半导体单量子点的分子束外延生长及调控

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。     

AlGaN量子结构及其紫外光源应用

AlGaN量子结构是实现高光效、高稳定紫外固态光源的核心.近年来,AlGaN半导体材料及其紫外光源应用研究取得了较大的进展.然而,AlGaN材料的生长制备只能在非平衡条件下完成,涉及的生长动力学问题十分复杂,制约了量子阱等结构品质的提高;材料带隙宽,p型掺杂难度大,激活效率低,限制了载流子注入;光学各向异性显著,不利于光从器件正面出射.因此,AlGaN基紫外、特别是深紫外波段器件性能还有待提高.本文梳理了AlGaN量子结构与紫外光源效率之间的关系,详细阐述和总结了有源区量子结构、p型掺杂量子结构以及光学各向异性调控等方面所面临的挑战及近年来的重要研究进展.     

固态源MBE系统生长高质量的调制掺杂GaAs结构材料和InP/InP外延材料的兼容性研究

通过固态源的分子束外延系统生长了调制掺杂AlGaAs/GaAs结构材料和InP/InP外延材料.在生长含磷材料之后,生长条件(真空状态)变差;我们通过采取合理的工艺方法和生长工艺条件的优化,获得了电子迁移率为1.86×105cm2/Vs(77K)调制掺杂AlGaAs/GaAs结构材料和电子迁移率为2.09×105cm2/Vs(77K)δ-Si掺杂AlGaAs/GaAs结构材料.InP/InP材料的电子迁移率为4.57×104 cm2/Vs(77K),该数值是目前国际报道最高迁移率值和最低的电子浓度的InP外延材料.成功地实现了在一个固态源分子束外延设备交替生长高质量的调制掺杂AlGaAs/GaAs结构材料和含磷材料.     

上海技物所自主研制的太赫兹量子级联激光器实现激射

<正>近日,中国科学院上海技术物理研究所首次自主研制的太赫兹量子级联激光器成功实现激射。中科院红外成像材料与器件重点实验室的科研人员采用先进的分子束外延技术和半导体微纳加工平台自主完成了太赫兹量子级联激光器的结构设计、材料生长和器件制备。激光器经法国国家科学研究中心基础电子学研究所测试,激光频率为2.5THz,最高工作温度为73K,输出功率为5mW;器件性能与英国剑桥大学研制的同样采用"束缚态至连续态跃迁"有源区设计方案的激光器水平相当。上海技物所中科院"百人计划"徐刚毅     

有序纳米半导体量子点的自组织生长

纳米半导体量子点以其所具有的新颖光电性质与输运特性,正在各类量子功能器件中获得成功应用.作为纳米量子点的一种主要制备工艺,自组织生长技术正在受到人们的普遍重视.而如何实现具有尺寸与密度可控纳米量子点的自组织生长,更为材料物理学家们所广泛关注.因为这是由自组织方法形成的量子点最终能否器件实用化的关键.本文简要介绍了有序纳米量子点的自组织生长及其新近研究进展.     

量子点材料的制备及应用研究进展

量子点具有发光效率高,光、热及化学稳定性好,简单的加工和成膜的特点,因此在各种光电器件方面具有广泛的应用前景,使其成为当今研究的热点.本论文从量子点的制备方法入手,全面综述了不同体系量子点的制备工艺及研究进展,重点分析了核壳量子点材料体系与制备手段对量子点生长机制、发光原理与性能提高的影响,总结了光电器件用量子点材料最佳材料体系和制备方法.通过国内外量子点材料和器件应用的研究进展对比分析,综合分析了高效量子点绿色制备与绿色应用的关键技术和面临的挑战,结合量子点在光电、催化、安全、生物等领域的应用,对其技术发展前景进行了展望.     

半导体纳米结构的可控生长

应用MBE技术和SK生长模式,通过对研究材料体系的应力分布设计,生长动力学研究和生长工艺优化,实现了In(Ga)As/GaAs,InAlAs/AlGaAs/GaAs和InAs/InAl(Ga)As/InP无缺陷量子点(线)的尺寸、形状、密度和分布有序性的可控生长,这对进一步的器件应用特别重要.讨论了半导体纳米结构的空间有序性分布物理起因和退火的机制.     

