双层堆垛长波长InAs/GaAs量子点发光性质研究

研究了双层堆垛InAs/GaAs/InAs自组织量子点的生长和光致发光(PL)的物理性质。通过优化InAs淀积量、中间GaAs层厚度以及InAs量子点生长温度等生长条件,获得了室温光致发光1391～1438nm的高质量InAs量子点。研究发现对量子点GaAs间隔层实施原位退火、采用Sb辅助生长InGaAs盖层等方法可以增强高密度(2×1010 cm-2)InAs量子点的发光强度,减小光谱线宽,改善均匀性和红移发光波长。     

晶格匹配InAs/AlSb超晶格材料的分子束外延生长研究

InAs/GaSb超晶格是量子级联激光器(quantum cascade lase,QCL)和带间级联激光器(interband cascade lasers,ICL)结构中重要的组成,特别是作为ICL的上下超晶格波导层是由大量的超薄外延层(纳米量级)交替生长而成,细微的晶格失配便会直接导致材料晶体质量变差,而且每层的厚度和组分变化会强烈影响材料结构性能.论文研究验证了InAs/GaSb超晶格材料生长的最佳温度约在420℃.通过在衬底旋转的情况下生长40周期短周期GaSb/AlSb和InAs/GaSb超晶格,并采用XRD测量拟合获得了GaSb和AlSb层厚分别为5.448 nm和3.921 nm,以及InAs和GaSb层厚分别为8.998 nm和13.77 nm,误差在10%以内,获得了InAs/AlSb超晶格的生长最优条件.在GaSb衬底上生长晶格匹配的40周期的InAs/AlSb超晶格波导层,充分考虑飘逸As注入对InAs/AlSb超晶格平均晶格常数的影响,在固定SOAK时间为3 s的条件下,通过变化As压为1.7×10^-6 mbar来调整个超晶格的平均晶格常...     

带有InGaAs覆盖层的InAs量子点红外探测器材料的发光与光电响应

利用分子束外延技术(MBE),在GaAs(001)衬底上自组织生长了不同结构的InAs量子点样品,并制备了量子点红外探测器件。利用原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)光谱研究了量子点的表面结构、形貌和光学性质。渐变InGaAs层的插入有效地释放了InAs量子点所受的应力,抑制了量子点中In组分的偏析,提高了外延层的生长质量,降低了势垒高度,使InAs量子点荧光波长红移。伏安特性曲线和光电流(PC)谱结果表明,生长条件的优化提高了器件的红外响应,具有组分渐变的InGaAs层的探测器响应波长发生明显红移。     

沉积速率和生长停顿对InAs/GaAs量子点超晶格生长影响的综合分析

采用动力学蒙特卡罗模型模拟了沉积速率和生长停顿对GaAs衬底中垂直耦合InAs 量子点超晶格生长早期阶段的影响.通过对生长表面形态、岛平均尺寸、岛尺寸分布及其标准差等方面的研究,发现综合控制沉积速率和生长停顿时间能够得到大小均匀、排列有序的岛阵列.这对后续量子点超晶格生长过程中量子点的定位有重要影响. 关键词： 动力学蒙特卡罗模拟 量子点超晶格 外延生长     

不同盖层对InAs/GaAs量子点结构和光学性质的影响

利用金属有机化合物气相沉积设备生长了不同盖层结构的InAs/GaAs量子点,采用原子力显微镜和光致发光光谱仪对量子点的结构和光学性质进行了研究.量子点层之间的盖层由一个低温层和一个高温层组成.对不同材料结构的低温盖层的对比研究表明,In组分渐变的InGaAs低温盖层有利于改善量子点均匀性、减少结合岛数目、提高光致发光强度;当组分渐变InGaAs低温盖层厚度由6.8 nm增加到12 nm,发光波长从1256.0 nm红移到1314.4 nm.另外,还对不同材料结构的高温盖层进行了对比分析,发现高温盖层采用In组分渐变的InGaAs材料有利于光致发光谱强度的提高. 关键词： 半导体量子点 盖层 组分渐变     

InAs/GaAs柱形岛的制备及特性研究

利用固源分子束外延（MBE）的方法经SK模式自组装生长由多层InAs／GaAs量子点组成的柱形岛.具体分析了GaAs间隔层厚度，生长停顿时间以及InAs淀积量对发光峰波长的影响.原子力显微镜（AFM）结果显示柱形岛表面的形状和尺寸都比较均匀；室温下不同高度的柱形岛样品的发光波长分别达到1.32和1.4μm，而单层量子点的发光波长仅为1.1μm，充分说明了量子点高度对发光波长的决定性影响，这为调节量子点发光波长提供了一种直观且行之有效的方法. 关键词： 柱形岛 生长停顿 间隔层厚度 PL谱     

