量子点外延生长新模型(英文)

目前在原子尺度上人们对量子点分子束外延生长过程了解很少,所有关于量子点外延生长的理论模型和计算机模拟都是建立在传统的外延生长理论框架内。在传统理论框架内,量子点的生长过程被理解为发生在生长表面上一系列的单一的原子事件,如原子沉积、扩散、聚集等。在这种理论中,外延生长表面原子之间的相互作用被忽略;另外,按照这种理论,量子点生长过程必须是一个相对缓慢的过程。这种理论模型不可能恰当地解释所观察到的大量复杂的量子点外延生长实验现象。作者在两个实验现象基础上,提出了在InAs/GaAs(001)体系中量子点外延生长过程的新模型。这两个实验现象分别是在InAs/GaAs(001)生长表面有大量的"浮游"In原子,一个量子点的生长过程可以在很短的时间内完成(10-4 s)。在提出的新模型中,量子点的自组装过程是一个大数量原子的集体、协调运动过程。     

MBE自组装量子点生长和结构形态研究

综述了对自组装量子点形态和生长过程所做的探讨和研究。介绍了关于量子点成核和形态的热力学理论、量子点生长过程的计算机模拟及Ge/Si(001)和InAs/GaAs(001)量子点生长和形态的实验观察。鉴于InAs/GaAs(001)体系的复杂性,把对InAs量子点的观察和研究分为"微观"和"宏观"两种。微观研究对象包括量子点原子尺度上的结构、量子点表面小晶面的晶体学的精确取向等,这些性质可能受热运动的影响比较大,在一定程度上是随机的,它们代表了量子点生长行为的复杂性;宏观研究的对象是指量子点密度、纳米尺度形态等大量粒子统计意义上的集体行为,这些性质和行为可能更具有实际意义。因此作者认为,目前研究量子点生长和形态更为有效的方法应该是探寻以量子点宏观行为所表征的简单性。重点介绍中科院半导体所半导体材料重点实验室最近所做的对InAs/GaAs(001)量子点生长过程的实验观察。结果表明,在一般生长条件下(富As,500℃,0.1ML/s),InAs量子点成核和生长应该都是连续的,没有经历被普遍认为的不连续(一级)相变。按照作者的观察,把InAs量子点成核看作是连续(二级)相变更为贴切。     

MBE自组装量子点生长和结构形态研究(续)

3.2 InAs/GaAs(001) 与Ge/Si量子点实验研究结果的普适性和简单性相比,InAs/GaAs的情况要复杂得多,对生长条件的敏感性也要高许多.G.Constantini等人[46]提出对Ge/Si体系的观察结果也同样适用于InAs/GaAs,但是他们的InAs量子点生长是以在500℃、0.008 ML/s的速率进行的.     

快速率生长MBE InAs/GaAs(001)量子点

用快速率(1.0ML/s)生长MBE InAs/GaAs(001)量子点。原子力显微镜观察结果表明,在量子点体系形成的较早阶段,量子点密度N(θ)随InAs沉积量θ的变化符合自然指数形式N(θ)∝ek(θ-θc),这与以前在慢速生长(≤0.1ML/s)条件下出现的标度规律N(θ)∝(θ-θc)α明显不同。另外,在N(θ)随θ增加的过程中,快速率生长量子点的高度分布没有经历量子点平均高度随沉积量θ逐渐增加的过程。这些实验观察说明,以原子在生长表面作扩散运动为基础的生长动力学理论至少是不全面的,不适用于解释InAs量子点的形成。这些观察和讨论说明,即使在1.0ML/s的快速率生长条件下,量子点密度也可以通过InAs沉积量有效地控制在1.0×108cm-2以下,实现低密度InAs量子点体系的制备。     

量子点外延生长新模型(续)(英文)

正3.2 Wetting Layer Tailored by Epitaxial Stress Most epitaxial films wet the substrates to var-ying degrees in heteroepitaxy.In the paradigm systems of the QD epitaxial growth,In As/GaAs(001)and Ge/Si(001),the critical wetting layer(WL)for the     

InAs自组织生长量子点的电子俘获势垒

成功地用深能级瞬态谱（ＤＬＴＳ）研究了ＩｎＡｓ自组织生长的量子点电学性质，获得２．５原子层ＩｎＡｓ量子点电子基态能级在ＧａＡｓ导带底下约０．１３ｅＶ，该量子点在荷电状态发生变化时伴随有晶格弛豫，对应俘获势垒为０．３２ｅＶ．本工作也证明可以把量子点类比深中心进行研究．     

InAs/GaAs多层堆垛量子点激光器的激射特性

利用固态源分子束外延技术，按S-K模式生长出五层堆垛InAs/GaAs量子点（QD）微结构材料. 用这种QD材料制成的激光器，内光学损耗为2.1cm-1，透明电流密度为15±10 A/cm2. 对于条宽100μm，腔长2.4mm的激光器（腔面未经镀膜处理），室温下基态激射的波长为108μm，阈值电流密度为144A/cm2，连续波光功率输出达2.67W（双面），外量子效率为63%，特征温度为320K. 研究了QD激光器翟激射特性，并对结果作了讨论.     

