自组织InAs/GaAs量子点的MBE生长及应变的研究

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在GaAs衬底上自组织生长InAs量子点，因低廉的成本、巨大的发展空间及应用前景，成为目前半导体材料研究的热点。为制备长波长量子点激光器有源区材料InAs/GaAs自组织量子点，本论文利用分子束外延方法自组织生长了多组InAs/GaAs量子点，通过透射电镜(TEM)、光致发光谱(PL)等手段研究了量子点的形貌、发光特性与生长条件的关系。采用连续力学等方法研究了量子点的应变分布规律，并研究了应变对能带、发光等性能的影响。本论文的主要工作及研究成果如下：
　　一、采用分子束外延技术，通过控制生长条件（衬底温度，生长速率）及量子点结构制备了多组高质量的GaAs基Inhs自组织量子点材料。利用透射电镜、光致发光谱等手段对多组量子点样品的形貌和发光特性进行了对比研究。得出的结论为：多层结构的量子点的尺寸均匀性和光学性能优于单层结构，InAs/GaAs自组织量子点较好的生长工艺条件为衬底温度521℃，生长速率0.1ML/s。
　　二、应用连续力学的方法对金字塔形自组织InA.CGaAs量子点的应变进行了计算，采用图解法分析了应变分布，得到量子点应变分布的一般规律：对于量子点的应变，量子点内为大的压应变，点外为小的拉应变且随离点的距离的增大而衰减，足够远处变为O。当量子点材料受到超过2尢球面角基质材料包裹时，在这附近无论是点内还是点外应变的变化都非常剧烈。量子点的流体静应变在点外为O，点内为一个负的常数，这对于任何量子点形状都成立。
　　三、从理论上分析应变对量子点能带以及发光特性的影响，指出增大量子点发光波长的主要解决方法是在InAs量子点生长之前，先生长一层InGaAs缓冲层；或者在生长覆盖层之前，生长InGaAs以及InAlAs应变缓冲层；或者在InAs量子点生长之前和之后分别都生长一层InGaAs层，即在InGaAs量子阱中生长量子点(DWELL)。量子点应变减小的同时还会导致位错缺陷的减少，提高量子点的发光效率。

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作者
王红亚;
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作者单位

南开大学;

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授予单位南开大学;
学科物理学;光学
授予学位硕士
导师姓名邢晓东;
年度 2011
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类激光材料及工作物质;
关键词
分子束外延; 量子点; 自组织生长; InAs/GaAs; 发光效率; 性能表征;

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