自组织生长InAs/GaAs量子点发光动力学研究

介绍了最新发展的粒子数混合超快光谱测量技术,以及采用该技术对自组织生长InAs/GaAs量子点发光动力学的研究结果.实验发现,自组织InAs/GaAs量子点结构的发光寿命大约为1ns,与InAs层厚度关系不大;激子寿命与温度有一定的关系,但没有明显的实验证据表明与量子点的δ态密度有关;用粒子数混合技术,实验上可直接观察到量子点中载流子在激发态能级的态填充过程. 关键词：     

不同组分InxGa1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的影响

研究了不同In组分的In_xGa_1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的结构及发光特性的影响.透射电子显微镜和原子力显微镜表明,InAs量子点在InGaAs做盖层时所受应力较GaAs盖层时有所减小,并且x＝0.3时,InGaAs在InAs量子点上继续成岛.随x值的增大,量子点的光荧光峰红移,但随温度的变化发光峰峰位变化不明显.理论分析表明InAs量子点所受应力及其均匀性的变化分别是导致上述现象的主要原因. 关键词： 量子点 盖层 应力 红移     

不同组分InxGa1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的影响

研究了不同In组分的InxGa1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的结构及发光特性的影响.透射电子显微镜和原子力显微镜表明,InAs量子点在InGaAs做盖层时所受应力较GaAs盖层时有所减小,并且x＝0.3时,InGaAs在InAs量子点上继续成岛.随x值的增大,量子点的光荧光峰红移,但随温度的变化发光峰峰位变化不明显.理论分析表明InAs量子点所受应力及其均匀性的变化分别是导致上述现象的主要原因.     

自组织InAs/GaAs量子点垂直排列生长研究

利用自组织生长InAs/GaAs量子点的垂直相关排列机制，生长了上下两层用6.5nm GaAs间隔的InAs结构.下层InAs已经成岛，由于应力传递效应，上层InAs由二维生长向三维成岛生长的转变提前发生，临界厚度从1.7ML变成小于1.5ML.透射电子显微镜截面象显示形成上下两层高度差别很大的InAs量子点，但是由于两层量子点之间存在强烈的电子耦合，光致发光谱中只有与包含大量子点的InAs层相对应的一个发光峰.     

GaSb衬底外延InAs薄膜及光学性质研究

利用分子束外延技术在GaSb(100)衬底上先生长作为缓冲层以降低薄膜失配度的低Sb组分的三元合金InAsSb,再生长InAs薄膜.在整个生长过程中通过反射高能电子衍射仪进行实时原位监测.InAs薄膜生长过程中,电子衍射图案显示了清晰的再构线,其薄膜表面具有原子级平整度.利用原子力显微镜对InAs薄膜进行表征,结果显示较低Sb组分的InAsSb缓冲层上外延InAs薄膜的粗糙度比较高Sb组分的InAsSb缓冲层上外延InAs薄膜的粗糙度降低了约2.5倍.通过对不同Sb组分的三元合金InAsSb缓冲层上外延的InAs薄膜进行X射线衍射测试及对应的模拟,结果表明在较低Sb组分的InAsSb缓冲层上外延InAs薄膜的衍射峰半高峰宽较小,说明低Sb组分的InAsSb作为缓冲层可以降低InAs薄膜的内应力,提高InAs薄膜的结晶质量.利用光致发光光谱对高结晶质量的InAs薄膜进行发光特性研究,10 K下InAs的发光峰位约为0.418 eV,为自由激子发光.     

p型掺杂1.3μm InAs/GaAs量子点激光器的最大模式增益特性的研究

对p型掺杂13 μm InAs/GaAs量子点激光器的最大模式增益进行了实验和理论分析.实验上,测量了不同腔长激光器阈值电流密度与总损耗的对应关系,拟合出的最大模式增益为175 cm^-1,与相同结构非掺杂量子点激光器的最大模式增益一致.同时理论分析表明,p型掺杂对InAs/GaAs量子点激光器的最大模式增益并无影响,并且最大模式增益的计算结果与实验值相符.具有较小高度或高宽比的量子点能达到更高的最大模式增益,而较高的最大模式增益对p型掺杂13 μm InAs/GaAs自组织量子点激光器在光通信系统中的应用具有重要意义. 关键词： 最大模式增益 p型掺杂 InAs/GaAs量子点激光器     

GaSb/GaAs复合应力缓冲层上自组装InAs量子点的生长

研究了GaSb/GaAs复合应力缓冲层上自组装生长的InAs量子点.在2ML GaSb/1ML GaAs复合应力缓冲层上获得了高密度的、沿［100］方向择优分布量子点.随着复合应力缓冲层中GaAs层厚度的不同,量子点的密度可以在1.2×10¹⁰cm^-2和8×10¹⁰cm^-2进行调控.适当增加GaAs层的厚度至5ML,量子点的发光波长红移了约25nm,室温下PL光谱波长接近1300nm. 关键词： 自组装量子点 分子束外延 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体     

As压调制的InAlAs超晶格对InAs纳米结构形貌的影响

利用固源分子束外延设备生长出InAs/InAlAs/InP(001)纳米结构材料, 探讨了As压调制的InAlAs超晶格对InAs纳米结构形貌的影响. 结果表明, As压调制的InAlAs超晶格能控制InAs量子线的形成, 导致高密度均匀分布的量子点的生长. 结果有利于进一步理解量子点形貌控制机理. 分析认为, InAs纳米结构的形貌主要由InAlAs层的各向异性应变分布和In吸附原子的各向异性扩散所决定.     

