2005用MOCVD生长GaN基自组装量子点的相关实验及其分析.pdf

第34 卷第12 期 稀有金属材料与工程 Vol.34, No.12 2005 年12 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING December 2005 用MOCVD生长GaN基自组装量子点的相关实验及其分析 1,2 1,2 2 孟焘 朱贤方 王占国 1 （厦门大学物理系 低维纳米结构实验室 福建 厦门 361005） 2 （中科院半导体研究所 半导体材料科学重点实验室 北京 100083） 摘 要: 近年来，GaN 基相关材料的量子点生长成为半导体材料研究的一个热点，尤其是用 MOCVD 方 法生长 GaN基自组装量子点占了相当的比例，因此相关的文献较多，但综述性文章却不多见。鉴于此， 本文综述了用 MOCVD制备 GaN基量子点的不同实验方法，并对影响量子点生长的实验条件和参数做了 简要的分析，希望能够对相关的实验研究工作提供一些参考。 关键词: GaN基量子点；自组装（self-assembly）；S-K模式；MOCVD 中图法分类号：TN304.23 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2005)12-1849-05 1 引言 2 不同实验方法及其分析 众所周知，目前半导体量子点的自组装生长主 S-K 模式生长的GaN 基量子点在不同实验条件和 要通过S-K （Stranski-Krastanov ）模式实现[1-5] ，这种 参数下会表现出不同的生长特性，其中材料的表面能 方式一般发生在二维生长后膜内出现应力的场合，其 大小，材料间的晶格失配，环境温度和生长时间等参 生长过程大体可以分为以下三个步骤：（a ）在量子点 数都会在很大程度上决定生成的量子点的尺寸和密 形成的初期阶段的二维层状生长。此时由于生长材料 度，下面就不同的实验条件和参数结合具体实验进行 的晶格应变能较小，因此将形成具有最小表面自由能 分析。 的二维平坦表面。（b ）此后外延层厚度将逐渐增加， 2.1 使用反表面活性剂的生长方法 直到某一临界厚度仍然保持表面较为平整。这时虽然 在外延材料和衬底材料晶格常数相差很小的 晶格应变能在不断增加，但包含表面自由能在内的整 情况下（这时两种材料间的应力很小），如果衬底 个体系的能量在平坦表面上应是最小的。（c ）当膜层 的表面能远大于外延材料的表面能，那么外延层将 厚度超过某一临界尺寸，即完成所谓的一个浸润层的 以二维的层状方式生长，这主要是由于材料间应变 生长之后，部分表面将出现岛状生长。此时岛状结构 能较小而难于使其转向三维岛状生长。这时如果采 中的晶格应变能开始减少，同时整个体系的能量降 用一些人为的方法降低衬底的表面能，如加入反表 低。 面活性剂（常用 Si ）来降低衬底的表面能，便可以 而在实际的生长过程中，包括表面能和应力的大 使其满足量子点的 S-K 生长模式。 小往往也可以通过人为的方式（比如加入反表面活性