D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.02.052 第21卷第2期 北京科技大学学报 VoL21 No.2 1999年4月 Journal of University of Science and Technlogy Beijing Apr.1999 分子束外延InAs量子点材料的透射 电子显微镜研究 白元强)莫庆伟2》范缇文2) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)中国科学院半导体研究所 摘要报道了利用分子束外延技术在(O0I)GaAs村底上生长的单层及多层nAs量子点材料的 透射电子显微镜(TEM)研究结果，并对量子点的结构特性进行了讨论.结果表明：多层量子点呈现 明显的垂直成串排列趋势；随若As量子点层数的增加，量子点的密度下降，其尺寸随层数的增加 趋向均匀.在试验条件下，5层量子点材料的As量子点厚度和GaAs隔离层的厚度的选择都比较 合理，其生长过程中的应变场更有利于自组织量子的形成， 关键词分子束外延技术；自组织生长；InAs量子点 分类号TN304.054 在GaAs衬底上自组织生长InAs量子点结 生长，其生长速率为0.2μmh,V/Ⅲ束流比为15. 构，是一种很有前途的直接生长零维限制结构的 利用离子减薄技术分别制备了3种结构材料的电 新方法，已经成为当今国际半导体界的研究热 子透明薄膜，用H-800透射电子显微镜，操作电压 点，国外个别研究小组已经利用这种方法制备了 为200kV的条件下对试样进行平面及横断面透 发光二极管、激光器等原型器件.由于量子点材 射电子显微镜观察.图1是nAs/GaAs外延材料的 料的电子结构由体材料的连续能带变为准分裂 生长结构示意图，(a),(b),(c)分别表示出单层.5 能级，并且由于维度和尺寸的减小，致使跃迁能 层及10层nAs量子点材料的生长结构细节. 隙增加，所以在光吸收谱上表现为向短波方向移 动，呈现出峰值的“蓝移”，为了推进量子材料及 (a) (b) 其相关器件的实用化进程，目前所急需解决的关 Cap100μn GaAs Cap100μm GaAs 键技术问题之一是实现量子点尺寸的均匀性.研 3ML InAs 14ML GaAs X5 究结果表明，多层量子点的自组织生长技术对于 3ML InAs 促进量子点尺寸的均匀化起着重要的作用. buffer GaAs buffer GaAs 本文介绍了利用分子束外延技术在(001) GaAs村底上生长的单层及多层nAs量子点材料 (c) 的透射电子显微镜(TEM)研究结果，并对量子点 Cap100μm GaAs 的结构特性进行了讨论， 16ML GaAs X10 1试验材料及试验方法 2ML InAs buffer GaAs 试验所用样品是在(001)GaAs村底上，利用 Riber32P分子束外延设备生长的.在砷压的保 护下，首先在580℃下去除料底的氧化层并在 图1量子点的生长结构图.(a)单层1nAs厚度为3个分 600℃下生长0.5μm厚的GaAs缓冲层；随后降低 子层(ML),(b)5层InAs,其中nAs层厚3个分子层， 衬底温度至505℃开始进行InAs量子点的外延 GaAs隔离层厚14个分子层，(c)10层InAs,其中nAs 1998-07-31收稿白元强男，34，工程师 层厚2个分子层，GaAs隔离层厚16个分子层 国家自然科学基金资助课题(N0.69576028)第 卷 年 第 期 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 分子束外延 量子点材料的透射 电子显微镜研究 白元 强 ’ 莫庆伟 北 京科技大学材 料科学 与工 程 学 院 ， 北京 范缓文 中国科学院半导体研究所 摘 要 报道 了利 用 分 子 束外延 技术在 衬底 上 生 长的单层及多层 劝人 量子点材料的 透射 电子显微镜 研究结果 ， 并 对量 子点 的结构特性进行 了讨论 结果表明 多层量子点呈现 明显的垂直成 串排列 趋势 随着 量 子点层数的增加 ， 量子点 的密度下降 ， 其尺寸随层数的增加 趋 向均匀 在试验条件下 ， 层量 子点材料 的 几 量子点厚度和 隔离层 的厚度的选择都 比较 合理 ， 其生长过程 中的应变场更有利 于 自组织量 子 的形成 关键词 分子束外延技术 自组织 生 长 】几 量 子点 分类号 在 衬 底 上 自组 织 生 长 量 子 点 结 构 ， 是 一 种 很 有 前途 的直 接 生 长 零 维 限制 结 构 的 新 方 法 ， 已 经 成 为 当今 国 际 半 导 体 界 的 研 究 热 点 ， 国外 个别 研究 小 组 已 经 利 用 这 种 方 法 制备 了 发 光二极管 、 激光器等 原 型器件 川 由于 量 子 点材 料 的 电 子 结 构 由体材 料 的 连 续 能 带 变 为 准 分 裂 能 级 ， 并 且 由于 维 度 和 尺 寸 的 减 小 ， 致 使跃迁 能 隙增 加 ， 所 以 在 光 吸 收 谱上 表 现 为 向短 波 方 向移 动 ， 呈 现 出 峰 值 的 “ 蓝 移 ” 为 了 推 进 量 子 材 料 及 其相 关器 件 的 实 用 化进程 ， 目前所急 需 解 决 的 关 键技 术 问题 之 一 是 实 现量 子 点 尺 寸 的均 匀 性 研 究 结果表 明 ， 多 层 量 子 点 的 自组 织 生 长技 术对于 促进量 子 点 尺 寸 的均 匀化起着 重要 的作 用 本 文 介 绍 了 利 用 分 子 束 外 延 技 术 在 衬底 上 生 长 的单层及 多 层 量 子点材料 的透射 电子 显微镜 研究 结果 ， 并 对量 子 点 的结构特性 进行 了讨论 生 长 ， 其 生 长速率为 “ 田几 ， 束流 比为 利用 离子减薄技术分别制备了 种结构材料 的 电 子透 明薄膜 ， 用 一 透射 电子显微镜 ， 操作 电压 为 的条件下 对试样 进行 平 面 及 横 断 面 透 射 电子显微镜观察 图 是 外 延 材料 的 生 长结构示 意 图 ， ， ， 分别 表示 出单层 、 层及 层 量 子点材料 的生 长结构细 节 “ 臼 卜 免 卜 卜 试验材料及试验方法 试 验所用 样 品是 在 衬底 上 ， 利 用 形 分 子 束 外 延 设 备 生 长 的 在 砷 压 的保 护 下 ， 首 先 在 ℃ 下 去 除 料 底 的 氧 化 层 并 在 ℃ 下 生 长 “ 厚 的 缓 冲层 随后 降低 衬 底 温 度 至 ℃ 开 始 进 行 量 子 点 的 外 延 一 一 收稿 白元强 男 ， ， 工程 师 国家 自然科学基金资助课题 认 七 几 图 子点的生长结构图 单层 厚度为 个分 子层 ， 层 ， 其中 层厚 个分子层 ， 隔离层厚 个分子层 ， 层】 ， 其中 层厚 个分子层 ， ，隔离层厚 个分子层 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．02．052