有序Ge量子点和量子线的生长和物理特性探索

本项目系统研究在斜切Si (001) 衬底上的Ge量子点和量子线的生长,微结构及其物理特性. 探索由于表面偏角所引起的台阶结构对自组织低维纳米结构形成的影响问题； 进一步了解异质外延过程中自组织纳米结构形成的内在物理机制， 为有效控制自组织量子点和量子线的生长提供研究思路；寻求合适的偏角和相应的生长条件, 得到尺寸及空间分布均匀的量子点和量子线，为充分研究量子点和量子线的物理特性提供条件；研究这些低维结构的光电和电学特性,了解其形貌及外场对物理特性的影响，探索这些低维结构在光电子和微电子器件的应用前景,为适用于硅基上的集成化芯片的新型元器件的研究奠定基础.

研究了斜切Si（001）衬底上的GeSi纳米结构的生长特性和相应的生长机制。初步实现了特定斜切Si（001）衬底上的GeSi量子线的制备；研究了生长条件对GeSi量子线生长的影响，对量子线的优化生长提供了基础；生长了多层GeSi量子线；系统研究了不同斜切角度的Si（001）衬底上GeSi纳米结构的形貌，尺寸和密度的变化规律，对斜切Si（001）衬底上的GeSi纳米结构自组织生长的内在机理有了进一步了解；在特定偏角的衬底上, 在合适的生长条件下, 能生长出尺寸均匀和空间分布有序的Ge量子点。对量子线和量子点的物理特性（包括光致发光，载流子在纳米结构中的输运特性等）进行了分析和研究；初步了解了量子点和量子线的结构特性对其物理特性的影响；对紧密准周期排列的量子线的光致发光谱的分析表明量子线之间存在比较强的耦合作用，从而产生了微带结构，对量子线的光电特性具有较大影响；对量子线的磁阻的研究表明量子线中存在比较明显的自旋轨道耦合作用，使得不同自旋取向的空穴在量子线中的迁移率产生差异，而且在垂直线方向的输运过程中差异更加明显，这一结果表明量子线的几何结构和能带结构对量子线中的自旋输运有比较大的影响。初步的实验结果表明，斜切衬底上的GeSi量子点和量子线在将来硅基上的新型光电器件和自旋电子器件应用中会有比较大的前景。