InAs/GaAs多层堆垛量子点激光器的激射特性

利用固态源分子束外延技术,按S-K模式生长出五层堆垛InAs/GaAs量子点(QD)微结构材料.用这种QD材料制成的激光器,内光学损耗为2.1cm-1,透明电流密度为15士10 A/cm2.对于条宽100μm,腔长2.4mm的激光器(腔面未经镀膜处理),室温下基态激射的波长为1.08μm,阈值电流密度为144A/cm2,连续波光功率输出达2.67W(双面),外量子效率为63%,特征温度为320K.研究了QD激光器翟激射特性,并对结果作了讨论.     

InAs/GaAs多层堆垛量子点激光器的激射特性

利用固态源分子束外延技术,按S-K模式生长出五层堆垛InAs/GaAs量子点(QD)微结构材料.用这种QD材料制成的激光器,内光学损耗为2.1cm-1,透明电流密度为15士10 A/cm2.对于条宽100μm,腔长2.4mm的激光器(腔面未经镀膜处理),室温下基态激射的波长为1.08μm,阈值电流密度为144A/cm2,连续波光功率输出达2.67W(双面),外量子效率为63%,特征温度为320K.研究了QD激光器翟激射特性,并对结果作了讨论.     

InAs/GaAs自组装量子点结构的能带不连续量

为确定异质结界面带阶,结合光致发光(PL)谱和深能级瞬态谱(DLTS)测量结果,利用有效质量近似理论,计算得到了InAs/GaAs自组装量子点结构的能带不连续量,其中导带不连续量ΔEc＝0.97 eV,价带不连续量ΔEv＝0.14 eV.     

InAs/GaAs量子点材料和激光器

介绍了近年来长波长InAsG/aAs量子点材料的生长、结构性质和量子点激光器的研究进展。     

室温全电可操作的InAs/GaAs量子点存储器

报道基于高电子迁移率晶体管(HEMT)结构的InAs/GaAs量子点存储器,它既可以在室温下工作,又可以完全由栅极电压来控制其存储状态.在室温下通过对InAs/GaAs量子点存储器的延滞回线、偏压降温C-V等特性的实时测试,证明了其存储机理是由量子点层的深能级引起的,而并非是由量子点本征能级的充、放电所造成的.     

室温全电可操作的InAs/GaAs量子点存储器

报道基于高电子迁移率晶体管(HEMT)结构的InAs/GaAs量子点存储器,它既可以在室温下工作,又可以完全由栅极电压来控制其存储状态.在室温下通过对InAs/GaAs量子点存储器的延滞回线、偏压降温C-V等特性的实时测试,证明了其存储机理是由量子点层的深能级引起的,而并非是由量子点本征能级的充、放电所造成的.     

Self‐Assembled InAs Quantum Dots on InP(001) for Long‐Wavelength Laser Applications

Self‐assembled InAs quantum dots (QDs) embedded in an InAlGaAs matrix were grown on an InP (001) using a solid‐source molecular beam epitaxy and investigated using transmission electron microscopy (TEM) and photoluminescence (PL) spectroscopy. TEM images indicated that the QD formation was strongly dependent on the growth behaviors of group III elements during the deposition of InAlGaAs barriers. We achieved a lasing operation of around 1.5 µm at room temperature from uncoated QD lasers based on the InAlGaAs‐InAlAs material system on the InP (001). The lasing wavelengths of the ridge‐waveguide QD lasers were also dependent upon the cavity lengths due mainly to the gain required for the lasing operation.     

InGaAs/GaAs量子阱中自组装InAs量子点的光学性质

在InGaAs/GaAs量子阱中生长了两组InAs量子点样品,用扫描电子显微镜(SEM)测量发现,量子点呈棱状结构,而不是通常的金字塔结构,这是由多层结构的应力传递及InGaAs应变层的各向异性引起的.采用变温光致发光谱(TDPL)和时间分辨谱(TRPL)研究了其光致发光稳态和瞬态特性.研究发现,InGaAs量子阱层可以有效地缓冲InAs量子点中的应变,提高量子点的生长质量,可以在室温下探测到较强的发光峰.在量子阱中生长量子点可以获得室温下1 318 nm的发光,并且使其PL谱的半高宽减小到25 meV.     

Epitaxial Growth of PbSe Quantum Dots on MoS2 Nanosheets and their Near‐Infrared Photoresponse

A facile one‐pot synthesis of hybrid materials consisting of PbSe quantum dots (QDs) that grow epitaxially on MoS₂ nanoflakes resulting in three equivalent orientation variants of the PbSe QDs with respect to the MoS₂ lattice is demonstrated. The epitaxial growth and cross‐sectional high‐resolution transmission electron microscopy (HRTEM) investigations verify a direct and linker‐free contact between the quantum dots and the transition metal dichalcogenide (TMD) nanoflakes, while maintaining surface passivation of the PbSe with oleic acid ligands on the outside. Solution‐processed photodetectors based on PbSe‐MoS₂ hybrids exhibit stable photoconduction when illuminated with near‐IR light (wavelength > 1200 nm) without any laborious ligand‐exchange steps. Flexible devices fabricated on polyethylene terephthalate (PET) substrates show excellent stability upon repeated bending. These hybrid materials are air‐stable and solution‐processable at low temperatures and thus promising for low‐cost flexible near‐IR photodetectors.