电场下超晶格GaAs/Ga_(1-x)Al_xAs[111]的电子结构

用有效质量理论研究了GaAs/Ga_(1-x) Al_xAs[111]超晶格在外加电场下的电子结构.具体计算了超晶格的子能带色散关系曲线,子能级随外加电场的变化,并且计算了k_u=0的光跃迁矩阵元平方随电场的变化.与零电场情况相比,发现在k_u≠0处子能带的二重简并解除.随电场的增大,△n=0的跃迁减小,而△n≠0的跃迁增大.考虑单轴压力效应后,轻空穴和重空穴的能级位置发生下降和上升.     

(GaN)n/(AlN)n应变层超晶格的电子结构

以Free-Standing条件生长的超晶格原胞为计算模型,运用LCAO-Recursion方法研究了(GaN)n/(AlN)n(001)应变层超晶格的电子结构.由计算结果分析了GaN/AlN应变层超晶格中Ga,Al和N之间的成键情况及其带隙Eg随超晶格层数n的变化趋势;当超晶格中存在空位时,带隙中将形成缺陷能级.最后分析了在超晶格中引入Mg掺杂后对超晶格电子结构的影响.     

(GaN)n/(AlN)n应变层超晶格的电子结构

以Free-Standing条件生长的超晶格原胞为计算模型，运用LCAO-Recursion方法研究了(GaN)n/(AlN)n (001)应变层超晶格的电子结构. 由计算结果分析了GaN/AlN应变层超晶格中Ga, Al和N之间的成键情况及其带隙Eg随超晶格层数n的变化趋势；当超晶格中存在空位时，带隙中将形成缺陷能级. 最后分析了在超晶格中引入Mg掺杂后对超晶格电子结构的影响.     

内建电场对应变多量子阱带阶的影响

隧穿电流的大小依赖于带阶的大小.内建电场会改变多量子阱的结构,使其由方阱变为斜阱,导致其带阶发生改变.本文定量地给出了由内建电场导致的价带阶变化及其斜率.对沿任意方向生长的立方超晶格系统,当其特征厚度小于临界值(欠临界系统)时,给出了内建电场与应变的定量关系.针对不同的量子阱系统,当生长方向沿着[111]方向时,计算了三种类型、21种组分、由内建电场引起的价带阶变化量.所有结果在线性领域及没有相变的情况下都是适用的.     

内建电场对应变多量子阱带阶的影响

隧穿电流的大小依赖于带阶的大小。内建电场会改变多量子阱的结构，使其由方阱变为斜阱，导致其带阶发生改变。本文定量地给出了由内建电场导致的价带阶变化及其斜率。对沿任意方向生长的立方超晶格系统，当其特征厚度小于临界值(欠临界系统)时，给出了内建电场与应变的定量关系。针对不同的量子阱系统，当生长方向沿着[111]方向时，计算了三种类型、21种组分、由内建电场引起的价带阶变化量。所有结果在线性领域及没有相变的情况下都是适用的.     

内建电场对应变多量子阱带阶的影响

隧穿电流的大小依赖于带阶的大小。内建电场会改变多量子阱的结构 ,使其由方阱变为斜阱 ,导致其带阶发生改变。本文定量地给出了由内建电场导致的价带阶变化及其斜率。对沿任意方向生长的立方超晶格系统 ,当其特征厚度小于临界值 (欠临界系统 )时 ,给出了内建电场与应变的定量关系。针对不同的量子阱系统 ,当生长方向沿着 [111]方向时 ,计算了三种类型、2 1种组分、由内建电场引起的价带阶变化量。所有结果在线性领域及没有相变的情况下都是适用的。     

解理面预处理方法对二次外延的影响

利用超晶格解理面方法制备定位生长的InAs量子线.首先以分子束外延技术在OaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs超晶格,然后将样品取出外延系统进行解理,对解理面进行预处理之后在(110)解理面上进行二次外延.实验结果显示超晶格解理面的预处理方法对二次外延有重大影响,其中择优腐蚀比自然氧化更有利于量子线的定位生长,过高温度的脱氧除气会导致解理面的GaAs部分出现坑状结构,表明(110)面上的Ga原子容易脱附.同时,Ga原子在(110)面上的迁移长度比较大,原子的择优扩散方向为[001]方向.     

