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.     

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。     

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.     

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。     

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.     

MOCVD生长1.06μm波段InGaAs/GaAs单量子阱材料的发光特性研究

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,在不同偏向角的GaAs衬底上生长了InGaAs/GaAs单量子阱外延结构。通过对样品室温光致发光(PL)谱测试结果的分析,讨论了衬底偏向角、量子阱层生长温度以及V/III比对外延片发光波长、发光强度及PL谱半峰全宽(FWHM)的影响。发现在相同生长条件下,对于InGaAs/GaAs应变量子阱结构,在GaAs(100)偏111A晶向较小偏向角的衬底上生长的样品PL谱发光强度较大,半峰全宽较窄;量子阱层低温生长的样品发光强度更强;增大量子阱层V/III比可以提高样品的发光强度,同时PL谱峰值波长出现红移。     

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.     

自组织生长InAs量子点发光的温度特性

本文报道ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ自组织生长量子点结构中发光的温度特性．在１２～１５０Ｋ温度范围内，实验测得的ＩｎＡｓ激子发光能量随温度增加明显红移，其红移速率远大于ＩｎＡｓ带隙的温度关系，而光谱宽度则明显减小．这些结果表明ＩｎＡｓ量子点结构是一种强耦合系统，局域在ＩｎＡｓ量子点中的载流子波函数会相互交途、相互贯穿，从而增强了载流子的弛豫过程．     

ZnCdSe量子阱/CdSe量子点耦合结构中的激子复合

采用MOCVD方法制备了ZnCdSe量子阱/CdSe量子点耦合结构,利用低温(5K)光致发光光谱和变密度发光光谱研究了该结构中的激子隧穿和复合.观察到在该结构中存在由量子阱到量子点的激子隧穿现象.改变垒层厚度会对量子阱和量子点的发光产生显著影响.在垒层较薄的阱/点耦合结构中,隧穿效应可以有效地抑制量子阱中的带填充和饱和效应.     

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.     

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.     

纳米半导体材料及其纳米器件研究进展

(接上期第21页)4.2.2量子点激光器 应变自组装量子点材料与量子点激光器的研制已成为近年来国际研究热点.应用这种技术已制备出量子点激光器,波长覆盖了近红外和红光波段.1992年Ueno等人报道了单层InGaAs/A1GaAs量子点结构,实现了室温激射,阈值电流密度(Jth)为950A/cm2;1994年俄德联合小组首先研制成功InAs/GaAs量子点材料;1996年Alferov等人研制成功有源区为三层结构 (垂直耦合)的量子点激光器,Jth为680A/cm2;同年Ledentsov等人[24]又报道了10层垂直耦合InGaAs/GaAs量子点结构激光器,室温Jth为90A/cm2;1997年Ustinov等人又报道了Jth低达60A/cm2的量子点激光器,其结果已接近当前最好的量子阱激光器的性能1996年量子点激光器室温连续输出功率达1W,阈值电流密度为290A/cm2,1998年达1.5W;1999年InAlAs/InAs量子点激光器283K温度下最大连续输出功率(双面)高达3.5W.     

InGaAs/GaAs量子点类脊型激光器的激射特性

用MOCVD方法生长制备了多层InGaAs/GaAs量子点结构 ,并研制出量子点激光器。研究了多层量子点激光器阈值激射特性与量子点有源区结构之间的关系 ,结果表明激光器的阈值电流密度依赖于量子点的结构。通过采用多层量子点、对量子点层间进行耦合以及采用宽禁带AlGaAs作为量子点层势垒可以有效地降低激光器的阈值电流密度。获得了最低为 2 0A/cm2 的平均阈值电流密度。量子点激光器的激射波长也与有源区结构有关 ,随着量子点层数增加 ,激射峰向长波方向移动。     

ZnCdSe量子阱/CdSe量子点耦合结构中的激子复合

采用MOCVD方法制备了ZnCdSe量子阱/CdSe量子点耦合结构,利用低温(5K)光致发光光谱和变密度发光光谱研究了该结构中的激子隧穿和复合. 观察到在该结构中存在由量子阱到量子点的激子隧穿现象. 改变垒层厚度会对量子阱和量子点的发光产生显著影响. 在垒层较薄的阱/点耦合结构中,隧穿效应可以有效地抑制量子阱中的带填充和饱和效应.     

In0.5Ga0.5As/In0.5Al0.5As应变耦合量子点的形貌和光学性质

提出了利用分子束外延方法生长In0.5Ga0.5As/In0.5Al0.5As应变耦合量子点,并分析量子点的形貌和光学性质随GaAs隔离层厚度变化的特点.实验结果表明,随着耦合量子点中的GaAs隔离层厚度从2 nm增加到10 nm,In0.5Ga0.5As量子点的密度增大、均匀性提高,Al原子扩散和浸润层对量子点PL谱的影响被消除,而且InAlAs材料的宽禁带特征使其成为InGaAs量子点红外探测器中的暗电流阻挡层.由此可见,选择合适的GaAs隔离层厚度形成InGaAs/InAlAs应变耦合量子点将有益于InGaAs量子点红外探测器的研究.     

II-VI族半导体量子点的发光特性及其应用研究进展

半导体量子点由于具有独特的发光特性而具有极高的应用价值。结合本实验室的工作介绍了半导体量子点的发光原理和发光特性，在实验中发现核壳结构的CdSe／CdS半导体量子点比没有包覆的CdSe半导体量子点的发光稳定性提高．吸收光谱和发射光谱均发生红移，而且粒径不同．半导体量子点所呈现的颜色也不同，随着粒径的增加吸收光谱和发射光谱向长波方向红移。介绍了半导体量子点在光电子器件和生物医学方面的应用．并对其发展前景进行了展望。     

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.