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自组织InAs量子点材料不仅在基础物理方面,而且在器件应用方面均具有重要意义。本论文利用分子束外延(MBE) 技术制备了高质量的调制掺杂多层耦合自组织InAs量子点材料。通过透射电子显微镜(TEM)、光致发光谱(PL)、原子力显微镜(AFM)、拉曼散射谱等实验手段深入研究了多层耦合InAs量子点的光学性质以及可控性生长,取得了一些有意义的结果。
使用MBE方法,在生长多层耦合InAs量子点激光器有源区时,引入了两种生长停顿。利用TEM观察其截面,发现引入生长停顿后减小了量子点层和隔离层之间的晶格失配。尤其是GaAs覆盖层不完全时生长停顿的引入,使得多层耦合量子点各层之间垂直方向得到良好的自对准。
通过室温PL谱测量,发现适当减短第二层、第三层量子点生长时间能有效地解决由于各层量子点成点时间不同而导致的双模分布问题。研究对比了不同量子点生长温度(T=460℃~500℃)和生长速率(V=0.04-0.1ML/s)下样品的PL谱发光峰位置的变化以及高斯拟合双峰之间间距的变化,进一步得出了生长温度和生长速率对量子点尺寸均匀性的影响。实验结果表明当生长温度在 480℃,生长速率在 0.1ML/s时量子点的拟合双峰之间的间距最小,为30.2meV,此时的量子点均匀性最好。
利用原子力显微镜和低温拉曼散射谱研究比较了退火前后的多层耦合 InAs量子点,观察到InAs量子点的声子峰位置随退火温度的增加发生些微的红移现象,结合原子力显微镜的测试结果认为退火后量子点形状的改变。比较了不同淀积厚度的多层耦合InAs量子点在退火前后的拉曼散射谱,发现退火后样品的声子峰位之间的间距减小,这是由于退火导致不同淀积厚度的量子点的尺寸增大,并随着退火温度的升高而趋于一致。