用等离子体辅助分子束外延生长氧化锌单晶薄膜

利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)方法,通过优化生长条件,在c平面蓝宝石(Al_2O_3)上生长出氧化锌(ZnO)单晶薄膜。使用反射式高能衍射仪(RHEED)原位监测到样品表面十分平整,X射线摇摆曲线(XRC)测得ZnO薄膜的<002>取向半峰全宽为0.20°,证实为ZnO单晶薄膜。室温下吸收谱(ABS)和光致发光(PL)谱显示了较强的激子吸收和发射,且无深能级(DL)发光。电学性能测量表明,生长的ZnO为n型半导体,室温下载流于浓度为7×10^(16) cm^(-3),与体单晶ZnO中的载流子浓度相当。

原子氢辅助分子束外延生长对GaAs材料性能的改善

利用深能级瞬态谱 (DL TS)研究了常规分子束外延和原子氢辅助分子束外延生长的掺杂 Si和 Be的 Ga As同质结构样品中缺陷的电学特性 .发现原子氢辅助分子束外延生长的样品中缺陷的浓度与常规分子束外延生长的样品相比有明显的降低 。

分子束外延特性及目前的状态

分子束外延(MBE)技术一直被用于制造新一代微波和光电子学器件。用超薄层结构或选择掺杂形成“带结构工程”并制备出人工结构的材料。已经制出新型的共振隧道和量子阱器件,如频率放大器、逻辑电路、光开关和工作于3-10μm波长的高质量GaAs/AlGaAs超晶格探测器。MBE在Ⅳ族材料方面的发展包括生长无针孔硅-硅化物结构、单晶SiO_x和Si/Ge_xSi_(1-x)/Si异质结器件。在Ⅱ-Ⅵ族化合物和可见波长激光器方面首次观察到令人振奋的结果。在标准制造条件下,用固体源MBE制备的3英寸膜片的厚度改变为1.5％。膜片-膜片之间的改变为3％。75％的膜片每平方厘米仅有100-300个缺陷,最好的膜片每平方厘米仅有30个缺陷。对MBE提出的进一步要求是自动化和高产率。对于气体源的MBE来说,重要的是发展无毒和高纯度气体源以满足制造的要求。

高质量InGaN的等离子体辅助分子束外延生长和In的反常并入行为

采用射频等离子体辅助分子束外延技术生长得到了In组分精确可控且高质量的InxGa1xN(x0.2)外延薄膜.生长温度为580℃的In0.19Ga0.81N薄膜(10.2)面非对称衍射峰的半高宽只有587弧秒,背景电子浓度为3.96×1018/cm3.在富金属生长区域,Ga束流超过N的等效束流时,In组分不为零,即Ga并没有全部并入外延层;另外,稍微增加In束流会降低InGaN的晶体质量.

ZnMgO合金薄膜晶体质量与生长温度的依赖关系

利用等离子体分子辅助分子束外延设备在蓝宝石衬底上通过改变生长温度,得到了不同的ZnMgO合金薄膜。研究了衬底温度对ZnMgO的结构和光学性质的影响。X射线衍射谱表明所有的ZnMgO合金样品都是(002)取向。晶体结构为六角纤锌矿。随着生长温度的增加,ZnMgO的(002)衍射峰的最大半宽度逐渐减小。在ZnMgO合金中的Mg组分随衬底温度升高逐渐增大。样品的表面形貌随着衬底的温度改变而变化。ZnMgO的X射线衍射,透射光谱,光致发光谱和扫描电镜照片都表明在800℃得到了高质量的ZnMgO合金薄膜。并且通过控制衬底温度实现了ZnMgO中Mg组分的调节。

射频等离子体分子束外延GaN的极性研究

对采用射频等离子体分子束外延(RF-plasmaMBE)生长得到的GaN进行极性研究。由于镓极性(Ga-polar)比氮极性(N-polar)有更好的化学稳定性,通过比较RF-plasmaMBE生长得到的不同GaN样品对光辅助湿法刻蚀的稳定性,发现缓冲层生长条件对GaN外延层的极性有着重要影响:较高缓冲层生长温度得到的GaN外延层表现为N-polar,较低缓冲层生长温度得到的GaN外延层表现为Ga-polar。

