零砷压下Ga液滴在AlGaAs表面扩散行为的研究

本文研究了Ga液滴在Al0.4Ga0.6As表面的扩散行为.在衬底温度为380℃时,在Al0.4Ga0.6As薄膜上沉积3MLGa液滴;在零砷压下,通过改变退火时间(0s,150s,300s,450s,600s)观察液滴形貌变化,利用剖面线、坑洞和液滴的比例变化分析发现液滴高度随时间延长越来越低,直至形成坑洞,Ga液滴内部的原子在Al0.4Ga0.6As表面上首先向外扩散,而后与表面As原子结合成环,约在退火时间到500s时扩散模式逐步变化为向下溶蚀.利用公式计算出最初Ga覆盖率约为2.6ML,并且在380℃下Ga液滴在Al0.4Ga0.6As表面的液滴消耗速率为0.0065ML/s.

Ga液滴沉积量对GaAs/GaAs(001)同心量子双环形貌的影响

通过液滴外延法制备了GaAs/GaAs(001)同心量子双环(Concentric Quantum Double Rings,CQDRs),研究了Ga液滴沉积量对CQDRs的影响.研究结果发现:随着Ga液滴沉积量的增加,CQDRs密度降低,内环高度增高,外环高度降低,中心孔洞深度增加.CQDRs内环拟合结果表明,Ga液滴沉积量少于0.92ML(Monolayer,ML)时无法成环;外环拟合结果显示,在本实验条件下,形成外环的最小Ga液滴沉积量为3.1ML.拟合结果与实验结果一致,相关研究结果对液滴外延法制备GaAs同心量子双环具有指导意义.

Ga液滴在不同溶蚀时间下的形貌演变分析

采用分子束外延技术在Ga As缓冲层上沉积Ga液滴,探究溶蚀时间对Ga液滴形貌的影响。实验中溶蚀阶段的衬底温度为340℃,沉积6单原子层Ga液滴,在无As环境下分别溶蚀5、10和12. 5 min,待达到溶蚀时间后打开As阀,快速晶化Ga液滴。实验发现在低温、低沉积量的情况下,在溶蚀阶段Ga液滴并没有表现出在高温条件下的熟化现象而是进行一种原位的扩散。随着溶蚀时间的增加,液滴形貌逐渐由环盘结构向孔洞结构转变,内环的生长也表现出各向异性,倾向于沿[110]方向生长。随着溶蚀时间的延长内环的生长将集中于[110]方向的一边上,其高度明显高于其余三边。[110]方向上内环的高度差随溶蚀时间的增加而增加,但增速变缓。本文分析了这些现象的原因,并提出了Ga液滴在溶蚀阶段形貌演变的模型。

晶化温度与砷压对Ga在GaAs(001)表面扩散限制的研究

采用液滴外延技术在平坦GaAs(001)表面上制备GaAs纳米环结构。利用原子力显微镜对其表面形貌进行表征,发现在As压保护下金属Ga液滴晶化过程中,液滴内Ga原子存在向外迁移和向下刻蚀两种扩散行为,且扩散行为均受到衬底温度和As压力大小的影响。其中As压主要影响Ga原子在表面横向扩散,而衬底温度主要影响Ga原子在纵向刻蚀扩散。根据量子环结构形貌演变趋势分析了圆盘半径ΔR、R_(p)与沉积量的关系,得出形成扩散盘的Ga临界沉积量为10 mL,并总结出采用降温结晶方式制备GaAs同心量子环的工艺方法。