半导体薄膜材料外延生长的蒙特卡罗模拟

半导体自组织生长量子点是一种新型半导体材料,它在纳米电子学、光电子学和生命科学中有广泛的应用前景,本文讨论了计算机模拟量子点的生长在材料设计中的重要意义,建立动力学蒙特卡罗二维模型, 通过获得的原子沉积的表面图样和对原子簇大小分布的数学统计,得到提高生长温度或者降低沉积速率等量子点外延生长的优化条件.     

影响半导体量子点生长因素的分析

生长高面密度和尺寸均匀的量子点是半导体量子点实用化的关键.本文在已有研究工作的基础上,从材料本身的特性和生长量子点时的外界条件两方面总结了影响量子点生长的各种因素,从原理上分析了控制量子点有序生长的可能性的几种方法.     

硅基上Si1-xGex合金的外延生长及性能研究

硅基上高质量的异质外延生长是实现高性能微电子器件的基础,本文通过低温分子束外延技术在Si衬底上实现了全组分的Si1-x Gex(0相似文献   

R面、C面蓝宝石上生长的InGaN多层量子点的发光性质研究

采用表面钝化和MOCVD低温生长在蓝宝石(0001)面(即C面)和蓝宝石(1102)面(即R面)上形成了InGaN量子点,并构成了该量子点的多层结构.原子力显微镜测试的结果表明单层InGaN量子点平均宽约40nm,高约15nm;而多层量子点上层的量子点则比单层的InGaN量子点大.R面蓝宝石衬底上生长的InGaN量子点和C面蓝宝石衬底上生长的InGaN量子点相比,其PL谱不仅强度高,而且没有多峰结构.这是由于在C面蓝宝石衬底上生长的InGaN/GaN多层量子点沿生长方向[0001]存在较强的内建电场,而在R面蓝宝石衬底上得到的多层量子点沿着生长方向[1120]没有内建电场.InGaN量子点变温光致发光(PL)谱研究发现量子点相关的峰有快速红移现象,这是量子点系统所特有的PL谱特征.用在R面蓝宝石上生长的InGaN量子点作有源层有望避免内建电场的影响,得到高量子效率且发光波长稳定的发光器件.     

1.55μm波长发光的自组织InAs量子点生长

通过引入较长停顿时间,采用分子束外延循环生长方法在350℃低温获得了一种横向聚合的InAs自组织量子点,在荧光光谱中观察到1.55μm波长的发光峰. 通过AFM和PL谱的联合研究,表明此低温循环生长方法有利于在长波长发光的量子点的形成.     

半导体所在纳米线量子结构材料研究方面取得新进展

<正>中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室研究员牛智川课题组近年来深入系统地研究了In(Ga)As量子点、量子环、纳米线中量子点、纳米线中量子环的自组织外延生长、液滴外延生长方法。最近,课题组查国伟、喻颖等在研究中发现:通过优化GaAs纳米线侧壁淀积Ga液滴成核温度与晶化条件等参数,可以生长出密度与形貌可控量子点、量子环等新奇量子结构,首次发现单根纳米线侧壁形成单个"方形"量子环且具有高品质发光特性。(Nanoscale,10.1039(2013))。他们进一步生长了GaAs/AlGaAs纳米线中的GaAs量子点,以及置于AlGaAs量子环中心并覆盖AlGaAs     