常压有机金属气相外延GaAs的选择生长

用 TMG,AsH3和 AsCl3作气体源实现了常压有机金属气相外延 GaAs 的完全选择外延。在650—750℃的生长了温度观察下选择能力。Si3N4或 W 膜上多晶沉积的屏蔽层是由膜上的 HCl 吸收引起的,从而避免了GaAs 的成核现象。在窗口部分,生长速率可以通过控制 TMG/AsCl3

n-ZnO/i-MgO/p-GaN异质结发光二极管

用等离子体辅助分子束外延的方法生长了n-ZnO/i-MgO/p-GaN异质结发光二极管。I-V测量表明其具有典型的二极管整流特性。电致发光峰位于382 nm,通过与n型ZnO和p型GaN的光致发光谱比较,其发光峰位与线形都与ZnO的自由激子发射一致,表明该电致发光来自于ZnO的自由激子发射。通过Anderson模型比较了n-ZnO/i-MgO/p-GaN和n-ZnO/p-GaN异质结的能带示意图,证明了由于MgO层的插入抑制了ZnO向GaN层中的电子注入,且有利于空穴向ZnO层注入,从而实现了ZnO层中的电注入发光。

用分子束外延法生长InGaN激光二极管

与金属有机化学蒸气沉积法相比，分子束外延法尽管有很多潜在的优点，但是直到最近，一直认为分子束外延法不适合生产以InGaN为基础的下一代光学数据存储用蓝一紫光激光二极管发射器。现在，波兰华沙高压物理研究所的一个小组，用等离子体辅助分子束外延方法，成功地制造出408nm多量子阱激光二极管，器件参数可与早期用金属有机化学蒸气沉积方法生产的发射器相比。

利用P-MBE方法在(400)Si衬底上生长ZnO薄膜

利用等离子体辅助分子束外延(P MBE)方法在(400)Si衬底上生长ZnO薄膜。为改善生长后样品的质量,把样品解理成三块后,在不同温度下氧气气氛中退火。通过X射线衍射(XRD)谱和光致发光(PL)谱进行表征,讨论了用P MBE方法在Si基上生长的ZnO的室温光致发光发光峰的可能原因。

利用P-MBE制备高质量Mg_xZn_(1-x)O的结构和光学特性

利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)的方法,在c平面的蓝宝石衬底上制备了高质量的MgxZn1-xO合金薄膜。通过改变Mg源的温度,得到了不同Mg组份的MgxZn1-xO合金薄膜;通过引入ZnO的低温缓冲层,有效地提高了MgxZn1-xO合金薄膜的结晶质量。随着Mg组份的增加,MgxZn1-xO的X射线衍射的(002)衍射峰逐渐向大角度方向移动。对样品进行光致发光(PL)谱的测量,在室温下观察到了较强的紫外发光。随Mg浓度的增加,紫外发光峰向高能侧移动,并且发光峰逐渐展宽。通过对x=0.15的样品进行变温光谱的测量研究了紫外发光峰起因,得到了MgxZn1-xO的发光是来自于自由激子的发光。自由激子束缚能为54meV。

Mg_xZn_(1-x)O合金的相结构转变和光学性质

利用等离子辅助分子束外延(P-MBE)技术,在蓝宝石c-平面上外延生长了MgxZn1-xO(0≤x≤0·65)合金薄膜,其x值分别为0,0·11,0·28,0·44,0·51和0·65.X射线衍射测量表明,随着x增加到0·28,只在2θ为34·46～34·67°的位置观察到(002)衍射峰,表明样品为单一六角纤锌矿结构的MgZnO合金.当x值增加到0·44时,观察到了MgxZn1-xO的相分离.当x值增加到0·65时,MgZnO合金完成了从单一六角纤锌矿结构向立方向结构的转变.通过对样品的光致发光谱、吸收谱的测量,详细研究了上述样品的相结构转变对其光学性质的影响.

