Ⅲ-Ⅴ族量子結(jié)構(gòu)材料生長及相關(guān)自旋電子學(xué)的研究.pdf

1、本文首先詳細(xì)介紹了分子束外延設(shè)備的原理和構(gòu)造。采用原子力顯微鏡研究了InSb/GaAs量子點(diǎn)的生長特點(diǎn)。采用室溫光熒光譜、高分辨x射線衍射儀和低溫光熒光譜對(duì)在GaAs (110)襯底上生長高Al組分的AlGaAs材料進(jìn)行了研究。然后本文利用不同工藝條件下在GaAs(110)襯底上生長GaAs時(shí)反射高能電子衍射強(qiáng)度振蕩呈現(xiàn)單雙周期變化的特點(diǎn)，找到了一種在GaAs(110)襯底上生長高質(zhì)量量子阱的可行方法，運(yùn)用時(shí)間分辨Kerr旋轉(zhuǎn)譜、X射線

2、反射譜、光致熒光光譜、透射電子顯微鏡等測(cè)量手段研究了不同生長條件對(duì)量子阱內(nèi)電子的自旋馳豫的影響。最后本文采用時(shí)空分辨的Kerr旋轉(zhuǎn)光譜的方法在AlGaAs/InGaAs量子阱結(jié)構(gòu)樣品上在室溫下觀測(cè)到了自旋霍爾逆效應(yīng)。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 1．通過原子力顯微鏡研究了InSb/GaAs量子點(diǎn)的生長特點(diǎn)。在GaAs襯底上生長了不同原子層(ML)厚度的InSb量子點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)隨著原子層數(shù)的增加，InSb量子點(diǎn)的密度增加，到2.5 ML時(shí)

3、量子點(diǎn)密度最大，再增加原子層數(shù)，量子點(diǎn)開始合并，密度減小，尺寸變大。 2．在GaAs (110)襯底上生長高Al組分的Al<,0.4>Ga<,0.6>As時(shí)，生長溫度和 As<,2>/Ga束流等效壓強(qiáng)比對(duì)材料晶體質(zhì)量和光學(xué)性能有重要的影響。本文采用分子束外延技術(shù)在GaAs (110)襯底上生長了一系列生長溫度和As<,2>/Ga束流等效壓強(qiáng)比不同的樣品，通過室溫光熒光譜、高分辨x射線衍射儀和低溫光熒光譜對(duì)這些樣品進(jìn)行了分析，找到

4、了在GaAs (110)襯底上生長高質(zhì)量高Al組分的Al<,0.4>Ga<,0.6>As生長條件。 3． GaAs(110)襯底上生長GaAs外延層時(shí)，不同生長條件下存在單層和雙層兩種生長模式，對(duì)應(yīng)反射高能電子衍射RHEED強(qiáng)度振蕩呈現(xiàn)出單雙周期的變化。透射電子顯微鏡和室溫光熒光譜測(cè)量結(jié)果表明：在雙層生長模式下量子阱樣品光學(xué)性能較差，而在單層生長模式下量子阱光學(xué)性能較好，但是界面會(huì)變粗糙。利用這一特點(diǎn)，我們采用反射高能電子衍射強(qiáng)

5、度振蕩技術(shù)，找到了一種在GaAs(110)襯底上生長高質(zhì)量量子阱的可行方法。 4．通過掠入射x射線反射譜和時(shí)間分辨Kerr旋轉(zhuǎn)譜研究了界面生長中斷對(duì)量子阱內(nèi)電子自旋壽命T的影響。研究表明在量子阱反轉(zhuǎn)界面(AlGaAs上生長GaAs的界面)的中斷比在正常界面(GaAs上生長AlGaAs的界面)的中斷對(duì)自旋壽命有更大的影響。我們生長了一系列在反轉(zhuǎn)界面上中斷不同時(shí)間的量子阱樣品。對(duì)樣品進(jìn)行了掠入射x射線反射譜的研究，標(biāo)準(zhǔn)軟件模擬結(jié)果顯示量子阱

6、的粗糙度隨中斷時(shí)間增加而減小。室溫下時(shí)間分辨克爾旋轉(zhuǎn)譜的測(cè)試表明合適的界面生長中斷時(shí)間可以顯著地提高自旋壽命。我們認(rèn)為這主要是因?yàn)樯L中斷減少了界面粗糙度，抑制了D′yakonov-Perel′相互作用，從而提高了自旋壽命。 5．利用標(biāo)準(zhǔn)光刻和濕法腐蝕工藝在AlGaAs/InGaAs量子阱樣品上制作了多端霍爾棒結(jié)構(gòu)，采用時(shí)空分辨的Kerr旋轉(zhuǎn)光譜的方法，室溫下在樣品上觀測(cè)到了自旋霍爾逆效應(yīng)。作為自旋霍爾效應(yīng)的補(bǔ)充，它說明了電荷輸