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。     

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／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。     

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。     

As元素分子态对InGaAs/AlGaAs量子阱红外探测器性能的影响

对As2和As4两种不同分子态下利用分子束外延技术(MBE)生长的单层AlGaAs薄膜和GaAs基InGaAs/AlGaAs量子阱红外探测器(QWIP)的性能进行了研究,发现As2条件下生长的单层AlGaAs材料荧光强度更大、深能级缺陷密度更低;相对于As4较为复杂的吸附、生长机制引入的缺陷,在As2条件下生长的InGaAs/AlGaAs QWIP具有更低的暗电流密度、更好的黑体响应、更高的比探测率和更优异的器件均匀性。生长制备的InGaAs/AlGaAs QWIP在60K的工作温度、-2V偏压下,暗电流密度低至7.8nA/cm2,光谱响应峰值波长为3.59μm,4V偏压下峰值探测率达到1.7×1011 cm·Hz1/2·W-1。另外,通过As元素的不同分子态下InGaAs/AlGaAs QWIP光响应谱峰位的移动可以推断出As元素的不同分子态也会影响In的并入速率。     

InGaAs／GaAs垂直对准量子点超晶格的正入射红外吸收

利用分子束外延技术，生长了３０周期的ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子点超晶格，透射电镜表明各层量子点沿生长方向呈现很好的垂直对准，红外吸收测试观察以明显的垂直入射红外吸收，吸收范围为８．５～１０．４μｍ之间，峰值波长为９．９μｍ第一次实现了响应８～１２μｍ大气窗口的量子点的垂直入射红外吸收，这一结果预示了量子点超晶格结构在红外探测领域的潜在应用。     

单量子阱GaAs/AlGaAs半导体激光器

本文介绍了用分子束外延法制作的梯度折射率分别限制式单量子阱GaAs/AlGaAs半导体激光器。该器件具有较低的阈值电流密度和单模运转特性,连续输出功率可达55mw。     

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。     

Submonolayer InGaAs/GaAs Quantum Dots Grown by MOCVD

Semiconductors - The mode of the growth of InGaAs quantum dots by MOS-hydride epitaxy on GaAs substrates without a deviation and with a deviation of 2° is selected for laser structures...     

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。     

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.     

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.     

In0.4Ga0.6As/GaAs自组织量子点的光伏谱温度特性

自组织生长方法作为一种有效而直接的制备半导体量子点的方法受到重视。本文采用无需在样品上制备电极的电容耦合的光伏谱方法,实验测量了Ｉｎ０．４Ｇａ０．６Ａｓ／ＧａＡｓ自组织量子点在不同的温度下的光伏谱,对测量谱峰进行了指认,研究了量子点谱峰能量位置随温度的依赖关系,实验结果表明,量子点具有与体材料及二维体系不同的温度特性,对实验所测样品,其激子峰能量随温度增加而红移的速率约为ＧａＡｓ体材料带隙变化的１     

InAs/InP Self‐Assembled Quantum Dots: Wavelength Tuning and Optical Nonlinearities

Quantum dots (QDs, i.e., semiconductor nanocrystals) can be formed by spontaneous self‐assembly during epitaxial growth of lattice‐mismatched semiconductor systems. InAs QDs embedded in GaInAsP on InP are introduced, which can be continuously wavelength‐tuned over the 1.55 μm region by inserting ultrathin GaAs or GaP interlayers below them. We subsequently introduce a state‐filling optical nonlinearity, which only requires two electron–hole pairs per QD. We employ this nonlinearity for all‐optical switching using a Mach–Zehnder interferometric switch. We find a switching energy as low as 6 fJ.     

大应变InGaAs/GaAs/AlGaAs微带超晶格中波红外QWIP的MOCVD生长

基于中波红外(峰值响应波长4.5μm)量子阱红外探测器QWIP进行了大应变In0.34Ga0.66As/GaAs/Al0.35Ga0.65As微带超晶格结构的MOCVD外延生长研究。通过对生长温度、生长速率、Ⅴ/Ⅲ比以及界面生长中断时间等生长参数的系统优化,获得了高质量的外延材料。     

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。     

MOCVD与MBE生长GaAs/AlGaAs量子阱材料的红外探测器特性比较*

用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长GaAs/AlGaAs量子阱材料,并制成红外探测器.测量了材料的光致发光光谱和探测器的光电流响应光谱及其它光电特性,峰值波长7.9μm,响应率达到6×103V/W,与分子束外延法(MBE)生长的材料和相关器件进行了比较,MOCVD法可满足量子阱材料和器件的要求.