快速热退火对带有InGaAs盖层的InAs/GaAs量子点发光特性的影响

系统地研究了快速热退火对带有3nmInxGa1-xAs(x＝0,0.1,0.2)盖层的3nm高的InAs/GaAs量子点发光特性的影响.随着退火温度从650℃上升到850℃,量子点发光峰位的蓝移趋势是相似的.但是,量子点发光峰的半高宽随退火温度的变化趋势明显依赖于InGaAs盖层的组分.实验结果表明In-Ga在界面的横向扩散在量子点退火过程中起了重要的作用.另外,我们在较高的退火温度下观测到了InGaAs的发光峰.     

快速热退火对带有InGaAs盖层的InAs／GaAs量子点发光特性的影响

系统地研究了快速热退火对带有3nmInxGa1-xAs(x=0,0.1,0.2)盖层的3nm高的InAs/GaAs量子点发光特性的影响。随着退火温度从650℃上升到850℃,量子点发光峰位的蓝移趋势是相似的。但是,量子点发光峰的半高宽随退火温度的变化趋势明显依赖于InGaAs盖层的组分。实验结果表明In-Ga在界面的横向扩散在量子点退火过程中起了重要的作用。另外,我们在较大的退火温度下观测到了InGaAs的发光峰。     

In0．2Ga0．8As-GaAs复合应力缓冲层上的1.3μm InAs／GaAs自组织量子点

用光荧光谱和原子力显微镜测试技术系统研究了在2 nm In0.2Ga0.8As和x ML GaAs的复合应力缓冲层上生长的InAs/GaAs自组织量子点的发光特性和表面形貌.采用In0.2Ga0.8As与薄层GaAs复合的应力缓冲层,由于减少了晶格失配度致使量子点密度从约1.7×109 cm-2显著增加到约3.8×109cm-2.同时,复合层也有利于提高量子点中In的组份,使量子点的高宽比增加,促进量子点发光峰红移.对于x=10 ML的样品室温下基态发光峰达到1350 nm.     

InAs/GaAs系列量子点研究

为了获得波长长、均匀性好和发光效率高的量子点,采用分子束外延(MBE)技术和S-K应变自组装模式,在GaAs(100)衬底上研究生长了三种InAs量子点。采用MBE配备的RHEED确定了工艺参数:As压维持在1.33×10-5Pa;InAs量子点和In0.2Ga0.8As的生长温度为500℃;565℃生长50nmGaAs覆盖层。生长了垂直耦合量子点(InAs1.8ML/GaAs5nm/InAs1.8ML)、阱内量子点(In0.2Ga0.8As5nm/InAs2.4ML/In0.2Ga0.8As5nm)和柱状岛量子点(InAs分别生长1.9、1.7、1.5ML,停顿20s后,生长间隔层GaAs2nm)。测得对应的室温光致发光(PL)谱峰值波长分别为1.038、1.201、1.087μm,半峰宽为119.6、128.0、72.2nm、相对发光强度为0.034、0.153、0.29。根据PL谱的峰位、半峰宽和相对发光强与量子点波长、均匀性和发光效率的对应关系,可知量子点波长有不同程度的增加、均匀性越来越好、发光效率显著增强。     

InAs/GaAs系列量子点研究

为了获得波长长、均匀性好和发光效率高的量子点,采用分子束外延（MBE）技术和S-K应变自组装模式,在GaAs（100）衬底上研究生长了三种InAs量子点。采用MBE配备的RHEED确定了工艺参数：As压维持在1.33×10^-5Pa;InAs量子点和In0.2Ga0.8As的生长温度为500℃;565℃生长50nmGaAs覆盖层。生长了垂直耦合量子点（InAs1.8ML/GaAs5nm/InAs1.8ML）、阱内量子点（In0.2Ga0.8As5nm/InAs2.4ML/In0.2Ga0.8As5nm）和柱状岛量子点（InAs分别生长1.9、1.7、1.5ML,停顿20s后,生长间隔层GaAs2nm）。测得对应的室温光致发光（PL）谱峰值波长分别为1.038、1.201、1.087μm,半峰宽为119.6、128.0、72.2nm、相对发光强度为0.034、0.153、0.29。根据PL谱的峰位、半峰宽和相对发光强与量子点波长、均匀性和发光效率的对应关系,可知量子点波长有不同程度的增加、均匀性越来越好、发光效率显著增强。     

