸发速率对Si衬底上SSMBE外延SiC薄膜的影响

采用固源分子束外延(SSMBE)生长技术,用不同的蒸发速率,在Si(111)衬底上生长SiC薄膜。利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)等实验技术,对生长的样品的形貌和结构进行研究。结果表明,在优化的蒸发速率(1.0 nm.min-1)下,所生长的薄膜质量最好。低的蒸发速率(0.25 nm.min-1)难以抑制孔洞的形成,衬底的Si原子可通过这些孔洞扩散到样品表面,导致结晶质量变差。在高的蒸发速率(1.8 nm.min-1)下,以岛状方式生长甚至以团簇聚集,表面的原子难以迁移到最佳取向的平衡位置,导致样品表面粗糙度变大,薄膜的结晶质量变差,甚至出现多晶。

α-Al_2O_3衬底上6H-SiC薄膜的SSMBE外延生长

采用固源分子束外延(SSMBE)技术,在α-Al2O3(0001)衬底上直接制备出了SiC薄膜。利用反射式高能电子衍射(RHEED)、Raman光谱、X射线扫描、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)等实验技术,对生长的样品的结构和结晶质量进行了表征。结果表明:在蓝宝石衬底上生长出了结晶性能良好的6H-SiC薄膜,且薄膜中存在较小的压应力,这种压应力是由薄膜与衬底之间热膨胀系数的差异所致。

预沉积Ge对Si(111)衬底上SSMBE外延生长SiC薄膜的影响

利用固源分子束外延(SSMBE)生长技术,在Si(111)衬底上预沉积不同厚度(0、0.2、1nm)Ge,在衬底温度900℃,生长SiC单晶薄膜.利用反射式高能电子衍射仪(RHEED)、原子力显微镜(AFM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)等实验技术,对生长的样品进行了研究.结果表明,预沉积少量Ge(0.2nm)的样品,SiC薄膜表面没有孔洞存在,AFM显示表面比较平整,粗糙度比较小,FTIR结果表明薄膜内应力比较小.这说明少量Ge的预沉积抑制了孔洞的形成,避免衬底Si扩散,因而SiC薄膜的质量比较好.没有预沉积Ge的薄膜,结晶质量比较差,SiC薄膜表面有孔洞且有Si存在.然而预沉积过量Ge(1nm)的样品,由于Ge的岛状生长,导致生长的SiC表面粗糙度变大,结晶质量变差,甚至导致多晶产生.

3C-SiC/Si(111)的掠入射X射线衍射研究

在衬底温度为1000℃条件下,利用固源分子束外延(SSMBE)技术在Si衬底上生长3C-SiC单晶薄膜.RHEED结果显示在Si(111)上所生长的SiC薄膜为3C-SiC,并与衬底的取向基本一致.采用同步辐射掠入射X射线衍射(GID)技术并结合常规X射线衍射(XRD)研究了SiC薄膜内的应变和晶体质量.常规衍射的联动扫描曲线得到薄膜处于双轴张应变状态.3C-SiC薄膜和Si衬底的晶格失配和热膨胀系数失配是导致双轴张应变的原因.根据不同角度的掠入射衍射Phi扫描的摇摆曲线结果,发现薄膜晶体质量在远离SiC/Si界面区变好.这是由于SiC薄膜中的缺陷随着远离界面逐渐减少的原因.GID和XRD的摇摆曲线结果表明薄膜中镶嵌块的倾斜大于扭转,表明SiC薄膜在面内的晶格排列要比垂直方向更加有序.

不同衬底温度下预沉积Ge对SiC薄膜生长的影响

分别在未沉积Ge和不同衬底温度(300、500、700℃)沉积Ge条件下,利用固源分子束外延(SSMBE)技术在Si衬底上外延SiC薄膜。通过反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等仪器对样品进行测试。测试结果表明,预沉积Ge的样品质量明显好于未沉积Ge的样品,而且随着预沉积温度的升高,薄膜的质量在逐渐地变好。

6H-SiC/3C-SiC/6H-SiC量子阱结构制备及其发光特性

利用固源分子束外延(SSMBE)生长技术,在1350K的衬底温度下,通过改变Si束流强度,在6H-SiC(0001)面上外延生长6H-SiC/3C-SiC/6H-SiC量子阱结构薄膜,并用反射高能电子衍射(RHEED)与光致发光(PL)谱对生长的薄膜的晶型和发光特性进行表征.RHEED结果显示生长的薄膜为6H-SiC/3C-SiC/6H-SiC量子阱结构薄膜.室温下He-Gd激光激发的光致发光(PL)谱显示,薄膜在480-600nm范围内存在衬底未观察到的较强发光.拟合得到的发光峰与依据量子阱结构模型计算出的发光位置较为一致.由此表明,该强发光带可能是6H-SiC/3C-SiC/6H-SiC量子阱结构的发光.

SiC/Al_2O_3界面结构的同步辐射X射线掠入射衍射研究

采用固源分子束外延技术,以Al2O3为衬底,在1100℃下制备SiC薄膜。利用同步辐射X射线掠入射(GID)实验技术对生长的样品的界面结构进行了研究。结果表明,薄膜面内存在压应变,同时发现薄膜晶体质量在远离薄膜和衬底界面区会逐渐变好。GID和X射线衍射的摇摆曲线结果表明薄膜中镶嵌块的扭转大于倾斜,说明SiC薄膜在垂直方向的晶格排列要比面内更加有序。

衬底温度对Al2O3(0001)表面外延6H-SiC薄膜的影响

采用固源分子束外延技术,以α-Al2O3(0001)为衬底,在不同衬底温度下制备了6H-SiC薄膜。利用反射式高能电子衍射、原子力显微镜、X射线衍射对生长样品的结构和结晶质量进行了表征。结果表明:在衬底温度为1 100℃时生长的薄膜质量较好,在较低温度(1 000℃)和较高温度(1 200℃)条件下生长的薄膜质量较差。同时发现,衬底温度为1 000℃时生长的薄膜面内存在拉应变,随着衬底温度的升高,应变转变为压应变。在衬底温度为1 100℃生长的薄膜受到的应变较小。这可能是薄膜与衬底的晶格失配和热膨胀系数差异共同作用的结果。