解理面预处理方法对二次外延的影响

利用超晶格解理面方法制备定位生长的InAs量子线.首先以分子束外延技术在OaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs超晶格,然后将样品取出外延系统进行解理,对解理面进行预处理之后在(110)解理面上进行二次外延.实验结果显示超晶格解理面的预处理方法对二次外延有重大影响,其中择优腐蚀比自然氧化更有利于量子线的定位生长,过高温度的脱氧除气会导致解理面的GaAs部分出现坑状结构,表明(110)面上的Ga原子容易脱附.同时,Ga原子在(110)面上的迁移长度比较大,原子的择优扩散方向为[001]方向.     

高分辨电子显微像的定量分析与应用Ⅱ.InGaAs/GaAs应变层超晶格的高分辨像定量分析

使用高分辨像定量分析方法和像模拟技术,对外延生长的GaAs/InxGa1-xAs应变层超晶格的微观组态进行了详细的分析.用像模拟验证了成像位置与结构投影的对应关系.使用像点定位及畸变测量的分析方法,获得了晶格畸变位移分布图及畸变沿生长方向的分布曲线,扣除由四方畸变导致的点阵膨胀与收缩,得到了仅由In元素分布导致的点阵参数变化曲线.由晶格参数与In元素含量的线性对应关系,获得了超晶格中In元素沿生长方向的分布曲线.     

应变Si/(001)Si_(1-x)Ge_x能带结构模型

应变Si材料的能带结构是研究设计高速/高性能器件和电路的理论基础。采用结合形变势理论的K.P微扰法建立了(001)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的张应变Si的能带结构模型。结果表明:[001]、[001]方向能谷构成了张应变Si导带带边,其能量值随Ge组分的增加而变小;导带劈裂能与Ge组分成线性关系;价带三个带边能级都随Ge组分的增加而增加,而且Ge组分越高价带带边劈裂能值越大;禁带宽度随着Ge组分的增加而变小。该模型可获得量化的数据,对器件研究设计可提供有价值的参考。     

应变平衡超晶格改善GaAs/Si(001)表面研究

本文提出了一种有效改善GaAs/Si(001)材料表面形貌和晶体质量的应变平衡超晶格结构及其制备方案。在无偏角Si(001)衬底上,采用金属有机化学气相沉积技术生长了具有应变平衡超晶格结构的GaAs外延层,并在相同条件下仅生长了GaAs外延层作为比较。采用原子力显微镜、光致荧光光谱仪和双晶X射线衍射仪对两种样品进行表征与测试。测试结果表明：与未采用该方案生长的样品相比,采用应变平衡超晶格结构方案生长的样品的均方根表面粗糙度由1.92 nm(10μm×10μm)降至1.16 nm(10μm×10μm),光致荧光光谱峰值强度提高5倍以上,光致荧光光谱峰值半峰全宽从31.6 nm降为23.4 nm,XRD曲线峰值半峰全宽降低了30.4%,X射线衍射峰值强度提升了472.2%。该方案可显著改善GaAs/Si(001)材料的表面形貌及晶体质量,对制备硅基电子和光电子器件具有重要意义。     

锑化铟单晶杂质分布均匀性的研究

本文介绍通过生长锑化铟单晶的试验,得出在[111]方向生长时,改变生长条件可提高其径向不均匀度(最佳为59～88％)。而要进一步提高,则须改变生长方向,如在[112]、[113]、[115]和[001]方向生长时,由于(111)小平面移至截面边沿的很窄区域内,从而可大大改善横截面不均匀度(20～39％)和径向不均匀度(8～27％)。     

耦合量子阱和超晶格中的Stark效应及电场感生的局域化

本文使用单带双谷模型和隧道谐振方法计算了电场作用下耦合量子阱和超晶格中的电子态.计算中考虑了能谷的非抛物线性和Г,Х两个能谷的贡献.算得的耦合量子阱能级同实验结果之间吻合良好,并且得出在某些电场下两个阱中的不同能级之间可能产生耦合.对超晶格的计算同样得到了同实验吻合的电场作用下的局域化及电子的带间跃迁能量.在GaAs/AlAs超晶格中还算得了适当电场下的有趣的Г-Х混和现象.     

