量子点激光器

主要介绍了量子点激光器的产生、量子点的生长制作、激光器基本结构和性能、最新进展和未来发展要解决的问题。     

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±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.     

InGaAs量子点激光器光增益的温度特性

研究了非耦合多层InGaAs量子点材料光增益的温度特性,并与InGaAs单量子阱材料进行了对比,发现In-GaAs量子点表现出更好的增益温度稳定性,同时发现随着温度升高,在140－200K湿度范围内,InGaAs量子点增益峰值首先增大,当温度超过200K后开始减小,对这种增益特性的产生机制进行了分析,增益曲线峰值波长随温度升高单调地向长波长方向移动,与量子阱材料相比具有更好的温度稳定性。     

GaAs/InGaAs量子点应变场的TEM研究

运用透射电子显微术(TEM)对由分子束外延(MBE)制备的GaAs／InGaAs多层量子点样品进行观察和分析。利用对量子点周围应变场分布的模拟,定性解释了量子点形貌及其周围发现的凹陷区域。通过对量子点高分辨像显示的晶格错配和化学成分分析研究,解释了所研究样品中量子点尺寸逐层增大的现象。研究结果为量子点材料生长过程中应变场的控制提供了一些思路。     

InGaAs／AlGaAs单量子阱激光器低阈值激射

研制了InGaAs/AlGaAs SQW激光器,对其工作特性如阈值电流密度、激射波长、特征温度、远场分布等进行了研究. 用MOCVD方法生长制备了InGaAs/AlGaAs分别限制单量子阱结构材料,得出其各层组分和能带分布.首先在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层和AlGaAs波导层,然后生长窄能带的AlGaAs量子阱势垒层,再继续生长InGaAs量子阱有源区.其后继续生长AlGaAs势垒层、高Al组分AlGaAs波导层和GaAs高掺杂欧姆接触层.我们发现在低温范围里(160 K～220 K)阈值电流密度随温度升高而减小,与普通量子阱激光器正相反,表现出负的特征温度.随着温度进一步提高,阈值电流密度表现出指数式增大.300 K下腔长2000 μm的激光器最低的阈值电流密度约为200 A/cm2.(OD7)     

GaAs/InGaAs量子点-量子阱光电二极管的光存储特性读出

通过对特殊设计的GaAs/InGaAs量子点.量子阱光电二极管的I-V和C-V特性测试,验证了器件的光子存储特性,在器件的读出设计中引入了特殊设计的带倒空信号的基于电容反馈互导放大器和相关双采样(CTIA-CDS)型读出电路.在633 nm辐照下,分别改变照度和积分时间进行了非倒空和倒空测试的对比研究,并计算给出了对应的存储电荷变化量,进一步证明了光电器件的光子存储特性.     

MBE InGaAs/GaAs 量子点及其红外吸收波长调制

利用分子束外延枝术, 自组织生长了具有正入射红外吸收特性的InGaAs/GaAs 量子点超晶格结构. 通过改变结构参数和生长参数, 可改变量子点的形状, 尺寸和调制其红外吸收波长, 用于研制 8~ 12μm 大气窗口的红外探测器. 观测发现随着量子点超晶格结构的 InGaAs 层厚度增加, 其红外吸收峰蓝移, 用量子点间的耦合作用随InGaAs层的厚度的增加而增强的观点对其机理给予解释.     

MBE InGaAs/GaAs量子点及其红外吸收波长调制

利用分子束外延枝术,自组织生长了具有正入射红外吸收特性的InGaAs/GaAs量子点超晶格结构.通过改变结构参数和生长参数,可改变量子点的形状、尺寸和调制其红外吸收波长,用于研制8～12μm大气窗口的红外探测器.观测发现随着量子点超晶格结构的InGaAs层厚度增加,其红外吸收峰蓝移,用量子点间的耦合作用随InGaAs层的厚度的增加而增强的观点对其机理给予解释.     

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.     

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。     

Photoluminescence of strain-induced coupled InGaAs/GaAs quantum-dot pairs

Coupled quantum dot-pairs were fabricated by growing InP self-assembled islands as stressors on InGaAs/GaAs double quantum wells. State filling in the photoluminescence spectra was used to resolve the quantum states in the coupled dots. The total strain field below the stressor decays exponentially with a penetration depth of about 25 nm, within which a dot-pair can be fabricated. Strong coupling is observed at a barrier width less than 4 nm separating the dot-pair. By increasing the indium composition in the lower well in order to match its dot level with one in the upper dot with identical quantum numbers, resonant coupling between the electron states with identical quantum numbers in the two dots can be achieved. Decoupling of the hole states and exchange of the electron bonding states from dominating the upper dot to the lower one are clearly resolved from the state energies and their spacings.     

