MOCVD制备GaSb/GaAs自组织量子点的形貌特性研究

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GaSb/GaAs量子点结构被广泛应用于光纤通信中的近红外量子点激光器、中红外探测器以及光伏电池中。基于GaSb/GaAs量子点结构的量子点器件正在研制阶段,目前存在着对制备量子点设备要求高且制备出的量子点尺寸较大,密度较低,分布不均匀等问题制约着量子点器件的发展。本文的研究目的在于采用更接近产业化的MOCVD外延生长技术并利用三甲基镓(TMGa)和三乙基锑(TESb)为生长有机源在(100)晶面的GaAs衬底上制备GaSb/GaAs量子点,分别研究了生长温度、反应室压强和气相Ⅴ/Ⅲ比三个MOCVD生长参数以及快速生长时间、中断时间和生长MO源交替通入生长的循环次数三个生长过程因素对GaSb/GaAs量子点生长的影响,总结量子点的生长规律,进而制备出高密度,低尺寸,分布均匀的GaSb/GaAs量子点。通过研究发现在MOCVD生长参数中生长温度对GaSb/GaAs量子点生长的影响最为明显,其中量子点的密度随温度的升高先上升后下降,在500℃时量子点的密度达到最大,小岛的平均直径d=32.2nm,平均高度h=3.6nm,密度为3.5×1010cm-23.5×1010cm-2。压强对量子点的密度影响较大,当压强由100mbar升高到400mbar时量子点密度由1.6×1010-2升高到6.0×1010cm-2。而气相Ⅴ/Ⅲ比对生长的影响只有当Ⅴ/Ⅲ>1时由于生长模式的转变,量子点的尺寸增高,密度明显下降,Ⅴ/Ⅲ<1时,其对量子点的生长无明显影响,量子点的平均直径为26.4nm,平均高度为2.5nm,密度为5.8×1010cm-2。研究发现只有当量子点在SK1模式生长区时才能制备出尺寸均匀,密度较高的量子点。当快速生长时间在6s时,量子点处在SK1模式生长区量子点的平均直径为20.5nm,平均高度为4.1nm,密度约为7.5×1010cm-2。随着快速生长时间的延长,量子点的尺寸增大且分布不均,密度降低,并且出现各向异性的生长。而中断时间对量子点的尺寸和密度没有显著的影响,当中断时间由10s延长至20s时,量子点的平均直径由27.3nm升高到38.3nm,平均高度由7.3nm降低到5.2nm,密度由8.4×1010cm-2降低到6.2×1010cm-2。交替生长的循环次数对量子点的生长有显著的影响,当循环次数增加时,量子点密度会增高,由1.6×1010cm-2提高到8.4×1010cm-2,尺寸的均匀性得到明显提升。
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