InGaAs／GaAs应变层中应力的CBED的研究

本文我们利用CBED,研究了,InGaAs/GaAs超晶格样品高阶劳厄反射中的卫星线分布情况。InGaAs/GaAs超晶格是用金属有机化学汽相沉积的方法生长在GaAs[001]衬底上,InGaAs及GaAs层的厚度分别为100A和200A,x光双晶衍射定出其中合金属中In的含量为6％。会聚束电子衍射在EM-420上进行的。我们发现平面样品中有两种区域,1)衬底与超晶格的界面存在,可以观察在相互垂直的两[110]方向有失配位错。2)GaAs衬底与超晶格界面被Ar~+减薄掉,它可以当作自由超     

半导体超晶格和多层膜应变的CBED测定

AB交替生长的半导体超晶格和多层膜,由于A晶格与B晶格失配,产生了应变。应变改变了晶体的能带结构,从而为应变超晶格和多层膜的应用开辟了新的途径。超晶格和多层膜应变的测定通常是使用X射线衍射,最近我们用会聚束电子衍射(CBED)测定了InGaAs/GaAs和GeSi/Si超晶格的应变~(1,2),所得数据的准确性可与X射线数据相比。在超晶格的研究中,首先在实验中实现运动学衍射,然后用电子衍射运动学理论来解释所得超晶格的CBED摇摆曲线。进一步研究表明,多层膜的情况不一样,只有在动力学衍射的情况下,才能提供足够的信息。以下我们报导InGaAs/GaAs超晶格及多层膜应变的CBED研究。     

应变层超晶格(ZnSe)_(2n)/(ZnS_xSe_(1-x))_(2n)的电子结构

本文用LCAO-Recursion方法研究了应变层超晶格(ZnSe)_(2n)/(ZnS_xSe_(1-x))_(2n)(n=1)的电子结构。计算了两种应变组态(赝晶生长,Free-Standing生长)下超晶格总的态密度,各原子的局域和分波态密度。我们发现:带隙E_g、费米能级E_f和原子价随应变的变化而变化;(ZnSe)_(2n)/(ZnS_xSe_(1-x))_(2n)超晶格中离子键和共价键共存;电子在界面附近发生了转移。     

GeSi／Si应变超晶格退火及离子注入研究

用深能级瞬态谱（ＤＬＴＳ）研究退火及离子注入对分子束外延生长的ＧｅＳｉ／Ｓｉ应变超晶格性质的影响，观察到３个与位错有关的深中心和１个表层内的深中心，退火和离子注入都使得这些深中心的浓度增加数倍，说明ＧｅＳｉ／Ｓｉ应变超晶格不适应做过多的热处理．同时测定Ｐｄ＋注入在ＧｅＳｉ／Ｓｉ超晶格的杂质能级为ＥＣ＝０．２８ｅＶ，与体Ｓｉ中的Ｐｄ杂质能级一致．     

[111]方向电场诱导的硅的倍频效应

理论上研究了硅晶体在[111]方向电场的作用下等效二阶极化率张量与C3v点群晶体的二阶极化率张量的形式相同;在此基础上研究了硅的[111]方向电场诱导的倍频效应,可以使入射光垂直{110}面入射,从而研究硅的场致倍频效应随基频光偏振方向的变化.设计了底面为(110)面的半球形硅样品,为从实验上研究[111]方向电场诱导的硅的倍频效应,提出了一种实验方案.     

(101)面生长双轴应变Si带边模型

采用结合形变势理论的k·p微扰法建立了(101)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的双轴应变Si的带边模型.结果表明:[001],[001],[100]及[100]方向能谷构成了该应变Si的导带带边,其能量值随Ge组分的增加而增加;导带劈裂能与Ge组分成正比例线性关系;价带三个带边能级都随Ge组分的增加而增加,而且Ge组分越高价带带边劈裂能值越大;禁带宽度随着Ge组分的增加而变小.该模型可获得量化的数据,为器件研究设计提供有价值的参考.     

SIMOX上Si／Ge0.5Si0.5超晶格的TEM分析

借助剖面电子显微学(TEM)和离子背散射沟道技术研究了SIMOX衬底上分子束外延生长的Si/Ge_(0.5)SI_(0.5)应变层超晶格薄膜。实验结果表明Si/Ge_(0.5)Si_(0.5)应变层超晶格能成功地生长在SIMOX衬底上。由于si/Ge_(0.5)Si_(0.5)膜与SIMOX衬底之间晶格失配,引起晶格畸变。分析SIMOX超晶格的显微结构,Si/Ge_(0.5)Si_(0.5)超晶格内存在的位错与SIMOX衬底内的位错密度有关引言Si衬底上分子束外延Si/Ge_(0.5)Si_(0.5)应变层超晶格是基础研究和器件应用的重要研究领域。某些以Si/Ge_(0.5)Si_(0.5)层为基础的高质量器件已研制成功。例如异质结的双极型晶体管。