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.     

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。     

衬底温度和生长速率对MBE自组织生长In_xGa_(1-x)As/GaAsQD的影响

研究GaAs基InxGa1-xAs/GaAs量子点(QD)的MBE生长条件,发现在一定的/比下,衬底温度和生长速率是影响InxGa1-xAs/GaAsQD形成及形状的一对重要因素,其中衬底温度直接影响着In的偏析程度,决定了InxGa1-xAs/GaAs的生长模式;生长速率影响着InxGa1-xAs外延层的质量,决定了InxGa1-xAs/GaAsQD的形状及尺寸.通过调节衬底温度和生长速率生长出了形状规则、尺寸较均匀的InxGa1-xAs/GaAsQD(x=0.3)     

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.     

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.     

衬底温度和生长速率对MBE自组织生长InxGa1-xAs/GaAs QD的影响

研究GaAs基InxGa1-xAs/GaAs量子点(QD)的MBE生长条件,发现在一定的Ⅴ/Ⅲ比下,衬底温度和生长速率是影响InxGa1-xAs/GaAsQD形成及形状的一对重要因素,其中衬底温度直接影响着In的偏析程度,决定了InxGa1-xAs/GaAs的生长模式;生长速率影响着InxGa1-xAs外延层的质量,决定了InxGa1-xAs/GaAsQD的形状及尺寸.通过调节衬底温度和生长速率生长出了形状规则、尺寸较均匀的InxGa1-xAs/GaAsQD(x＝0.3).     

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。     

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.     

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.     

采用InGaAs或InAlAs缓冲层的高In组分InGaAs探测器结构材料特性

利用气态源分子束外延在InP衬底上生长了具有InxGa1-xAs或InxAl1-xAs连续递变缓冲层的高In组分In0.78Ga0.22As探测器结构.通过原子力显微镜、X射线衍射、透射电子显微镜和光致发光对它们的特性进行了表征和比较.结果表明,具有InxGa1-xAs或InxAl1-xAs缓冲层的结构都能获得较平整的...     

GaAs/InGaAs应变异质结构临界厚度的Raman散射和PL谱分析

采用室温Raman散射和低温光致发光(PL)谱,对以TMG,固体As和固体In作为分子束源的MOMBE法生长的GaAs/In_xGa_(1-x)As(x=0.3)单层异质结构和多量子阱结构中InGaAs应变层的临界厚度进行了实验研究。由应变引起的Raman散射峰位移,以及PL谱峰位置与应变和无应变状态下一维有限深势阱跃迁能量计算结果的比较可见,在In组分含量x=0.3的情况下,临界厚度H_c≤5nm,小于能量平衡理论的结果,而与力学平衡模型的理论值相近。     

生长在In_xGa_（1－x）As（001）衬底上应变薄层GaAs的电子能带结构

采用经验的紧束缚方法对生长在ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ（００１）衬底上的应变薄层ＧａＡｓ的电子能带结构进行了计算。应变对能带结构的影响按标度定则进行计算，其中标度指数根据对畸变势常数的实验值进行拟合而确定。给出了ＧａＡｓ／ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ（００１）能带结构随衬底合金组分ｘ的变化关系，讨论了应变对能带色散关系的影响。     

气态源分子束外延生长扩展波长InGaAs探测器性能分析

从理论与实验两方面对截止波长为1.7μm(x=0.53),1.9μm(x=0.6)和2.2μm(x=0.7)p in InxGa1-xAs探测器性能进行了研究.对探测器暗电流的研究结果表明,扩展波长In0.6Ga0.4As,In0.7Ga0.3As探测器在反向偏置低压区,欧姆电流占据主导地位;在反向偏置高压区,缺陷隧穿电流占主导地位;且扩展波长In0.6Ga0.4As,In0.7Ga0.3As探测器的暗电流比In0.53Ga0.47As探测器增加较大.对探测器R0A随温度及i层载流子浓度变化关系的研究结果表明,在热电制冷温度下探测器性能可得到较大提高,i层的轻掺杂可使探测器的R0A得到改善.     

