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InAs自组织量子点的光学性质研究

孔令民  
【摘要】: 由于半导体量子点具有零维电子特性,它不仅成为基本物理研究的重要对象,也成为研制新一代量子器件的基础。正因如此,量子点材料及器件成为目前国际上最前沿的研究课题之一。GaAs基InAs自组织量子点因其成本低廉、器件工艺成熟,成为替代InP基材料、制备光纤通信用1.3-1.55μm发光激光器的热门材料之一。本文采用分子束外延技术制备了高质量的GaAs基InAs自组织量子点材料。利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、变温及时间分辨的光致发光谱(PL)等手段,分别研究了InGaAs应变层(指在InGaAs层上生长量子点,下同)、InGaAs盖层、InGaAs/InAlAs联合盖层、InGaAs/GaAs量子阱和多层生长等多种结构对量子点材料光学性质的影响,取得了以下主要结果: 1.原子力显微镜(AFM)测量结果表明,与在GaAs层上直接生长InAs量子点相比,引入In_(0.1)Ga_(0.9)As应变层,可以有效地释放量子点中的应变,使量子点的密度显著增大。当InAs淀积厚度较小时,量子点连在一起,形成了具有强烈耦合效应的量子点串结构,这种结构的变化导致量子点PL峰强烈红移,室温发光波长达到1.3μm以上。 2.首次系统研究了量子点发光寿命与量子点的密度、尺寸以及温度变化的关系。发现在温度低于50 K时,量子点的发光寿命基本不随温度变化;高于50 K,发光寿命随着温度升高首先增加,温度升高到某一特定温度T_C后,开始减小。我们认为,量子点发光寿命同时由内在因素和外在因素决定,其中内因主要是指辐射复合,而外因包括载流子热发射、迁移、非辐射复合等。决定量子点辐射复合寿命的根本因素是量子点内电子-空穴跃迁振子强度:即跃迁振子强度越大,其辐射复合寿命越小,反之亦然。不同量子点之间载流子波函数的交叠,减弱了激子的相干性使量子点发光寿命增大,同时也增强了载流子从尺寸较小量子点到尺寸较大量子点的迁移


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