不同尺寸分布的自组织In_(0.55)Al_(0.45)As/Al_(0.5)Ga_(0.5)As量子点的静压光谱

在 1 5K测量了不同尺寸分布的 In0 .55Al0 .4 5As/Al0 .5Ga0 .5As量子点的静压光致发光 ,静压范围为 0 - 1 .3GPa.常压下观察到三个发光峰 ,分别来源于不同尺寸的量子点 (横向直径分别为2 6、52和 62 nm)的发光 .它们的压力系数分别为 82、94和 98me V/GPa,都小于 In0 .55Al0 .4 5As体材料带边的压力系数 ,特别是尺寸为 2 6nm的小量子点比 In0 .55Al0 .4 5As体材料带边小 1 7% ,并且压力系数随量子点尺寸的变小而减小 .理论计算表明有效质量的增大和 Γ- X混合是量子点压力系数变小的主要原因 ,并得到横向直径为 2 6和 52 nm的小量子点的 Γ- X混合势为     

分子束外延生长高应变单量子阱激光器

采用分子束外延方法研究了高应变 In Ga As/Ga As量子阱的生长技术 .将 In Ga As/Ga As量子阱的室温光致发光波长拓展至 116 0 nm,其光致发光峰半峰宽只有 2 2 me V.研制出 112 0 nm室温连续工作的 In Ga As/Ga As单量子阱激光器 .对于 10 0 μm条宽和 80 0 μm腔长的激光器 ,最大线性输出功率达到 2 0 0 m W,斜率效率达到 0 .84m W/m A,最低阈值电流密度为 45 0 A/cm2 ,特征温度达到 90 K.     

带电粒子辐射对GaAs/AlGaAs多量子阱光学性质的影响

利用光荧光谱研究了带电粒子辐照对 Ga As/Al Ga As多量子阱光学性质的影响。用能量为 1 Me V、注量为 1 0 1 3～ 1 0 1 6 /cm2 的电子辐照 ,模拟太空环境下范艾仑带对多量子阱的辐射。辐射后在 45 0℃真空环境下退火 5分钟 ,测量了辐照前后材料的荧光谱。发现量子阱特征峰 772 nm(E=1 .61 e V)辐照后峰位不变 ,峰高有所降低 ,但退火后峰高有所恢复 ,仍比辐照前要低 ;注量为 1 0 1 6 /cm2 的样品中 Ga As的 D0 ～ A0 对复合发光峰 83 2nm(E=1 .49e V)消失。对此结果进行了讨论 ,并与质子辐照的情况作了比较。     

不同尺寸分布的自组织In0.55Al0.45As/Al0.5Ga0.5As量子点的静压光谱

在15K测量了不同尺寸分布的In0.55A10.45As/Al0.5Ga05As量子点的静压光致发光,静压范围为0-1.3GPa.常压下观察到三个发光峰,分别来源于不同尺寸的量子点(横向直径分别为26、52和62am)的发光.它们的压力系数分别为82、94和98meV/Gpa,都小于In0.55Al0.45As体材料带边的压力系数,特别是尺寸为26nm的小量子点比In0.55Al0.45As体材料带边小17%,并且压力系数随量子点尺寸的变小而减小.理论计算表明有效质量的增大和Γ-X混合是量子点压力系数变小的主要原因,并得到横向直径为26和52nm的小量子点的Γ-X混合势为15和10meV.根据实验还确定In0.55Al0.45As/Al0.5Ga0.5As量子点系统X能带具有Ⅱ类结构,并且估算出价带不连续量为0.15±0.02.     

