《深能级瞬态谱》PPT课件.ppt

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1、半导体深能级瞬态谱研究Studies of DLTS for semiconductors,ZnSe组织量子点基态电子能量的确定Electron ground state energy level determination of ZnSe seff-organized quantum dots embedded in ZnS,本工作特点是应用PL，C-V和DLTS技术评价MBE生长ZnSe自组织量子点的光学和电学特性。其创新之处是将传统的DLTS技术应用于ZnSe量子点结构，获得的ZnSe量子点基态电子发射能（120 meV）与光致发光热淬火模型得到的结果一致。该结果将发表在2003年4月1

2、5日出版的美国Journal of Applied Physics。,图一室温下无Al和Al掺杂ZnS0.977Te0.023的PL谱。随着Al浓度的增加，PL峰强度减小，表明与Al有关的非辐射深中心形成。,图二Au/ZnS肖特基样品的DLTS谱。表明与Al有关的E1（0.21eV）和E2(0.39eV)电子陷阱生成。,图三Au/ZnS0.983Te0.017肖特基样品的DLTS谱。随Te的加入，除E1和E2外，还观察到与Te有关的E3（0.26eV）电子陷阱生成。,图四Au/ZnS0.96Te0.04肖特基样品的DLTS谱。观察到与Te有关的E3*（0.24eV）能级位置随Te组份增加而变化

3、（降低）。,图五Au/ZnS0.954Te0.046肖特基样品的DLTS谱。随Te组份再增加，与Te有关的E3*（0.21eV）能级位置进一步降低。,图一ZnSe量子点结构在不同温度下的PL谱,图二PL强度与温度关系的 Arrhenius plot 图（利用两步热淬火过程模拟获得Ea1=40 meV和Ea2=130 meV）,图三表观载流子浓度和反向偏压与耗尽层深度关系。来自于ZnSe量子点结构的电子积累峰。,图四反向偏压下量子点基态电子发射能变化示意图,图五典型的ZnSe量子点结构的 DLTS谱。当反偏为6.5V时，ZnSe量子点的电子发射峰出现。,深能级瞬态谱（DLTS）是研究半导体材料和

4、器件中深能级特性的重要测试方法。半导体低维结构的位能变化类似于半导体晶格中的深能级缺陷，可做为体材料中的“大陷阱”。因此将 传统的DLTS技术应用于低维结构可确定其电子基态能量，拓宽了DLTS的应用范围。,应变自组装量子线结构特征与生长条件关系研究Relationship between the structural characteristics and the MBE growth conditions for self-assembled quantum wires,量子点（QD）和量子线（QWR）的MBE自组装是微观随机过程，这使QD和QWR的结构在原子尺度上是不均匀的。减小这种不均匀

5、性是MBE生长QD和QWR的基本问题。优化MBE生长工艺可以改进均匀性，但是其效果是相当有限的。要想使均匀性近一步改善，必须了解原子微观过程与生长条件的关系。我们首先在InAs/InAlAs/InP(001)体系中制备和观察到空间斜向排列QWR阵列，并对其结构特征与生长条件的关系进行研究，确立了QWR的空间排列方向和沿生长方向空间排布对称性与间隔层材料组分和生长模式的关系。通过这些关系的研究，了解了生长表面的再构对QWR自组装微观过程和QWR结构特征的可能影响。这些工作发布在Appl.Phys.Lett.和J.of Cryst.Growth以后，被多次引用。Investigation of t

6、he 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 space alignment in the InAs/InAlAs/InP(001),we study the dependence of the str

7、uctural 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 not about the 001 growth direction depends on the growth modes.Such a relation

8、ship 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.,图a和 b是 MBE多层量子线TEM照片。层厚8 个原子单层的InAs分别生长在（001）和偏离（001）6度的InP衬底上。沿（001）生长的结构是对称的，而沿偏离（001）方

9、向生长的结构是非对称的。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(001)is symmetrical about the growth direction,while the structure on the substrate o

10、ff(001)is unsymmetrical.,图c和 d是 InP（001）衬底上，MEE（Migration Enhanced Epitaxy）多层InAs量子线，其空间分布沿（001）是非对称的。InAs层厚分别是8个原子单层和10个原子单层。Figures c and d are the TEM images of the MEE multilayer InAs QWRs on the InP(001).The structure is unsymmetrical about the(001)growth direction.The InAs layer is 8 MLs and 1

11、0 MLs in thickness,respectively.,半导体表面性质的偏振反射差分谱研究,RDS setup，Aspnes,1980s,利用偏振差分反射谱(RDS)技术，可以测量出反射系数在样品平面内两个互相垂直方向上的细微差异:Dr/r=(rx-ry)/(rx+ry)。目前RDS多用于外延生长过程中的原位实时观测、表面重构、表面吸附等表面性质研究。,我们利用RDS技术对半导体Pockels效应、表面亚损伤、合金有序、离子注入及退火效应以及量子阱界面性质等开展了广泛的研究，得到了许多新结果。,用RDS观察到了SI-GaAs样品极强的平面光学各向异性，并确定它来自于表面抛光过程引入的