氮化物宽禁带半导体的MOCVD大失配异质外延

以氮化镓(GaN)、AlN(氮化铝)为代表的Ⅲ族氮化物宽禁带半导体是研制短波长光电子器件和高频、高功率电子器件的核心材料体系.由于缺少高质量、低成本的同质GaN和AlN衬底,氮化物半导体主要通过异质外延,特别是大失配异质外延来制备.由此导致的高缺陷密度、残余应力成为当前深紫外发光器件、功率电子器件等氮化物半导体器件发展的主要瓶颈,严重影响了材料和器件性能的提升.本文简要介绍了氮化物半导体金属有机化学气相沉积(MOCVD)大失配异质外延的发展历史,重点介绍了北京大学在蓝宝石衬底上AlN、高Al组分AlGaN的MOCVD外延生长和p型掺杂、Si衬底上GaN薄膜及其异质结构的外延生长和缺陷控制等方面的主要研究进展.最后对Ⅲ族氮化物宽禁带半导体MOCVD大失配异质外延的未来发展做了简要展望.     

GaAs基980nm高功率半导体激光器的研究进展

GaAs基980 nm半导体激光器在材料加工、通信和医疗等领域有着重要应用.应变量子阱结构的出现提高了GaAs基半导体激光器的转换效率、输出功率和可靠性.本文综述了高功率GaAs基量子阱激光器历史发展,介绍了高功率半导体激光器的外延结构、芯片结构和封装结构设计,重点阐述了影响高功率GaAs基量子阱激光器光电性能、散热和...     

1.3微米发光自组织InAs/GaAs量子点的电致发光研究

用优化的MBE参数生长了1.3μm发光的InAs/GaAs量子点材料,并制成发光二极管,对不同温度和有源区长度下样品的电致发光谱进行了细致的研究.观察到两个明显的电致发光峰,分别对应于量子点基态和激发态的辐射复合发光.实验表明,由于能态填充效应的影响,适当增大量子点发光器件有源区长度,更有利于获得基态的光发射.这个结果提供了一种控制和调节InAs/GaAs量子点发光二极管和激光器的工作波长的方法.     

高可靠性无铝有源层808 nm半导体激光器泵浦源

针对高功率808 nm激光器泵浦源的应用需求,设计并制备了InGaAsP/GaInP材料体系的无铝有源区半导体激光器.使用双非对称的限制层及波导层结构,降低了P侧材料的热阻及光吸收.优化了金属有机化学气相沉积(MOCVD)中As和P混合材料的生长条件,制备出界面陡峭的四元InGaAsP单晶外延薄膜.制作的激光器室温测试...     

CdTe量子点生长速率的参数研究

以NaTeO3为碲源,还原型谷胱甘肽(GSH)为稳定剂,一步合成CdTe量子点.研究了参与反应回流的镉与碲摩尔比和Cd2+浓度对CdTe量子点生长速率的影响,并用荧光光谱、X射线衍射光谱及透射电子显微镜对其性能进行表征.结果表明:GSH稳定的CdTe量子点具有闪锌矿结构、球形形貌;在pH =8.5,n(Cd2+)∶ n(GSH)=1∶1.2,C(Cd2)=0.67 mmol/L,n(Cd)∶ n(Te)=6∶1时,CdTe量子点荧光量子效率最高可达51.53;,并且量子点生长的速率在初期的1h内达到最高点,并随着时间的延长呈下降趋势.     

分子束外延生长过程中GaAs(001)表面铝液滴的扩散成核过程

量子点的性质主要由其密度及尺寸参数控制,而原子在衬底上的成核运动又决定了量子点的密度、直径、高度等参数,因此研究原子的扩散成核过程对自组装制备量子点具有重要意义.本文通过分子束外延生长技术研究了GaAs(001)表面金属铝液滴的成核过程,发现衬底温度和金属铝沉积速率的变化直接影响了液滴的尺寸、密度以及形状等特征.根据经...     

生长温度对InAs/GaAs量子点太阳电池的影响研究

InAs/GaAs量子点的生长形貌和特性受不同生长环境和生长条件影响.本文借助光致发光光谱(PL)特性表征方法,通过实验生长,对比研究不同生长温度下获得的量子点性能,结合当前三结叠层GaInP/GaAs/C-e(2-terminal)电池存在的问题,以及该电池的设计、制作要求,分析了InAs量子点的不同生长温度对于具有量子点结构的中电池吸收的影响.