GaNAs/GaAs量子阱的静压光致发光研究

在 1 5 K和 0～ 9GPa静压范围下测量了 Ga N0 .0 1 5As0 .985/ Ga As量子阱的光致发光谱。观察到了 Ga NAs阱和 Ga As垒的发光 ,发现 Ga NAs阱发光峰随压力的变化比 Ga As垒发光峰要小很多。当压力超过 2 .5 GPa后还观察到了与 Ga As中的 N等电子陷阱有关的一组新发光峰。用二能级模型及测得的 Ga As带边和 N等电子能级的压力行为计算了 Ga NAs发光峰随压力的变化 ,但计算结果与实验结果相差甚大 ,表明二能级模型并不完全适用。对观察到的 Ga NAs发光峰的强度和半宽随压力的变化也进行了简短讨论。     

InGaAs／GaAs自组织量子点光致发光特性研究

用PL谱测试研究了GaAs和不同In组份InxGa1-xAs(x=0.1,0.2,0.3)覆盖层对分子外延生长的InAs/GaAs自组织量子点发光特性的影响,用InxGa1-xAs外延层覆盖InAs/GaAs量子点,比用GaAs做 其发光峰能量向低有端移动,发光峰半高度变窄,量子点发光峰能量随温度的红移幅度较小,理论计算证实这是由于覆盖层InxGa1-xAs减小了InAs表面应力导致发光峰红移,而In元素有效抑制了InAs/GaAs界面组份的混杂,量子点的均匀性得到改善,PL谱半高宽变窄,用InGaAs覆盖的In0.5Ga0.5As/GaAs自组织量子点实现了1．3μm发光,室温下PL谱半高宽为19．2meV,是目前最好的实验结果。     

半导体量子点的发光性质研究

用PL谱测试研究了半导体量子点的光致发光性能,分析了不同In组分覆盖层对分子束外延生长的量子点发光特性的影响,及导致发光峰红移的原因.结果显示,In元素有效抑制界面组分的混杂,使得量子点的均匀性得到改善,PL谱半高宽变窄.用InAs覆盖的In0.5Ga0.5As/GaAs自组织量子点实现了1.3um发光.     

MBE自组织方法生长InGaAs/AlGaAs量子线FET材料

利用分子束外延 (MBE)技术在高指数面 Ga As衬底上自组织生长了应变 In Ga As/Ga As量子线材料。原子力显微镜 (AFM)观测结果表明量子线的密度高达 4× 1 0 5/cm。低温偏振光致发光谱 (PPL)研究发现其发光峰半高宽 (FWHM)最小为 9.2 me V,最大偏振度可达 0 .2 2。以 Al Ga As为垫垒 ,In Ga As/Ga As量子线为沟道 ,成功制备了量子线场效应管 (QWR-FET)结构材料 ,并试制了器件 ,获得了较好的器件结果     

生长在（311）A面GaAs衬底上的InAlAs／AlGaAsⅡ型量子点的光致发光研究

测量了生长在（311）A面GaAs衬底上的In0.55Al0.45As/Al0.5Ga0.5As自组织量子点光致发光谱,变激发功率和压力实验证明发光峰是与X能谷相关的Ⅱ型发光峰,将它指认为从Al0.5Ga0.5As势垒X能谷到In0.55Al0.45As重空穴的Ⅱ型跃迁,高温下观察到的高能峰随压力增大向高能方向移动,认为它来源于量子点中Г能谷与价带之间的跃迁,在压力下还观察了一个新的与X相关的发光峰,认为它与双轴应变引起的导带X能谷劈裂有关。     

(Ga,Mn,As)/GaAs的发光谱

利用低能双离子束外延技术 ,在 4 0 0℃条件下生长样品 (Ga,Mn,As) / Ga As.样品光致发光谱出现三个峰 ,即1.5 0 4 2 e V处的 Ga As激子峰、1.4 875 e V处的弱碳峰和低能侧的一宽发光带 .宽发光带的中心位置在 1.35 e V附近 ,半宽约 0 .1e V.在 84 0℃条件下对样品进行退火处理 ,退火后的谱结构类似退火前 ,但激子峰和碳杂质峰的峰位分别移至 1.5 0 6 5 e V和 1.4 894 e V,同时低能侧的宽发光带的强度大大增加 .这一宽发射带的来源还不清楚 ,原因可能是体内杂质和缺陷形成杂质带 ,生成 Mn2 As新相 ,Mn占 Ga位或形成 Ga Mn As合金     

