InGaAs/InAlAs盖帽层对InAs自组装量子点发光性质的影响

采用变温及时间分辨光致发光谱研究了MBE设备生长的具有不同盖帽层的InAs量子点样品.发现引入InGaAs盖帽层可以使InAs量子点发光的半高宽减小,且向长波长移动.InGaAs/InAlAs联合盖帽层可以进一步改善InAs量子点发光性能,使得室温发光波长超过1.3μm;在10～300K温度范围内,发光峰值能量及半高宽随温度的变化都较小.随温度升高,InAs量子点的发光寿命首先增大,当温度升高到临界温度TC后,发光寿命逐渐减小.但覆盖不同盖帽层的InAs量子点样品,其发光寿命具有不同的温度关系,联合盖帽层样品具有较大的TC及发光寿命.根据应力及载流子迁移模型对以上实验结果进行了分析.     

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。     

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.     

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。     

InGaAs/AlGaAs量子阱中量子尺寸效应对PL谱的影响

本文采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法设计并生长了两组InGaAs／A1GaAs应变多量子阱，量子阱的厚度分别为3nm和6nm，对其光致发光谱(PL)进行了研究，二者的发光波长分别为843nm和942nm，用有限深单量子阱理论近似计算了由于量子尺寸效应和应变效应引起的InGaAs／A1GaAs量子阱带隙的改变，这解释了两组样品室温下PL发射波长变化的原因。     

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。     

InAlAs/InGaAs复合限制层对InAs量子点发光性质的影响

系统研究了InAlAs/InGaAs复合限制层对InAs量子点光学性质的影响;发现InAs量子点的基态发光峰位、半高宽以及基态与第一激发态的能级间距都强烈地依赖于InAlAs薄层的厚度和In的组分;得到了室温发光波长在1.35μm,基态与第一激发态的能级间距高达103 meV的InAs量子点的发光特性。这一结果对实现高T_0的长波长InAs量子点激光器的室温激射具有重要意义。     

InAs/InGaAs数字合金应变补偿量子阱激光器

采用气态源分子束外延在InP衬底上生长InAs/InGaAs数字合金应变补偿量子阱激光器.有源区的多量子阱结构由压应变的InAs/In_(0.53)Ga_(0.47)As数字合金三角形势阱和张应变的In_(0.43)Ga_(0.57)As势垒构成.X射线衍射测试表明赝晶生长的量子阱结构具有很高的晶格质量.在100K、130mA连续波工作模式下,激光器的峰值波长达到1.94μm,对应的阈值电流密度为2.58 kA/cm~2.随着温度升高,激光器的激射光谱出现独特的蓝移现象,这是由于激光器结构中相对较高的内部吸收和弱的光学限制引起最大增益函数斜率降低所导致的.     

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.     

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.     

用MOCVD在偏(100)GaAs基片上生长空间规则排列的1.3μm InAs量子点

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.     

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.     

Quantum Dot Based Infrared Focal Plane Arrays

In the past decade, there has been active research on infrared detectors based on intersubband transitions in self-assembled quantum dots (QDs). In the past two years, at least four research groups have independently demonstrated focal plane arrays based on this technology. In this paper, the progress from the first raster scanned image obtained with a QD detector to the demonstration of a 640 512 imager based on self-assembled QDs is reviewed. In particular, emphasis will be placed on a novel quantum dots-in-a-well (DWELL) design, which represents a hybrid between a conventional quantum-well infrared photodetector (QWIP) and a quantum-dot infrared photodetector (QDIP). In the DWELL detectors, the active region consists of InAs quantum dots embedded in an InGaAs quantum well. Like QDIPs, the DWELL detectors have 3-D confinement and display normal incidence operation while demonstrating reproducible ldquodial-in recipesrdquo for control over the operating wavelength, like QWIPs. Moreover, the DWELL detectors also have demonstrated bias-tunability and multicolor operation in the midwave infrared (MWIR, 3-5 ), long-wave infrared (LWIR, 8-12 ), and very long wave infrared (VLWIR, ) regimes. Recently midformat 320 256 and 640 512 focal plane arrays (FPAs) with an NETD of 40 mK at have been reported. The paper will conclude with a perspective on the future directions on the research on QDIP FPA including enhanced functionality and higher operating temperatures.     

在量子阱中自组织量子点结构GaN/AlxGa1-xN的电子能谱

在有效质量近似框架内,采用绝热近似,计算了在量子阱中GaN/AlxGa1-xN自组织量子点系统的电子结构和光学性质.计算表明系统的电子能级随量子点受限势的增大而升高,随量子点尺寸的增大而降低,而且量子阱的宽度和量子点浸润层厚度的增加也会导致能级值有所降低.说明结构参数会使在阱中的量子点的光致发光峰波长发生相应的蓝移或红移,与已知的实验结果一致.     

Optical and structural properties of InAs quantum dot arrays grown in an InxGa1−x As matrix on a GaAs substrate

Structural and optical properties of InAs quantum dots (QDs) deposited on the surface of a thick InGaAs metamorphic layer grown on a GaAs substrate have been studied. The density and lateral size of QDs are shown to increase in comparison with the case of QDs grown directly on a GaAs substrate. The rise of In content in the InGaAs layer results in the red shift of the photoluminescence (PL) line, so that with 30 at % indium in the metamorphic layer the PL peak lies at 1.55 μm. The PL excitation spectroscopy of the electronic spectrum of QDs has shown that the energy separation between the sublevels of carriers in QDs decreases as the In content in the InGaAs matrix increases. __________ Translated from Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov, Vol. 38, No. 7, 2004, pp. 867–871. Original Russian Text Copyright ? 2004 by Kryzhanovskaya, Gladyschev, Blokhin, Musikhin, Zhukov, Maksimov, Zakharov, Tsatsul’nikov, Ledentsov, Werner, Guffart, Bimberg.     

自组织量子点的优化生长

在不同生长条件下,生长低组分InGaAs/GaAs自组织量子点并且使用接触式AFM进行测量.通过对生长条件的优化,得到高密度、高均匀性的量子点MBE生长条件,这对于自组织量子点在器件方面的应用,比如量子点红外探测器和量子点激光器,是非常重要的.同时,还与优化的InAs/GaAs生长条件进行了比较.     

自组织量子点的优化生长

在不同生长条件下,生长低组分InGaAs/GaAs自组织量子点并且使用接触式AFM进行测量.通过对生长条件的优化,得到高密度、高均匀性的量子点MBE生长条件,这对于自组织量子点在器件方面的应用,比如量子点红外探测器和量子点激光器,是非常重要的.同时,还与优化的InAs/GaAs生长条件进行了比较.     

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.     

多层In_(0.55)Al_(0.45)As/A_(0.5)Ga_(0.5)As量子点的变温光致发光研究

测量了自组织多层In0.55Al0.45As/Al0.5Ga0.5As量子点的变温光致发光谱,同时观察到来自浸润层和量子点的发光,首次直接观察到了浸润层和量子点之间的载流子热转移.分析发光强度随温度的变化发现浸润层发光的热淬灭包括两个过程:低温时浸润层的激子从局域态热激发到扩展态,然后被量子点俘获;而温度较高时则通过势垒层的X能谷淬灭.利用速率方程模拟了激子在浸润层和量子点间的转移过程,计算结果与实验符合得很好