Structural and infrared absorption properties of self-organized InGaAs/GaAs quantum dots multilayers

Self-organized InGaAs/GaAs quantum dots (QDs) stacked multilayers have been prepared by solid source molecular beam epitaxy. Cross-sectional transmission electron microscopy shows that the InGaAs QDs are nearly perfectly vertically aligned in the growth direction [100]. The filtering effect on the QDs distribution is found to be the dominant mechanism leading to vertical alignment and a highly uniform size distribution. Moreover, we observe a distinct infrared absorption from the sample in the range of 8.6–10.7 μm. This indicates the potential of QDs multilayer structure for use as infrared photodetector.     

Stable Temperature Characteristics of InAs／GaAs Quantum Dots at Long Wavelength Emission

The time-resolved photoluminescence and steady photoluminescence (TRPL and PL) spectra on self-assembled InAs/GaAs quantum dots (QDs) are investigated. By depositing GaAs/InAs short period superlattices (SLs), 1. 48μm emission is obtained at room temperature. Temperature dependent PL measurements show that the PL intensity of the emission is very steady. It decays only to half as the temperature increases from 15 K to room temperature, while at the same time, the intensity of the other emission decreases by a factor of 5 orders of magnitude. These two emissions are attributed to large-size QDs and short period superlattices (SLs), respectively. Large-size QDs are easier to capture and confine carriers, which benefits the lifetime of PL, and therefore makes the emission intensity insensitive to the temperature.     

MBE生长InGaAs／GaAs应变层单量子阱激光器结构材料的研究

采用ＶａｒｉａｎＧｅｎⅡＭＢＥ生长系统研究了ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ应变层单量子阶（ＳＳＱＷ）激光器结构材料。通过ＭＢＥ生长实验，探索了Ｉｎ＿ｘＧａ＿（１－ｘ）ｔＡｓ／ＧａＡｓＳＳＱＷ激光器发射波长（λ）与Ｉｎ组分（ｘ）和阱宽（Ｌ＿ｚ）的关系，并与理论计算作了比较，两者符合得很好。还研究了材料生长参数对器件性能的影响，主要包括：Ⅴ／Ⅲ束流比，量子阱结构的生长温度Ｔ＿ｇ（ＱＷ），生长速率和掺杂浓度对激光器波长、阈值电流密度、微分量子效率和器件串联电阻的影响。以此为基础，通过优化器件结构和ＭＢＥ生长条件，获得了性能优异的Ｉｎ＿（０．２）Ｇａ＿（０．８）Ａｓ／ＧａＡｓ应变层单量子阱激光器：其次长为９６３ｎｍ，阈值电流密度为１３５Ａ／ｃｍ￣２，微分量子效率为３５．１％。     

InGaAs／InGaAsP分别限制应变量子阱激光器的研制及其特性研究

报道了利用ＬＰ－ＭＯＶＰＥ技术生长高质量的ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ分别限制应变量子阱激光器结构材料、激光器制作和结果．宽而激光器实现了室温脉冲受激发射．激射波长为１．４９μｍ，在腔长为２０００μｍ时，最低阈值电流密度为０．３０ｋＡｃｍ－２．最大脉冲光输出峰值功率达５００ｍＷ以上．同时，从理论和实验上研究了阙值电流及阙值电流密度随激光器腔长的变化关系，并与ＬＰ－ＭＯＶＰＥ生长制作的宽面双异质结构激光器进行了比较．     

ECR-PEMOCVD法在GaAs(001)衬底上制备GaN量子点

报道了用电子回旋共振(ECR)等离子体增强金属有机化学气相沉积(PEMOCVD)方法在GaAs(001)衬底上成功地制备出GaN量子点.原子力显微镜(AFM)测量表明成核密度高达1010cm-2,量子点直径约为30nm.采用300℃低温氮化,600℃退火和500℃缓冲层,600℃退火工艺制备.GaN量子点的密度和大小由制备温度和时间所控制.最后讨论了量子点成核的机制.     

InAs/GaAs量子点中间带太阳电池的理论研究与优化

基于InAs/GaAs量子点中间带太阳电池(QD-IBSC)结构和载流子漂移扩散理论建立了计算电流密度与静电势的数学模型,从理论上分析了量子点中间带太阳电池的电压电流特性,定量讨论了量子点层厚度、温度以及n型掺杂对电压电流特性的影响.模拟结果表明:在i层厚度取400 nm时转化效率达到最大值14.01％;温度会对量子点中间带太阳电池的电压电流特性产生影响,温度在300～350 K范围内,开路电压Voc随温度的升高而明显减小,短路电流Jsc几乎不变;对i区进行n型掺杂会抑制量子点层发挥作用.