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《GaAs图形衬底上InAs量子点生长停顿的动力学蒙特卡罗模拟_何为》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第26卷第4期半导体学报Vol.26No.42005年4月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSApr.,2005GaAs图形衬底上InAs量子点生长停顿的*动力学蒙特卡罗模拟何为郝智彪罗毅(清华大学电子工程系集成光电子学国家重点实验室,北京100084)摘要:采用动力学蒙特卡罗模拟方法对GaAs图形衬底上自组织生长InAs量子点的停顿过程进行了研究.用衬底束缚能的表面分布模拟衬底图形,考察生长之后的停顿时间对量子点形成的影响.结果表明,合适的停顿时间使图形衬底上的量子点分布更趋规则化,对量子点的定位生长有积极的影响.关键词:动力学蒙特卡罗模
2、拟;量子点;外延生长PACC:7115Q;8115N中图分类号:TN304.054文献标识码:A文章编号:0253-4177(2005)04-0707-04Green函数表示量子点边缘的应力,考察了生长速1引言率、生长温度以及停顿时间对生长结果的影响.邓宁[9]等人引入与量子点大小相关的能量来表示量子点[10]半导体量子点在纳米电子学、纳米光子学和光边缘原子的应力作用.Nurminen等人通过定义电子学等领域具有相当广泛的应用前景,基于量子束缚能的分布来表示非平坦的衬底表面.一般在量点的固态量子器件在量子信息技术中将扮演重要角子点生长过程结束之后有一个短暂的停顿过
3、程,使[1][2]色,如单电子晶体管、量子存储器以及应用于保吸附原子在表面进行适度的迁移、结合并形成量子[3][11]密通信的单光子源等.这些器件应用的关键之一点.然而,对于非平坦衬底上量子点生长后的停是对量子点的尺寸和位置进行有效控制.目前,实现顿过程的研究,还未见报道.本文采用KMC方法对[4～7]量子点定位生长的手段很多,其本质都是改变非平坦GaAs图形衬底上InAs量子点生长后的停衬底生长表面某些位置的化学势,使原子在生长过顿过程进行模拟,研究了停顿时间对量子点定位生程中更容易吸附在这些位置上,从而达到对量子点长的影响.位置的控制.其中,图形衬底上生长量子
4、点的方法由于其引入杂质少、可控性好而引起了人们越来越多[4]2动力学蒙特卡罗模拟的计算模型的关注.动力学蒙特卡罗方法(KineticMonteCarlo,KMC)是一种用于模拟表面生长随时间变化过程的动力学蒙特卡罗方法认为衬底是SOS(Solidon方法,已经被用于InAs/GaAs以及Ge/Si量子点等Solid)简单立方密排结构,没有缺陷和位错,通过模外延生长过程的研究,取得了与实际情况相符的结拟原子在表面的吸附和迁移过程来获得吸附原子在果.用KMC方法研究外延生长的关键在于找到合表面的位置信息.在KMC模拟中,一个原子的迁移适的物理模型,既能够抽象各种实际生
5、长条件,又能速率被表征为它迁移到一个相邻位置的几率,几率[8]够方便数学表达,适于模拟.如Meixner等人引入越大,迁移到相邻位置的次数越多,迁移速率越大.*国家自然科学基金资助项目(批准号:60244001,60390074)何为男,硕士研究生,主要研究方向为Ⅲ-Ⅴ族化合物分子束外延.郝智彪男,讲师,主要从事分子束外延生长以及新型器件的研究.Email:zbhao@mail.tsinghua.edu.cn2004-04-26收到,2004-07-19定稿C2005中国电子学会708半导体学报第26卷一个原子迁移到相邻位置的几率为:移几率小或不会发生迁移的点将作
6、为岛状生长的一Es+nEn部分,是量子点的雏形.因此我们把由迁移几率小的P=νexp(-)kbT点组成的二维岛作为主要的考察对象.其中Es是表面的束缚能;En是相邻原子的束缚能;n为相邻原子数;T为生长温度;kb为玻尔兹曼3结果与讨论常数;ν为原子的振动频率.对于InAs/GaAs系材料,可以采用这种SOS简单立方密排结构来研究我们选择的模拟区域为400×400晶格,生长温InAs量子点的生长过程.在Ⅴ/Ⅲ比远大于1的条度为620K,生长速度为0.003ML/s.模拟了100s件下,可以仅考虑In原子在表面的吸附,取n=0～生长,以及生长之后分别停顿100,200
7、,300,400和4,表示有不同相邻原子数的情况,并忽略In原子的500s共六种不同的情况,模拟得到的表面状态如图解吸附过程.2所示.由图可见,刚刚生长结束时,除了凹坑之外,在模拟过程中,每个单位时间内,都重复如下两在平坦的衬底表面也随机分布着很多小岛,而凹坑步.首先,晶格表面的点被随机选取,以选中的点为处岛的形状和尺寸非常杂乱.随着停顿时间加长,平中心,在边长2Ri+1的方形区域内进行搜索,将有坦表面上的小岛明显减少,凹坑处岛的尺寸逐渐增最多相邻原子数的点作为吸附原子的附着点.然后,大,其尺寸和形状分布趋于规则化.由此可见,生长计算表面所有吸附原子的迁移几率,有
8、4个相邻原
