深能級瞬態(tài)譜

1、半導(dǎo)體深能級瞬態(tài)譜研究Studies of DLTS for semiconductorsZnSe組織量子點(diǎn)基態(tài)電子能量的確定Electron ground state energy level determination of ZnSe seff-organized quantum dots embedded in ZnS 本工作特點(diǎn)是應(yīng)用PL，C-V和DLTS技術(shù)評價(jià)MBE生長ZnSe自組織量子點(diǎn)的光學(xué)和電學(xué)特性。其創(chuàng)新之處是將傳統(tǒng)的DLTS技術(shù)應(yīng)用于ZnSe量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，獲得的ZnSe量子點(diǎn)基態(tài)電子發(fā)射能（120 meV）與光致發(fā)光熱淬火模型得到的結(jié)果一致。該結(jié)果將發(fā)表在2003年4月15

2、日出版的美國Journal of Applied Physics。MBE生長n型Al摻雜ZnS1-xTex的深電子態(tài)Deep electron states in n-type Al-doped ZnS1-xTex grown by molecular beam epitaxy 本工作特點(diǎn)是應(yīng)用PL ，C-V和DLTS技術(shù)評價(jià)MBE生長n型Al摻雜ZnS1-xTex 深電子態(tài)。研究結(jié)果表明Al 摻雜 在ZnS1-xTex中形成E1（0.21eV)和E2(0.39eV)電子陷阱,Te除了作為等電子中心外，還涉及到電子陷阱（E3E3*E3*）的形成，其相對于導(dǎo)帶的能級位置隨Te組份增加而減少。本工

3、作創(chuàng)新之處是首次研究了MBE生長ZnSTe材料的雜質(zhì)和缺陷工程。為ZnS基可見光盲紫外探測器研究打下了良好的基礎(chǔ)，該結(jié)果發(fā)表在美國Journal of Applied Physics，82, 4412(1997)。圖一室溫下無Al和Al摻雜ZnS0.977Te0.023的PL譜。隨著Al濃度的增加，PL峰強(qiáng)度減小，表明與Al有關(guān)的非輻射深中心形成。圖二Au/ZnS肖特基樣品的DLTS譜。表明與Al有關(guān)的E1（0.21eV）和E2(0.39eV)電子陷阱生成。圖三Au/ ZnS0.983Te0.017肖特基樣品的DLTS譜。隨Te的加入，除E1和E2外，還觀察到與Te有關(guān)的E3（0.26eV）電

4、子陷阱生成。圖四Au/ ZnS0.96Te0.04肖特基樣品的DLTS譜。觀察到與Te有關(guān)的E3*（0.24eV）能級位置隨Te組份增加而變化（降低）。圖五Au/ ZnS0.954Te0.046肖特基樣品的DLTS譜。隨Te組份再增加，與Te有關(guān)的E3*（0.21eV）能級位置進(jìn)一步降低。圖一ZnSe量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)在不同溫度下的PL譜圖二PL強(qiáng)度與溫度關(guān)系的 Arrhenius plot 圖（利用兩步熱淬火過程模擬獲得Ea1=40 meV和Ea2=130 meV）圖三表觀載流子濃度和反向偏壓與耗盡層深度關(guān)系。來自于ZnSe量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的電子積累峰。圖四反向偏壓下量子點(diǎn)基態(tài)電子發(fā)射能變化示意圖圖五典型

5、的ZnSe量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的 DLTS譜。當(dāng)反偏為6.5V時(shí)， ZnSe量子點(diǎn)的電子發(fā)射峰出現(xiàn)。 深能級瞬態(tài)譜（DLTS）是研究半導(dǎo)體材料和器件中深能級特性的重要測試方法。半導(dǎo)體低維結(jié)構(gòu)的位能變化類似于半導(dǎo)體晶格中的深能級缺陷，可做為體材料中的“大陷阱”。因此將 傳統(tǒng)的DLTS技術(shù)應(yīng)用于低維結(jié)構(gòu)可確定其電子基態(tài)能量，拓寬了DLTS的應(yīng)用范圍。1應(yīng)變自組裝量子線結(jié)構(gòu)特征與生長條件關(guān)系研究Relationship between the structural characteristics and the MBE growth conditions for self-assembled quantum