InAs/GaInSb超晶格薄膜结构与电学性能

采用分子束外延(MBE)方法, 调节生长温度、Ⅴ/Ⅲ束流比等参数在(001)GaAs衬底上生长了InAs/GaInSb超晶格薄膜.结果表明:InAs/GaInSb超晶格薄膜的最佳生长温度在385~395 ℃, Ⅴ/Ⅲ束流比为5.7 :1~8.7 :1.高能电子衍射仪(RHEED)原位观测到清晰的GaAs层(4×2)、GaSb层(1×3)和InAs层(1×2)再构衍射条纹.获得的超晶格薄膜结构质量较好.随着温度的升高, 材料的载流子浓度和迁移率均上升.     

941nm2%占空比大功率半导体激光器线阵列

计算了半导体激光器的激射波长与量子阱宽度以及有源层中In组分的关系,确定了941nm波长的量子阱宽度和In组分.并利用金属有机化合物气相淀积(MOCVD)技术生长了InGaAs/GaAs/AlGaAs分别限制应变单量子阱激光器材料.利用该材料制成半导体激光器线阵列的峰值波长为940.5 nm,光谱的FWHM为2.6 nm,在400 μs,50 Hz的输入电流下,输出峰值功率达到114.7 W(165 A),斜率效率高达0.81 W/A,阈值电流密度为103.7 A/cm2;串联电阻5 mΩ,最高转换效率可达36.9%.     

金纳米颗粒光散射提高InAs单量子点荧光提取效率

采用光学方法确定InAs/GaAs单量子点在样品外延面上的位置坐标, 利用AlAs牺牲层把含有量子点的GaAs层剥离并放置在含有金纳米颗粒或平整金膜上, 研究量子点周围环境不同对量子点自发辐射寿命及发光提取效率的影响. 实验结果显示, 剥离前后量子点发光寿命的变化小于13%, 含有金纳米颗粒的量子点发光强度是剥离前的7倍, 含有金属薄膜的量子点发光强度是剥离前的2倍. 分析表明在金纳米颗粒膜上的量子点荧光强度的增加主要来自于金纳米颗粒对量子点荧光的散射效应, 从而提高量子点发光的提取效率.     

InAs/GaAs量子点的静压光谱压力系数研究

采用有效质量模型和非线性弹性理论计算了不同尺寸InAs/GaAs量子点的静压光谱发光峰的 压力系数(PC).量子点峰位随压力的变化主要来自禁带宽度和电子束缚能随压力变化两方面 的贡献.由于InAs/GaAs量子点是一个应变体系，体系的晶格常数，失配应变和弹性系数均随 外加压力变化，使得加压后量子点的禁带宽度相对于非应变体系略有减小，同时势垒高度增 加，电子束缚程度增加.两者共同作用引起的InAs应变层的禁带宽度压力系数减小是导致量 子点的压力系数小于InAs体材料的主要原因.同时计算结果表明，电子束缚能随压力变化对 不同尺寸量子点的压力系数的影响不同，量子点尺寸越小，受其影响越大，压力系数也越大 . 关键词： 量子点 压力系数 应变     

含有AlGaAs插入层的InAs/GaAs三色量子点红外探测器

本文报道了采用分子束外延技术制备的三色InAs/GaAs量子点红外探测器. 器件采用nin型结构, 吸收区结构是在InGaAs量子阱中生长含有AlGaAs插入层的InAs量子点, 器件在77 K下的红外光电流谱有三个峰值: 6.3, 10.2和11 μm. 文中分析了它们的跃迁机制, 并且分别进行了指认. 因为有源区采用了不对称结构, 所以器件在外加偏压正负方向不同时, 光电流谱峰值的强度存在一些差异. 不论在正偏压或者负偏压下, 当偏压达到较高值, 再进一步增大偏压时, 都出现了对应于连续态的跃迁峰强度明显下降的现象, 这是由量子点基态与阱外连续态的波函数交叠随着偏压进一步增大而迅速减小导致的.     

应力导致InAs/In0.15Ga0.85As量子点结构中 In0.15Ga0.85As阱层的合金分解效应研究

利用固源分子束外延技术,在In0.15Ga0.85As/GaAs量子阱生长了两个InAs/In0.15Ga0.85As量子点(DWELL)样品.通过改变其中一个InAs DWELL样品中的In0.15Ga0.85As阱层的厚度和生长温度,获得了量子点尺寸增大而且尺寸分布更均匀的结果.结合光致发光光谱(PL)和压电调制光谱(PzR)实验结果,发现该样品量子点的光学性质也同时得到了极大的优化.基于有效质量近似的数值计算结果表明:量子点后生长过程中应力导致In0.15Ga0.85As阱层合金分解机理是导致量子点尺寸和光学性质得到优化的主要原因.