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.     

Inx—Ga1—xAs／GaAs应变量子阱光学性质

研究了用分子束外延方法生长在GaAs(100)衬底上的In_xGa_(1-x)As/GaAs(x=0.1)应变多量子阱样品,观察了其光荧光谱和光调制反射谱的光谱结构,讨论了有关基态光跃迁和激发态光跃迁性质.根据实验结果给出了能带偏移比值为Q_c=0.69(Q_v=1-Q_c=0.31),并提出有关轻空穴束缚于GaAs层而形成Ⅱ类超晶格的重要佐证.     

基于低温In_xGa_(1-x)P组分渐变缓冲层的InP/GaAs异质外延

采用低温GaAs与低温组分渐变InxGa1-xP作为缓冲层,利用低压金属有机化学气相外延(LP-MOCVD)技术,在GaAs(001)衬底上进行了InP/GaAs异质外延实验。实验中,InxGa1-xP缓冲层选用组分线性渐变生长模式(xIn0.49→1)。通过对InP/GaAs异质外延样品进行双晶X射线衍射(DCXRD)测试,并比较1.2μm厚InP外延层(004)晶面ω扫描及ω-2θ扫描的半高全宽(FWHM),确定了InxGa1-xP组分渐变缓冲层的最佳生长温度为450℃、渐变时间为500s。由透射电子显微镜(TEM)测试可知,InxGa1-xP组分渐变缓冲层的生长厚度约为250nm。在最佳生长条件下的InP/GaAs外延层中插入生长厚度为48nm的In0.53Ga0.47As,并对所得样品进行了室温光致发光(PL)谱测试,测试结果表明,中心波长为1643nm,FWHM为60meV。     

Self-organized InAs/GaAs quantum dots multilayers with growth interruption emitting at 1.3 μm

We have grown single, 10 and 20 InAs/GaAs quantum dots (QDs) multilayers by molecular beam epitaxy in Stranski-Krastanov growth mode with and without growth interruption. Multilayer structures of InAs QDs have been studied by photoluminescence (PL) and atomic force microscopy (AFM) techniques. Between 1 and 10 layers of QDs, 10 K PL shows a shift energy, and a PL linewidth reduction. Moreover, AFM image of the 10 layers sample shows that the InAs QDs size remains constant and almost uniform when the growth is without interruption. These effects are attributed to electronic coupling between QDs in the the columns. However, we show the possibility of extending the spectral range of luminescence due to InAs QDs up to 1.3 μm. Realisation of such a wavelength emission is related to formation of lateral associations or coupling of QDs (LAQDs or LCQDs) during InAs deposition when growth interruption (20 s) is used after each InAs QDs layer deposition. The growth interruption applied after the deposition of the InAs layer allows the formation of well-developed InAs dots (large dot size).     

Influence of bismuth doping of InAs quantum-dot layer on the morphology and photoelectronic properties of Gas/InAs heterostructures grown by metal-organic chemical vapor deposition

GaAs/InAs quantum dot (QD) heterostructures prepared by metalloorganic chemical vapor deposition (MOCVD) are investigated. It is established that the introduction of isovalent bismuth doping during the growth of InAs QD layer results in the suppression of the nanocluster coalescence and favors the formation of more uniform QDs. Bismuth itself is virtually not incorporated into the dots, its role being mainly in limiting the migration mobility of atoms at the surface of the growing layer. A method for investigating the morphology of buried layers of InAs QDs in GaAs matrix by atomic-force microscopy is developed; it relies on the removal of the cap layer by selective chemical etching. The photoluminescence (PL) and photoelectric sensitivity spectra of the fabricated heterostructures and their relation to the morphology of the QD layer are studied. In doped structures, PL and selective photosensitivity owing to the QDs are observed at a wavelength of 1.41 µm with the linewidth of 43 meV at room temperature. Some of the morphological features and photoelectronic properties of the MOCVD-grown heterostructures are related to the formation of a transitional layer at the GaAs/InAs QD interface due to the diffusion-induced mixing of the components.