改善GaAs/InAs量子点光学性能的研究

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近年来,由于InAs,GaAs等材料属于直接带隙,其在光电子领域具有很广的应用前景,所以这些材料得到了大量的研究和发展,我们利用S-K生长模式在分子束外延设备(MBE)上生长了InAs/GaAs量子点并研究了其光学性能。我们主要是为了实现其波长达到1.3-1.55um的大气窗口,以实现其在通信领域的应用,同时可以替代较贵的InP基产品实现高温高速运行。基于以上目的我们使用MBE在GaAs(100)衬底上生长了三组不同的InAs/GaAs量子点结构,用来对比研究。主要内容分为以下部分:  (1)我们使用MBE设备生长了两组样品A、B进行对比,样品A为生长完2.0ML的InAs量子点后直接生长GaAs盖层,样品B为生长完2.0ML的量子点后再生长薄薄的AlAs层再生长100nm GaAs盖层进行对比,用来比较AlAs层对其PL波长的影响。发现样品B的光致发光(PL)谱要明显的红移,这说明AlAs层的引入限制了In原子的偏析使得势阱变深。  (2)在上述样品B的基础上,我们设计了样品C,其在生长完量子点后预沉积一段时间的In,再生长相同厚度的AlAs和GaAs,用来比较预沉积In原子对PL的影响。我们从PL谱上发现其波长红移明显且强度变强。  通过以上实验,我们得到以下结论:  (1)生长AlAs层后,由于AlAs/GaAs的禁带宽度相差较大,这增加了势垒高度,这能够有效的阻挡In原子的偏析,所以其PL波长发生明显的红移,但是其强度却有所下降,这说明由于Al原子的引入使得量子点中非辐射复合中心增加  (2)由样品C可以发现其PL波长进一步的红移,且强度有着明显的提升,这说明预沉积In原子能够进一步组织In原子的偏析,其还能减少非辐射复合中心的密度,使得PL谱强度增加。  (3)通过AFM图样发现量子点样品随着InAs层厚度的增加,量子点形貌质量先好后坏,在沉积厚度达3ML时出现明显的量子点吞并现象。
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