Mg_xZn_(1-x)O单晶薄膜和MgZnO/ZnO异质结构的光学性质

报道了利用等离子辅助分子束外延技术 ,在蓝宝石 c平面上外延生长的 Mgx Zn1 - x O单晶薄膜以及 Mg Zn O/Zn O异质结构的光学性质 .室温下随着 Mg浓度增加 ,合金薄膜样品的发光峰与吸收边均向高能侧移动 .研究了样品紫外发光的起因 ,将 Mgx Zn1 - x O合金薄膜的发光归结为束缚激子的复合 .在 Mg0 .0 8Zn0 .92 O/ Zn O样品中 ,观察到了分别来自于 Zn O层和 Mg Zn O盖层的发光和吸收 ,并将其归因于来自 Zn O层的自由激子和 Mg Zn

衬底温度对ZnO薄膜的结构和光学特性的影响

利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)设备在蓝宝石衬底上通过改变生长温度,制备了不同的ZnO样品。研究了衬底温度对ZnO的结构、光学和电学性质的影响。样品的晶体结构利用X射线衍射谱进行表征。X射线衍射谱表明,所有的ZnO样品都是(002)取向的六角纤锌矿结构。随着生长温度的升高,X射线的(002)衍射峰的半峰全宽逐渐减小。样品的表面形貌随着衬底的温度改变而变化,在800℃得知了平整的ZnO表面。通过光致发光的实验得知,ZnO的紫外发光随着生长温度的升高,强度逐渐增强。光致发光的来源为ZnO的自由激子发光。在生长温度为800℃时,得到了高质量的ZnO单晶薄膜,X射线衍射峰的最大半峰全宽为0.05°,霍尔迁移率为51 cm2/(V.s),载流子浓度为1.8×1018cm-3。

InAs自组织量子点(线)的制备和表征

在InP（001）基衬底上用分子束外延方法生长了InAs纳米结构材料,通过改变生长方式,得到了InAs量子点和量子线.根据扫描电镜和透射电镜观测结果的分析,认为衬底旋转时浸润层三角形状的台阶为InAs量子线的成核提供了优先条件,停止衬底旋转时InAlAs缓冲层沿[110]方向分布的台阶促使InAs优先形成量子点.讨论了量子点和量子线的形成机理.

利用P-MBE在Si(111)衬底上生长氧化锌薄膜及其光学性质的研究

在Si( 111)衬底上利用等离子体辅助分子束外延 (P MBE)生长氧化锌 (ZnO)薄膜 ,研究了在不同衬底生长温度下 ( 35 0～ 75 0℃ )制备的ZnO薄膜的结构和光学性质 .随着衬底温度的升高 ,样品的X射线及光致发光的半高宽度都是先变小后变大 ,衬底温度为 5 5 0℃样品的结构及光学性质都比较好 ,这表明 5 5 0℃为在Si( 111)衬底上生长ZnO薄膜的最佳衬底温度 ;同时 ,我们还通过 5 5 0℃样品的变温光致发光谱 ( 81～ 30 0K)研究了ZnO薄膜室温紫外发光峰的来源 。

MgZnO/ZnO异质结构的发光性质研究

本文利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)技术在蓝宝石(Al_2O_3)衬底上生长了Mg_(0.12)Zn_(0.88)O(100nm)/ZnO(20nm)/Mg_(0.12)Zn_(0.88)O(40nm)异质结构,测得样品的X射线衍射谱表明,在34.56°的位置出现很强的(002)方向衍射峰,其半高宽度为0.20°,比Mg_(0.12)Zn_(0.88)O合金薄膜的半高宽度0.15°明显展宽。通过光致发光谱研究了MgZnO/ZnO/MgZnO异质结构的光学性质,室温下测得在370nm(3.35eV)位置有很强的紫外发光,而在348nm(3.56eV)的位置处有一个较弱的发光,这两个峰分别被归结于来自ZnO层和MgZnO盖层的发光。室温下的吸收光谱中,在上述两个峰的位置附近分别存在很明显的吸收,指示了带边吸收来自于MgZnO和ZnO两种材料。通过变温发光谱研究了异质结构中载流子弛豫、复合的规律。随着温度增加,来自于ZnO层和MgZnO层的发光强度比增加,这归结为MgZnO/ZnO异质结构存在界面势垒所致。

生长温度和化学剂量比对MgZnO合金薄膜相结构的影响

利用等离子辅助分子束外延技术,在蓝宝石c-平面上外延生长了ZnO单晶薄膜。原位反射式高能电子衍射结果表明,在650℃时样品为平整的表面。但X射线衍射测量表明,在此温度下添加Mg源生长的MgxZn1-xO合金薄膜,随Mg量的增加很快经历了六角相-混合相-立方相的相结构转变,这与扫描电子显微照片的直观结果相对应。分析指出该结果是由生长温度和Ⅱ、Ⅵ族元素的化学剂量比共同决定的。