6、wires 量子點(diǎn)（QD）和量子線（QWR）的MBE自組裝是微觀隨機(jī)過程，這使QD和QWR的結(jié)構(gòu)在原子尺度上是不均勻的。減小這種不均勻性是MBE生長QD和QWR的基本問題。優(yōu)化MBE生長工藝可以改進(jìn)均勻性，但是其效果是相當(dāng)有限的。要想使均勻性近一步改善，必須了解原子微觀過程與生長條件的關(guān)系。我們首先在InAs/InAlAs/InP(001)體系中制備和觀察到空間斜向排列QWR陣列，并對其結(jié)構(gòu)特征與生長條件的關(guān)系進(jìn)行研究，確立了QWR的空間排列方向和沿生長方向空間排布對稱性與間隔層材料組分和生長模式的關(guān)系。通過這些關(guān)系的研究，了解了生長表面的再構(gòu)對QWR自組裝微觀過程和QWR結(jié)構(gòu)特征的可能影響。

7、這些工作發(fā)布在Appl. Phys. Lett. 和J. of Cryst. Growth以后，被多次引用。 Investigation of the relationship is of essentially important between the structural characteristics and the growth conditions in the fabrication of self-assembled quantum dots (QD) and wires (QWR). After fabricating the QWRs with the diagonal s

8、pace alignment in the InAs/InAlAs/InP(001), we study the dependence of the structural characteristics of these QWRs on the growth conditions. We found that the space alignment of QWRs is related to the composition and structure of the spacer layer and that whether the QWR alignment is symmetrical or

9、 not about the 001 growth direction depends on the growth modes. Such a relationship between the symmetrical property in structure and the growth condition is ascribed to the influence of the reconstruction of the growing surface on the atomic diffusion during self-assembling of the wires.圖a和 b是 MBE

10、多層量子線TEM照片。層厚8 個(gè)原子單層的InAs分別生長在（001）和偏離（001）6度的InP襯底上。沿（001）生長的結(jié)構(gòu)是對稱的，而沿偏離（001）方向生長的結(jié)構(gòu)是非對稱的。Figures a and b are the TEM images of the MBE multilayer InAs QWRs on the InP(001) and on the substrate off-oriented (001) by 6 degrees, respectively. The InAs layer is 8 MLs in thickness. The structure on InP

11、(001) is symmetrical about the growth direction, while the structure on the substrate off (001) is unsymmetrical.圖c和 d是 InP（001）襯底上，MEE（Migration Enhanced Epitaxy）多層InAs量子線，其空間分布沿（001）是非對稱的。InAs層厚分別是8個(gè)原子單層和10個(gè)原子單層。Figures c and d are the TEM images of the MEE multilayer InAs QWRs on the InP(001). Th

12、e structure is unsymmetrical about the (001) growth direction. The InAs layer is 8 MLs and 10 MLs in thickness, respectively.2半導(dǎo)體表面性質(zhì)的偏振反射差分譜研究 RDS setup，Aspnes, 1980s利用偏振差分反射譜(RDS)技術(shù)，可以測量出反射系數(shù)在樣品平面內(nèi)兩個(gè)互相垂直方向上的細(xì)微差異: Dr/r=(rx-ry)/(rx+ry)。目前RDS多用于外延生長過程中的原位實(shí)時(shí)觀測、表面重構(gòu)、表面吸附等表面性質(zhì)研究。我們利用RDS技術(shù)對半導(dǎo)體Pockels效應(yīng)、表

13、面亞損傷、合金有序、離子注入及退火效應(yīng)以及量子阱界面性質(zhì)等開展了廣泛的研究，得到了許多新結(jié)果。用RDS觀察到了SI-GaAs樣品極強(qiáng)的平面光學(xué)各向異性，并確定它來自于表面拋光過程引入的表面亞損傷，亞損傷在表面下0.8微米深度范圍內(nèi)，并從理論上解釋了RDS的特征譜形。從RDS結(jié)果計(jì)算出各向異性應(yīng)變(exy)大小為10-4量級。實(shí)驗(yàn)表明RDS非常適合用于GaAs 、InP和GaP等襯底材料表面亞損傷的無損檢測，可用于有關(guān)材料產(chǎn)業(yè)的在線監(jiān)測。J. Appl. Phys.88, 1695(2000)三組LT-GaAs樣品表面勢壘高度隨退火溫度的變化，發(fā)現(xiàn)表面勢壘高度（取決于費(fèi)米能級在禁帶中的位置）不是

