1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海科技大学 物质科学与技术学院，上海 201210
4 上海量子科学研究中心，上海 201315
5 复旦大学 应用表面物理国家重点实验室和物理学系，上海 200438
InP基InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD）对近红外光具有高敏感度，使其成为微弱信号和单光子探测的理想光电器件。然而随着先进器件结构越来越复杂，厚度尺寸从量子点到几微米不等，性能越来越受材料中晶格缺陷的影响和工艺条件的制约。采用固态源分子束外延（MBE）技术分别在As和P气氛保护下对InP衬底进行脱氧处理并外延生长晶格匹配的In0.53Ga0.47As薄膜和APD结构材料。实验结果表明，As脱氧在MBE材料质量方面比P脱氧具有明显的优势，可获得陡直明锐的异质结界面，降低载流子浓度，提高霍尔迁移率，延长少子寿命，并抑制器件中点缺陷或杂质缺陷引起的暗电流。因此，As脱氧可以有效提高MBE材料的质量，这项工作优化了InP衬底InGaAs/InP外延生长参数和器件制造条件。
分子束外延 P/As切换 异质界面扩散 铟镓砷/磷化铟雪崩光电二极管 molecular beam epitaxy P/As exchange heterointerface diffusion InGaAs/InP APD
1 上海师范大学 数理学院物理系，上海 200233
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
本文利用分子束外延技术在GaAs（211）B衬底上外延CdTe（211）薄膜，系统研究不同工艺条件对CdTe 外延薄膜的表面形貌和光学性质的影响。研究表明，在一定的生长温度下，在Te气氛下生长CdTe薄膜，增加CdTe：Te的束流比，可显著降低CdTe表面金字塔缺陷的尺寸和密度，当CdTe 和Te束流比为6.5时，金字塔缺陷几乎消失，材料的表面平整度显著改善，X射线衍射（XRD）也表明CdTe晶体质量显著提高。进一步的拉曼光谱表明，随着CdTe和Te束流比的增加，Te的A1峰减弱，CdTe LO和TO声子峰强度比增强。低温光致发光光谱（PL）研究也表明随着CdTe和Te束流比的增加，Cd空位的减少可以使与杂质能级相关的深能级区域的峰强降低，与此同时和晶体质量相关的自由激子峰半峰宽减少，材料的光学质量明显改善。该研究为探索CdTe/GaAs外延材料的理想的工艺窗口以及相关机理，并为进一步以此为缓冲层外延高质量HgCdTe材料提供基础。
CdTe 分子束外延 表面缺陷 拉曼光谱 荧光光谱 CdTe molecular beam epitaxy surface defects Raman spectroscopy fluorescence spectroscopy
1 南京大学现代工程与应用科学学院，固体微结构物理国家重点实验室，江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室，南京 210093中国
2 华威大学物理系，考文垂CV4 7AL，英国
掺杂HfO2铁电薄膜在非易失性存储器件中的重要应用前景使其成为当前凝聚态物理与材料科学领域的一个研究热点。近年来，结果表明：La掺杂HfO2拥有优异的铁电性能，铁电剩余极化强度为45 mC/cm2，是目前HfO2基薄膜材料中报道的最高值。由于Nd与La的化学性质相近，Nd掺杂同样有望增强HfO2的铁电性，但相关研究工作却鲜有报道。使用氧化物分子束外延技术，在La0.67Sr0.33MnO3(底电极)/SrTiO3(001)衬底上外延生长高质量Nd掺杂HfO2(Nd:HfO2)薄膜。X射线衍射以及高分辨电镜表征结果均显示Nd掺杂有助于诱导HfO2从单斜相向正交相的转变，压电力显微镜和铁电测试仪进一步证实正交相Nd:HfO2具有良好的铁电性。此外，高分辨电子显微镜表征还发现Nd:HfO2靠近界面处存在四方相结构，衔接(111)晶向的Nd:HfO2和(001)晶向的钙钛矿氧化物衬底。Nd:HfO2薄膜的外延生长和铁电性的系统研究，扩充了掺杂HfO2的研究体系。
氧化铪 铁电 分子束外延 掺杂 hafnium oxide ferroelectric molecular beam epitaxy doping
1 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
2 中国电子科技集团公司第四十一研究所, 山东青岛 266555
光电导天线作为太赫兹时域光谱仪产生与探测太赫兹辐射的关键部件, 具有重要的科研与工业价值。本文采用分子束外延 (MBE)方法制备 InGaAs/InAlAs超晶格作为 1 550 nm光电导天线的光吸收材料, 使用原子力显微镜、光致发光、高分辨 X射线衍射等方式验证了材料的高生长质量; 通过优化制备条件得到了侧面平整的台面结构光电导天线。制备的光电导太赫兹发射天线在太赫兹时域光谱系统中实现了 4.5 THz的频谱宽度, 动态范围为 45 dB。
太赫兹时域光谱仪 光电导天线 分子束外延 InGaAs/InAlAs超晶格 terahertz time-domain spectrometer photoconductive antenna Molecular Beam Epitaxy InGaAs/InAlAs superlattices 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(12): 1403
碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride, MCT)材料的表面钝化是红外探测器制备中的关键工艺之一。高性能MCT器件需要稳定且可重复生产的钝化表面和符合器件性能要求的界面。因此，探究MCT表面钝化技术具有重要意义。研究了MCT的分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)原位钝化与磁控溅射钝化两种钝化技术。结果表明，MBE原位钝化膜层的致密性较好，钝化层表面的缺陷孔洞较小，钝化层与MCT的晶格匹配度较好，器件流片的电流-电压(I-V)特性要优于磁控溅射正常钝化。
