Growth of Space Ordered 1.3μm InAs Quantum Dots on GaAs(100) Vicinal Substrates by MOCVD

用MOCVD技术在偏(1100)GaAs衬底上生长了发光波长在1.3μm的线状空间规则排列InAs量子点.光致发光实验表明,相对于正(100)衬底,偏(100)GaAs衬底上生长的InAs量子点具有更好的材料质量,光谱有更大的强度和更窄的线宽.为了得到发光波长为1.3μm的量子点,对比研究了不同In含量的InGaAs应力缓冲层(SBL)和应力盖层(SCL)的应力缓冲作用.结果表明,增加SCL中In含量能有效延伸量子点发光波长到1. 3μm,但是随着SBL中In的增加,发光波长变化不明显,并且材料质量明显下降.     

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。     

1.3μm自组织InGaAs/InAs/GaAs量子点激光器分子束外延生长

报道了分子束外延生长的1.3μm多层InGaAs/InAs/GaAs自组织量子点及其室温连续激射激光器.室温带边发射峰的半高宽小于35meV,表明量子点大小比较均匀.原子力显微镜图像显示,量子点密度可以控制在(1～7)×1010cm-2范围之内,而面密度处于4×1010cm-2时有良好的光致发光谱性能.含有三到五层1. 3μm量子点的激光器成功实现了室温连续激射.     

1.3μm自组织InGaAs/InAs/GaAs量子点激光器分子束外延生长

报道了分子束外延生长的1.3μm多层InGaAs/InAs/GaAs自组织量子点及其室温连续激射激光器.室温带边发射峰的半高宽小于35meV,表明量子点大小比较均匀.原子力显微镜图像显示,量子点密度可以控制在(1～7)×1010cm-2范围之内,而面密度处于4×1010cm-2时有良好的光致发光谱性能.含有三到五层1. 3μm量子点的激光器成功实现了室温连续激射.     

(113)B和(100)面InAs/GaAs量子点光致发光光谱特性研究

利用分子束外延技术在(100)和(113)B GaAs衬底上进行了有/无AlAs盖帽层量子点的生长,测量了其在4～100 K温度区间的PL光谱。通过对PL光谱的积分强度、峰值能量和半高宽进行分析进而研究载流子的热传输特性。无AlAs盖帽层的(113)B面量子点的PL光谱的热淬灭现象可以由载流子极易从量子点向浸润层逃逸来解释。然而,有AlAs盖帽层的(113)B量子点的PL热淬灭主要是由于载流子进入了量子点与势垒或者浸润层界面中的非辐射中心引起的。并且其PL的温度依存性与利用Varshni定律计算的体材料InAs的温度依存性吻合很好,表明载流子通过浸润层进行传输受到了抑制,由于AlAs引起的相分离机制(113)B量子点的浸润层已经消失或者减小了。(100)面有AlAs盖帽层的PL半高宽的温度依存性与无AlAs盖帽层的量子点大致相同,表明在相同外延条件下相分离机制在(100)面上不如(113)B面显著。     

利用多层堆垛InAs/GaAs量子点结构实现1.3μm光致发光

在GaAs衬底上用分子束外延分别生长了单层和五层垂直堆垛的InAs/GaAs量子点结构.室温光致发光实验表明,五层堆垛结构较单层结构的发光峰位红移180nm,实现了1.3μm发光.结合透射电镜分析,多层堆垛量子点材料发光的显著红移是由于量子点层间应力耦合导致的上层量子点体积增大以及各量子点层间的能态耦合.     

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.     

利用多层堆垛InAs/GaAs量子点结构实现1.3μm光致发光

在GaAs衬底上用分子束外延分别生长了单层和五层垂直堆垛的InAs/GaAs量子点结构.室温光致发光实验表明,五层堆垛结构较单层结构的发光峰位红移180nm,实现了1.3μm发光.结合透射电镜分析,多层堆垛量子点材料发光的显著红移是由于量子点层间应力耦合导致的上层量子点体积增大以及各量子点层间的能态耦合.     

MOCVD生长1．06μm InGaAs／GaAs量子阱LDs

用低压MOCVD生长应变InGaAs/GaAs量子阱,采用中断生长、应变缓冲层(SBL)、改变生长速度和调节Ⅴ/Ⅲ等方法改善InGaAs/GaAs量子阱的光致发光(PL)质量。PL结果表明,10s生长中断结合适当的SBL生长的量子阱PL谱较好。该量子阱应用于1.06μm激光器的制备,未镀膜的宽条激光器(100μm×1000μm)有低阈值电流密度(110A/cm2)和高的斜率效率(0.256W/A,per.facet)。     

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.     

应变自组装InAs／GaAs量子点材料与器件光学性质研究

采用MBE技术生长应变自组装InAs／GaAs量子点微结构材料，以这种纳米尺度微结构材料作有源层制备出激光二极管，研究了材料的光致发光和器件电致发光的特性，条宽为100μm、腔长为1.6mm，腔面未经镀膜的量子点激光二极管，室温下最大光功率输出为2．74W。     

生长在InP上的InAs量子点红外光电探测器

诸如量子阱红外光电探测器之类的子带间探测器在红外遥感中已得到广泛使用。经预测,量子点红外光电探测器的性能比量子阱红外光电探测器更好。美国西北大学的研究人员利用低压金属有机化学汽相淀积技术在InP衬底上生长成了一种InAs量子点红外光电探测器。该器件结构由多个带有GaAs／AlInAs／InP势垒的InAs量子点叠层组成。其峰值波长和截止波长分别为6．4μm和6．6μm。在77K温度下,     

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.     

LP－MOCVD生长InGaAs／GaAs量子阱

用低压ＭＯＣＶＤ（ＬＰ－ＭＯＣＶＤ）生长三种不同的ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ应变层量子阱材料，其中两种含ＡｌＧａＡｓ限制层。结果表明，ＡｌＧａＡｓ限制层对量子阱的发光强度影响很大，与没有ＡｌＧａＡｓ限制层的结果相比，带ＡｌＧａＡｓ限制层的结构的发光强度要强一个数量级以上。在低温（１８Ｋ）ＰＬ光谱图中，我们看到，除了存在主峰以外，在主峰两侧还各有一个子峰，这些子峰可能与量子阱的质量有关。     

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．     

应变自组装InAs/GaAs量子点材料与器件光学性质研究

采用MBE技术生长应变自组装InAs/GaAs量子点微结构材料,以这种纳米尺度微结构材料作有源层制备出激光二极管.研究了材料的光致发光和器件电致发光的特性.条宽为100μm、腔长为1.6mm,腔面未经镀膜的量子点激光二极管,室温下最大光功率输出为2.74W.     

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。