14、釘扎在某一個(gè)固定值上，表明材料的費(fèi)米能級在禁帶中位置沒有完全釘扎在As沉淀上，其復(fù)雜變化與缺陷密切相關(guān)。我們提出了新的釘扎模型對此進(jìn)行了解釋。Surface potentials of three groups of LT-GaAs samples at different annealing temperatures.Studies of semiconductor surfaces by reflectance difference spectroscopy低溫分子束生長GaAs中Fermi能級釘扎Dr/r：10-5Pinning of Fermi level in LT-GaAs室溫下六

15、個(gè)不同GaAs樣品的RDS譜。n-GaAs和LT-GaAs樣品的RDS信號都源于線性電光效應(yīng)，SI-GaAs的信號與表面性質(zhì)有關(guān)。我們證明LT-GaAs在3.0eV處的RDS信號正比于表面勢壘高度。RD spectra measured at room temperature for six different GaAs samples SI-GaAs表面拋光引起的光學(xué)各向異性低溫分子束生長GaAs（LT-GaAs）是一種具有特殊光電性質(zhì)的GaAs材料，其Fermi能級可能由點(diǎn)缺陷或者As沉淀釘扎?？梢酝ㄟ^研究表面勢壘高度來了解有關(guān)Fermi能級的信息。我們證明了：由于LT-GaAs的表面勢壘

16、區(qū)非常薄，可以從RDS信號直接計(jì)算LT-GaAs的表面勢壘高度。通過研究不同退火溫度、不同測量溫度以及不同光照條件下LT-GaAs材料表面勢壘高度的變化，我們對材料中Fermi能級的釘扎有了更深入的認(rèn)識。Phys. Rev. B 55, R7379(1997)-Rapid Communications; Appl. Phys. Lett. 72, 1866(1998); J. Appl. Phys. 87(6), 2923(2000)研究工作得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃（973）項(xiàng)目的支持。Polishing-induced optical anisotropy in S

17、I-GaAs wafers一個(gè)SI-GaAs拋光樣品在不同腐蝕時(shí)間下的RDS信號，腐蝕速率為0.8 m/ min.。說明RDS信號來自于表面下0.8 m以內(nèi)的區(qū)域，是由表面拋光過程產(chǎn)生的亞損傷引起的。RD spectra of one SI-GaAs sample at different etching times.3半導(dǎo)體界面性質(zhì)的偏振反射差分譜研究閃鋅礦結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體界面和量子阱的平面光學(xué)各向異性通過研究量子阱和異質(zhì)結(jié)的平面光學(xué)各向異性來獲取半導(dǎo)體界面化學(xué)鍵的組成、原子偏析、界面粗糙等界面信息！對于（001）閃鋅礦結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體異質(zhì)界面，由于（110）和（110）面內(nèi)化學(xué)鍵是不同的，因此（001

18、）界面在110和110方向上具有一定大小的光學(xué)各向異性（平面內(nèi)光學(xué)各向異性）。對于理想對稱的量子阱，兩個(gè)界面的各向異性恰好互相抵消。對于實(shí)際生長的量子阱材料來說，量子阱前后界面在化學(xué)鍵的組成、原子偏析、界面粗糙程度等方面總是存在著一定程度上的差異，因此總是具有一定大小的平面內(nèi)光學(xué)各向異性！偏振差分反射譜：半導(dǎo)體界面性質(zhì)研究的有力工具！RDS: a powerful tool for characterization of semiconductor interfacesIn-plane optical anisotropy of zinc-blend semiconductor interfa

19、ces and quantum wellsStudies of semiconductor interfaces by reflectance difference spectroscopy一個(gè)70nm InGaAs/GaAs量子阱的RDS結(jié)果，觀察到了源于In原子偏析的5個(gè)量子阱能級躍遷的各向異性。通過理論和實(shí)驗(yàn)對比研究，可以確定界面各向異性勢參數(shù)的大小和In原子偏析程度。RD spectra of a 70 nm InGaAs/GaAs QW sample. Optical anisotropy of five transitions in the QW was observed with

20、 different signs and intensities. Phys. Rev. B 60, 1783(1999)Mater. Sci. and Engin. B 91-92, 62(2002)不同阱寬的 GaAs/Al0.36Ga0.64As樣品的RDS譜（a）和反射譜（b）。在反射譜中，1H1E和1L1E躍遷信號隨阱寬變窄而變寬變小，但在RDS譜中，各向異性卻是增強(qiáng)的！這直接表明各向異性來源于界面。進(jìn)一步的理論計(jì)算證明RDS信號可能來源于單原子層界面有序結(jié)構(gòu)。RD spectra (a) and reflectance spectra (b) of a series of GaAs/Al0.36Ga0.64As QW samples with