碲化镉 分子束外延 钝化 电流-电压特性 CdTe molecular beam epitaxy passivation current-voltage characteristics
光子学报
2023, 52(10): 1052405
利用分子束外延技术在(100)和(113)B GaAs衬底上进行了有/无AlAs盖帽层量子点的生长, 测量了其在4~100K温度区间的PL光谱。通过对PL光谱的积分强度、峰值能量和半高宽进行分析进而研究载流子的热传输特性。无AlAs盖帽层的(113)B面量子点的PL光谱的热淬灭现象可以由载流子极易从量子点向浸润层逃逸来解释。然而, 有AlAs盖帽层的(113)B量子点的PL热淬灭主要是由于载流子进入了量子点与势垒或者浸润层界面中的非辐射中心引起的。并且其PL的温度依存性与利用Varshni定律计算的体材料InAs的温度依存性吻合很好, 表明载流子通过浸润层进行传输受到了抑制, 由于AlAs引起的相分离机制(113)B量子点的浸润层已经消失或者减小了。(100)面有AlAs盖帽层的PL半高宽的温度依存性与无AlAs盖帽层的量子点大致相同, 表明在相同外延条件下相分离机制在(100)面上不如(113)B面显著。
分子束外延 InAs量子点 光致发光 AlAs盖帽层 molecular beam epitaxy InAs quantum dot photoluminescence AlAs cap
1 南京大学,固体微结构物理国家重点实验室&现代工程与应用科学学院,南京 210093
2 江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室, 南京 210023
α-Sn(灰锡)是一种重要的拓扑材料, 据理论预测, 打破α-Sn的对称性可以得到拓扑绝缘体、拓扑半金属等多种拓扑相。目前α-Sn的研究以理论计算和角分辨光电子能谱研究能带结构为主, 受限于衬底条件, 高质量的α-Sn外延生长及其电输运性质的研究较少。本文结合课题组近几年在α-Sn薄膜外延生长和拓扑输运性质方面的研究进展, 系统地综述了高质量单晶α-Sn薄膜的分子束外延生长、电输运的测试方法及拓扑性质的验证。通过对输运性质的研究证实了α-Sn的狄拉克半金属相和自旋极化拓扑表面态, 进一步通过改变薄膜厚度和外加应力的方式来实现α-Sn拓扑性质的调控。以上工作不仅为进一步研究α-Sn的拓扑性质提供了重要依据, 也为基于α-Sn的新型量子器件研究提供了重要的材料基础。
拓扑材料 分子束外延 输运表征 狄拉克半金属 拓扑绝缘体 α-Sn α-Sn topological material molecular beam epitaxy transport measurement Dirac semimetal topological insulator
中山大学光电材料与技术国家重点实验室, 广州 510275
Ⅲ-Ⅴ化合物半导体外延单量子点具有类原子的分立能级结构, 能够按需产生单光子和纠缠多光子态, 而且可以直接与成熟的集成光子技术结合, 因此被认为是制备高品质固态量子光源、构建可扩展性量子网络最有潜力的固态量子体系之一。本综述的重点是介绍高品质单量子点的分子束外延生长及精确调控的方法。首先介绍了晶圆级均匀单量子点的分子束外延生长, 并探讨了调控浸润层态和量子点对称性的生长方法; 接下来概述了利用应变层调控量子点发射波长的方法, 总结了几种常见的电调控单个量子点器件的设计原理; 最后讨论了最近为实现优异量子点光源而开发的液滴外延生长技术。
单量子点 分子束外延 生长调控 S-K模式 液滴刻蚀 单光子源 纠缠光源 single quantum dot molecular beam epitaxy growth modulation S-K mode droplet etching single photon source entangled light source
1 中国科学技术大学, 合肥微尺度物质科学国家研究中心&物理学院, 合肥 230026
2 中国科学技术大学, 上海量子科学研究中心&中国科学院量子信息与量子物理创新研究院, 上海 201315
3 中国科学技术大学, 合肥国家实验室, 合肥 230088
量子光源是量子通信和光量子计算的基础模块。光子的单光子性保证了通信的无条件安全, 光子的高不可分辨性保证了计算方案的复杂度。在各类固态材料候选体系中, 基于半导体量子点体系的单光子源和纠缠光子源保持着量子光源品质的最高纪录, 展现了巨大的潜力。分子束外延是目前最适合制备固态半导体量子点的生长方法, 超高真空、超纯材料、原位监测和生长过程中参数的高度可控等特点使其优势明显。为了实现同时具备高效率、高单光子纯度、高不可分辨性和高纠缠保真度的量子光源, 量子点的材料生长、外部调控、钝化技术和测量技术等都需要系统优化提升。本文将综述基于分子束外延生长实现固态量子点体系量子光源的基础材料与器件的研究进展, 讨论两种常见量子点的制备原理以及外延生长中各类参数对量子点品质的影响, 包括背景真空、源料纯度、衬底温度、生长速率和束流比等。本文随后简介了外部调控、表面钝化、测量技术等手段优化量子光源器件性能的技术细节和实验进展, 最后对量子光源在基础科学研究和量子网络构建中取得的进展进行总结, 并对其实际应用与发展前景进行展望。
确定性固态量子光源 分子束外延 半导体量子点 单光子源 纠缠光子源 量子信息技术 deterministic solid-state quantum light source molecular beam epitaxy semiconductor quantum dot single photon source entangled photon source quantum information technology