表面应力诱导InGaN量子点的生长及其性质

为了得到高性能的 Ga N基发光器件 ,有源层采用 MOCVD技术和表面应力的不均匀性诱导方法生长了 In-Ga N量子点 ,并通过原子力显微镜 (AFM)、透射电子显微镜 (TEM)和光致发光 (PL )谱对其微观形貌和光学性质进行了观察和研究 .AFM和 TEM观察结果表明 :In Ga N/ Ga N为平均直径约 30 nm,高度约 2 5 nm的圆锥 ;In Ga N量子点主要集中在圆锥形的顶部 ,其密度达到 5 .6× 10 1 0 cm- 2 .室温下 ,In Ga N量子点材料 PL谱强度大大超出相同生长时间的 In Ga N薄膜材料 ,这说明 In Ga N量子点有望作为高性能有源层材料应用于 Ga N基发光器件 .     

多层InAs量子点的光致发光研究

采用MBE设备生长了多层InAs/GaAs量子点结构,测量了其变温光致发光谱和时间分辨光致发光谱.结果表明多层量子点结构有利于减小发光峰的半高宽,并且可以提高发光峰半高宽和发光寿命的温度稳定性.实验发现,加InGaAs盖层后,量子点发光峰的半高宽进一步减小,最小达到23.6 meV,并且发光峰出现红移.原因可能在于InGaAs盖层减小了InAs岛所受的应力,阻止了In组分的偏析,提高了InAs量子点尺寸分布的均匀性和质量,导致载流子在不同量子点中的迁移效应减弱.     

压应变In_(0.63)Ga_(0.37)As/InP单量子阱的变温光致发光研究

我们对用GSMBE技术生长的In0.63Ga0.37AS／lnP压应变单量子阱样品进行了变温光致发光研究，In0.63Ga0.37As阱宽为1nm到11nm，温度变化范围为10K到300K．发现不同阱宽的压应变量子阱中激子跃迁能量随温度的变化关系与体In0.53Ga0.47As材料相似，温度系数与阱宽无关．对1nm的阱，我们观察到其光致发光谱峰为双峰，经分析表明，双峰结构由量子阱界面起伏一个分子单层所致．说明量子阱界面极为平整，样品具有较高的质量．考虑到组分效应、量子尺寸效应及应变效应，计算了In0.63G0.37As／InP压应变量子阱中的激子跃迁能量，理论计算结果与实验结果符合得很好     

GaN_xAs_(1-x)/GaAs单量子阱发光性质及带阶研究

用光荧光谱 (PL )研究了 Ga Nx As1 - x/ Ga As单量子阱 (SQW)的光跃迁性质和带阶 .通过研究积分荧光强度与激发强度的关系及光谱峰值位置与温度的关系 ,发现 Ga Nx As1 - x/ Ga As单量子阱中的发光是本征带 -带跃迁 ,并且低温发光是局域激子发光 .通过自洽计算发现它的导带带阶 (ΔEc)与氮含量的关系不是纯粹的线性关系 ,其平均变化速率 (0 .110 e V / N% )比文献中报道的要慢得多 (0 .15 6～ 0 .175 e V / N% ) ,此外发现 Qc(=ΔEc/Δ Eg)随氮含量的变化很小 ,可以用 Qc≈ x0 .2 5 来表示 .还研究了 Ga Nx As1 - x/ Ga As单量子阱中氮含量的变化对能带弯曲参数 (b)的影响     

大功率In(Ga)As/GaAs量子点激光器

利用分子束外延技术和 S- K生长模式 ,系统研究了 In As/Ga As材料体系应变自组装量子点的形成和演化 .研制出激射波长λ≈ 960 nm,条宽 1 0 0μm,腔长 80 0μm的 In( Ga) As/Ga As量子点激光器 :室温连续输出功率大于 3.5W,室温阈值电流密度 2 1 8A/cm2 ,0 .61 W室温连续工作寿命超过 3760小时