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.     

垂直堆垛InAs量子点的光学性质

垂直堆跺InAs量子点是用分子束外延(MBE),通过Stranski-Krastanov(S-K)方式生长.利用光致发光(PL)实验对InAs量子点进行了表征.在生长过程中使用对形状尺寸控制的方式来提高垂直堆垛InAs量子点形貌均匀性.样品的外延结构是Si掺杂GaAs衬底生长500nm的过渡层,500nm的GaAs外延层,15nm的Al0.5Ga0.5As势垒外延层,5个周期的InAs量子点生长后2单层GaAs的外延结构,50 nh的Al0.5Ga0.5As势垒外延层,最后是15 m的GaAs覆盖层.外延结构中Al0.5Ga0.5As势垒外延层对镶嵌在里面的InAs量子点有很强的量子限制作用产生量子效应.PL测量系统使用514.5 nn的缸离子激发源.发现了量子点基态光致发光峰等距离向红外方向劈裂等新的物理现象.利用光致发光通过改变势垒的宽度和掺杂情况,研究了外延结构的光致发光特性,得到二维电子气(2DEG)随势能变化局域化加强等的新结果.     

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。     

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.     

有源区Be掺杂对1.3μm InAs量子点激光器性能的影响

利用分子束外延技术在GaAs(100)衬底上生长了1.3μm InAs DWELL量子点激光器结构,研究了有源区Be掺杂对量子点激光器性能的影响。研究表明,对有源区进行Be掺杂可以有效降低InAs量子点激光器的阈值电流密度,提升激光器的输出功率,增加激光器的温度稳定性。研制的Be掺杂InAs量子点激光器的阈值电流降低到12mA,相应的阈值电流密度仅为100 A/cm²,激光器的最高输出功率达到183 mW,最高工作温度达到了130℃。这对InAs量子点激光器器件在光通信系统中的应用具有重要意义。     

InGaAs/GaAs量子点红外探测器

与量子阱红外探测器相比,量子点红外探测器具有不制作表面光栅就能在垂直入射红外光照射下工作以及工作温度更高等优势。然而,目前阻碍量子点红外探测器性能提高的技术瓶颈主要来自组装量子点较差的大小均匀性、较低的量子点密度以及垂直入射下子带跃迁吸收效率低等原因。利用分子束外延技术研究了如何从量子点材料生长和器件设计两方面来克服这些困难,并且制作了几种不同结构的InGaAs/GaAs量子点红外探测器。 在77 K时,这些器件在垂直入射条件下观察到了很强的光电流信号。     

InAs/GaAs量子点激光器结温研究

对利用气源分子束外延(GSMBE)技术生长的InAs/GaAs量子点激光器的工作结温进行了研究,结温的测试是基于量子点激光器的温度升高会导致Fabry-Perot(F-P)腔的腔模移动.在20℃脉冲工作模式下,当脉冲注入电流的占空比从1%变化到准连续波(95%),InAs/GaAS量子点激光器的结温升高了23.9℃,在相同的测试条件下,商用量子阱激光器的结温仅升高了3.5℃.InAs/GaAs量子点激光器的结温比商用量子阱激光器的结温升高了6.8倍,这是影响激光器性能的一个重要参数.     

(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。     

1.3μm GaAs基GaInNAs量子阱生长与激光器研制

报道了中国第一只1.30μm单量子阱边发射激光器的材料生长、器件制备及特性测试.通过优化分子束外延生长参数,调节In和N组分含量使GaInNAs量子阱的发光波长覆盖1.3μm范围.脊形波导条形结构单量子阱边发射激光器,实现了室温连续激射,激射波长为1.30μm,阈值电流密度为1kA/cm2,输出功率为30mW.     

Surface Morphology and Photoluminescence of 1.3μm Wavelength In（Ga） As／GaAs Quantum Dots

Self-organized In0.5 Ga0.5As/GaAs quantum island structure emitting at 1.35 μm at room temperature has been successfully fabricated by molecular beam epitaxy(MBE) via cycled(InAs)1/(GaAs)1 monolayer deposition method.Photoluminescence(PL) measurement shows that very narrow PL linewidth of 19.2 meV at 300 K has been reached for the first time,indicating effective suppression of inhomogeneous broadening of optical emission from the In0.5Ga0.5As islands structure.Our results provide important information for optimizing the epitaxial structures of 1.3μm wavelength quantum dot （QD） devices.     

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.     

GaAs基长波长InAs耦合量子点材料的分子束外延生长

系统介绍了利用分子束外延方法在纯GaAs材料上生长InAs/GaAs耦合量子点结构。讨论了生长温度和上下两层量子点中InAs的淀积量对于材料发光性质和表面形貌的影响。通过优化生长参数,得到了室温发光波长在1.436μm,FWHM为27meV的耦合量子点材料。第二层量子点的密度在910⁹到1.410¹⁰cm^-2之间。耦合量子点结构为拓展GaAs基材料在量子功能器件应用中的发光波长提供了新的途径。     

InAs/GaAs量子点光致发光光谱多峰结构发光本质

研究了InAs/GaAs量子点光致发光光谱中出现的多峰结构. 观察到随着激发功率的增加光谱中发光峰的数目逐渐增多并且部分发光峰的峰位随激发功率的增加向高能量方向移动. 解释了各发光峰的来源并结合量子点能级结构的特点,计算了量子点中电子和空穴各子带间的能级间距.     

GaAs/AlGaAs多量子阱激光器

用国产的分子束外延设备生长出多量子阱激光器结构,在室温下,其宽接触阈电流密度为3000A/cm~2,质子轰击条形器件单管最佳阈值电流为128mA,单面连续输出功率可大于22mw,在一定注入范围内可单纵模工作,最高单面微分量子效率达34％,激射波长在8590～8640埃之间,远场光强分布呈单峰,在室温附近的特征温度T_o为202K.对外延材料和器件的初步研究表明,AlGaAs材料特别是掺杂的AlGaAs材料质量不理想是导致激光器阈电流密度不够低的可能原因.     

InAs/GaAs量子点光致发光光谱多峰结构发光本质

研究了InAs/GaAs量子点光致发光光谱中出现的多峰结构.观察到随着激发功率的增加光谱中发光峰的数目逐渐增多并且部分发光峰的峰位随激发功率的增加向高能量方向移动.解释了各发光峰的来源并结合量子点能级结构的特点,计算了量子点中电子和空穴各子带间的能级间距.     

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.