低温外延生长的硅基砷化镓(LT-GaAs/Si)材料在太赫兹(THz)光电导天线方面具有潜在的应用前景。然而,异质外延生长的LT-GaAs/Si的晶体、光学和电学性质可能与半绝缘GaAs衬底上生长的晶体、光学和电学性质非常不同。在这项研究中,我们调查的光学性质的外延生长的LT-GaAs/Si样品,相比,在相同的衬底温度下生长的参考,并具有相同的层厚度。在LT-GaAs/Si中存在反相畴和一定的晶体取向差。从相干声子谱,本征载流子密度估计为~ $10^{15}$ cm $^{-3}$为任一样品。强等离子体阻尼也被观察到。载流子动力学,在高激发通量的时间分辨太赫兹光谱测量,揭示了样品之间的显着不同的响应。低于饱和时,两个样品都表现出所需的快速响应。在光通量为$\geq$ 54 $μ$ J/cm $^2$的情况下,参考LT-GaAs层显示出导致非指数行为的电子俘获态饱和,但LT-GaAs/Si保持双指数衰减。这种差异归因于LT-GaAs/Si异质外延生长过程中As-As和Ga-Ga键的形成,有效地导致了低得多的As相关电子陷阱密度。
英文摘要:
Epitaxial low temperature grown GaAs (LT-GaAs) on silicon (LT-GaAs/Si) has the potential for terahertz (THz) photoconductive antenna applications. However, crystalline, optical and electrical properties of heteroepitaxial grown LT-GaAs/Si can be very different from those grown on semi-insulating GaAs substrates (reference). In this study, we investigate optical properties of an epitaxial grown LT-GaAs/Si sample, compared to a reference grown under the same substrate temperature, and with the same layer thickness. Anti-phase domains and some crystal misorientation are present in the LT-GaAs/Si. From coherent phonon spectroscopy, the intrinsic carrier densities are estimated to be ~$10^{15}$ cm$^{-3}$ for either sample. Strong plasmon damping is also observed. Carrier dynamics, measured by time-resolved THz spectroscopy at high excitation fluence, reveals markedly different responses between samples. Below saturation, both samples exhibit the desired fast response. Under optical fluences $\geq$ 54 $μ$ J/cm$^2$, the reference LT-GaAs layer shows saturation of electron trapping states leading to non-exponential behavior, but the LT-GaAs/Si maintains a double exponential decay. The difference is attributed to the formation of As-As and Ga-Ga bonds during the heteroepitaxial growth of LT-GaAs/Si, effectively leading to a much lower density of As-related electron traps.
Anisotropy and Morphology of Strained III-V Heteroepitaxial Films
III-V族半导体膜例如In $_x$ Ga $_{1-x}$ As/GaAs的应变相干异质外延具有用于电子和光电应用的潜力,例如高密度逻辑、量子计算架构、激光二极管和其它光电子器件。晶体对称性对这些膜的形态和它们的空间顺序有很大的影响。IV族应变异质结构的形成,例如沉积在Si上的Ge,通常使用基于Asaro-Tiller-Grinfeld不稳定性的分析模型来分析。然而,III-V族3D异质结构形成的控制动力学具有不同的对称性,并且更具各向异性。在表面能和扩散系数方面都出现了附加的各向异性。在这里,所产生的各向异性的管理动态研究的线性顺序。由此产生的可能的膜形态进行比较与实验观察到的在$_x$镓$_{1-x}$作为/GaAs薄膜。值得注意的是,它被发现,表面能各向异性起着至少一样重要的作用,表面扩散各向异性,如果不是更如此,在以前的假设相反。
Predicting and Understanding Order of Heteroepitaxial Quantum Dots
异质外延自组装量子点(SAQD)将使电子学和光电子学取得突破。SAQD是Stranski-Krastanow生长的结果,由此生长的平面膜在形成初始润湿层之后变得不稳定。常见的系统是Ge $_{x}$ Si $_{1-x}$ /Si和In $_{x}$ Ga $_{1-x}$ As/GaAs。对于应用,需要订购SAQD阵列。通过一个简单的随机表面扩散模型,研究了晶体各向异性、随机初始条件和热涨落在SAQD形成早期阶段对SAQD有序性的影响。表面扩散分析通过线性和微扰非线性分析。阐明了晶体各向异性在增强SAQD有序度中的作用。它也被发现,SAQD秩序增强时,沉积的薄膜被允许演变的临界润湿表面高度附近的高度,标志着非平面膜生长的发病。
Heteroepitaxial Growth of PbSe on InP Substrates via Lattice-Matched III-V Buffer Layers
CREOL, The College of Optics and Photonics, University of Central Florida(中佛罗里达大学光学与光子学院);Department of Materials Science and Engineering, University of Central Florida(中佛罗里达大学材料科学与工程系)
我们报告的超快瞬态光栅测量,以上和以下的居里温度,稀铁磁半导体(Ga,Mn)作为含有6%的锰。在80 K(15 K)时,我们观察到导带中的光激发电子的寿命为8 ps(5 ps),扩散速度约为70 cm 2/s(60 cm 2/s)。这种快速扩散要求电子迁移率超过7,700 cm 2/Vs或导带有效质量小于GaAs值的一半。我们的数据表明,无论是散射率,也没有有效质量的(Ga,Mn)As导带显着不同的GaAs。