12、表面亚损伤，亚损伤在表面下0.8微米深度范围内，并从理论上解释了RDS的特征谱形。从RDS结果计算出各向异性应变(exy)大小为10-4量级。实验表明RDS非常适合用于GaAs、InP和GaP等衬底材料表面亚损伤的无损检测，可用于有关材料产业的在线监测。J.Appl.Phys.88,1695(2000),三组LT-GaAs样品表面势垒高度随退火温度的变化，发现表面势垒高度（取决于费米能级在禁带中的位置）不是钉扎在某一个固定值上，表明材料的费米能级在禁带中位置没有完全钉扎在As沉淀上，其复杂变化与缺陷密切相关。我们提出了新的钉扎模型对此进行了解释。Surface potentials of th

13、ree groups of LT-GaAs samples at different annealing temperatures.,Studies of semiconductor surfaces by reflectance difference spectroscopy,低温分子束生长GaAs中Fermi能级钉扎,Dr/r：10-5,Pinning of Fermi level in LT-GaAs,室温下六个不同GaAs样品的RDS谱。n-GaAs和LT-GaAs样品的RDS信号都源于线性电光效应，SI-GaAs的信号与表面性质有关。我们证明LT-GaAs在3.0eV处的RDS信号正

14、比于表面势垒高度。RD spectra measured at room temperature for six different GaAs samples,SI-GaAs表面抛光引起的光学各向异性,低温分子束生长GaAs（LT-GaAs）是一种具有特殊光电性质的GaAs材料，其Fermi能级可能由点缺陷或者As沉淀钉扎。可以通过研究表面势垒高度来了解有关Fermi能级的信息。我们证明了：由于LT-GaAs的表面势垒区非常薄，可以从RDS信号直接计算LT-GaAs的表面势垒高度。通过研究不同退火温度、不同测量温度以及不同光照条件下LT-GaAs材料表面势垒高度的变化，我们对材料中Fermi能

15、级的钉扎有了更深入的认识。Phys.Rev.B 55,R7379(1997)-Rapid Communications;Appl.Phys.Lett.72,1866(1998);J.Appl.Phys.87(6),2923(2000),研究工作得到国家自然科学基金项目和国家重点基础研究发展规划（973）项目的支持。,Polishing-induced optical anisotropy in SI-GaAs wafers,一个SI-GaAs抛光样品在不同腐蚀时间下的RDS信号，腐蚀速率为0.8 m/min.。说明RDS信号来自于表面下0.8 m以内的区域，是由表面抛光过程产生的亚损伤引起的。

16、RD spectra of one SI-GaAs sample at different etching times.,半导体界面性质的偏振反射差分谱研究,闪锌矿结构半导体界面和量子阱的平面光学各向异性,通过研究量子阱和异质结的平面光学各向异性来获取半导体界面化学键的组成、原子偏析、界面粗糙等界面信息！,对于（001）闪锌矿结构半导体异质界面，由于（110）和（110）面内化学键是不同的，因此（001）界面在110和110方向上具有一定大小的光学各向异性（平面内光学各向异性）。对于理想对称的量子阱，两个界面的各向异性恰好互相抵消。对于实际生长的量子阱材料来说，量子阱前后界面在化学键的组成、原

17、子偏析、界面粗糙程度等方面总是存在着一定程度上的差异，因此总是具有一定大小的平面内光学各向异性！,偏振差分反射谱：半导体界面性质研究的有力工具！,RDS:a powerful tool for characterization of semiconductor interfaces,In-plane optical anisotropy of zinc-blend semiconductor interfaces and quantum wells,Studies of semiconductor interfaces by reflectance difference spectroscop

18、y,一个70nm InGaAs/GaAs量子阱的RDS结果，观察到了源于In原子偏析的5个量子阱能级跃迁的各向异性。通过理论和实验对比研究，可以确定界面各向异性势参数的大小和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 different signs and intensities.Phys.Rev.B 60,1783(1999)Mater.Sci.and Engin.B 91-92,62(2002),

19、不同阱宽的 GaAs/Al0.36Ga0.64As样品的RDS谱（a）和反射谱（b）。在反射谱中，1H1E和1L1E跃迁信号随阱宽变窄而变宽变小，但在RDS谱中，各向异性却是增强的！这直接表明各向异性来源于界面。进一步的理论计算证明RDS信号可能来源于单原子层界面有序结构。RD spectra(a)and reflectance spectra(b)of a series of GaAs/Al0.36Ga0.64As QW samples with different well width.Calculations show that the optical anisotropy probab

20、ly come from the anisotropic interface structures with atomic height.Phys.Rev.B 66,195321（2002）,在GaAs/AlGaAs量子阱的一个界面上有意插入1ML的InAs，可显著增加量子阱的不对称性，使量子阱的各向异性增强近一个量级。因此，采用这种方法可人为控制量子阱平面光学各向异性的大小，这对于设计偏振相关的新型光电子器件（如偏振稳定或可控的VCSEL器件）是非常有意义的。Inserting 1ML InAs at the one interface of a 5 nm GaAs/AlGaAs QW can enhance the in-plane optical anisotropy of the QW by nearly one order.,量子阱的平面光学各向异性通常很弱，用常规的偏振光谱技术无法检测出来。利用可检测微弱光学各向异性的RDS技术，我们研究了GaAs/AlGaAs、InGaAs/GaAs、InGaAs/InP和 GaNAs/GaAs量子阱材料以及SiO2/Si、ZnSe/GaAs异质结材料的平面光学各向异性，观察到了界面相关的信号，充分表明RDS是研究半导体界面性质的有力工具！,研究工作得到国家自然科学基金项目和国家重点基础研究发展规划（973）项目的支持。,