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《山西大学》 2020年
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外场作用对InAs/GaAs量子点光学性质影响的研究

张耕  
【摘要】:从硅、锗作为第一类半导体而被人们广泛应用以来,半导体学科的发展以及半导体技术的深化应用便在人类社会的方方面面产生了深远的影响。上世纪60年代开始,物理学家已经认识到在超薄层材料中研究量子效应有着极大的优势,而量子点材料的出现则为更进一步探究材料的量子限制效应提供了研究目标,80年代后,有机金属化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)等生长工艺的先后出现,使得制备高精度自组装量子点有了行之有效的方法。InAs量子点作为优良的直接带隙材料,拥有带隙窄、高发光效率、高电子迁移率、稳定性优良等诸多优点而备受关注。本文中的研究目标砷化铟/砷化镓(InAs/GaAs)量子点,以其为核心的光电子器件在微电子和红外探测领域有很大的应用。目前人们已就生长条件、组成成分、量子点表面形貌、测量时的温度、激发光功率等条件下量子点物理性质的变化做过大量的研究。在对InAs量子点的研究过程中,I.E.Itskevich,马宝珊等人先后在静水压力对于InAs量子点的光学性质的影响上做了大量的研究,发现静水压力会导致InAs量子点荧光光谱强度降低,以及压力系数的改变。然而对于应力导致的半导体器件形变时InAs量子点的光学性质变化却鲜有研究。但是,半导体材料不仅在制备过程中会由于晶格失配等原因而产生应力,而且半导体器件在制备和使用时也需要面对各种外部环境,如拼接、组装固定、器件集成等,外部应力所造成的形变也是一定会存在的,这也会对量子点的性能产生一定的影响,因此研究量子点样品在发生形变后的物理性质与光学变化有很强的指导意义。在本文研究工作中研究了GaAs衬底上制备的圆柱形InAs/GaAs量子点,采用有效质量近似的方法,应用压电电子学相关理论,考虑了外加应力对量子点材料能带宽度以及曲率的影响,从理论上分析了应力、温度等外加条件对圆柱形InAs/GaAs量子点光学性质的改变。所得结果表明:应力会使得量子点光吸收谱线的强度降低;但共振峰峰位发生蓝移,能量增高。同时,考虑应力导致的压电势时,谱线强度降低更加明显;共振峰位置仍向着高能方向移动,但与不考虑压电势的情况相比,蓝移量减少,变化减弱。温度的升高则会导致共振峰峰值能量降低,同时谱线的相对强度也会降低。在测量温度为110K,为材料施加了0.5%应变的条件下完成了实验,发现在综合考虑应力与温度的共同影响时,实验结果与理论计算能够吻合。对比计算结果与实验数据,理论分析工作得到了验证。这些结果对不同工作环境下量子点光电子器件的研究以及应用都有很大的帮助。
【学位授予单位】:山西大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2020
【分类号】:O471.1

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