InGaAs-GaAs應(yīng)變量子阱不同結(jié)構(gòu)和生長方式對熒光光譜影響的研究.pdf

1、本文從應(yīng)變量子阱的優(yōu)點以及應(yīng)用現(xiàn)狀和前景出發(fā),以InGaAs/GaAs應(yīng)變量子阱材料的光學(xué)性質(zhì)為主要研究方向,在討論了應(yīng)變量子阱的能級特點的基礎(chǔ)上,全面的分析了影響應(yīng)變量子阱發(fā)光質(zhì)量的諸因素；針對我們實驗室用分子束外延技術(shù)生長的InGaAs/GaAs應(yīng)變量子阱材料,對其進(jìn)行了變溫PL譜的測量,并通過對變溫PL譜的分析和對比,分別研究和討論了應(yīng)變補(bǔ)償和生長停頓給InGaAs/GaAs應(yīng)變量子阱的發(fā)光特性帶來的的影響。主要研究內(nèi)容和研究成果

2、包括以下幾個方面:
　　 1.從理論上研究了考慮應(yīng)變異質(zhì)結(jié)和應(yīng)力作用下的InGaAs薄層的激子躍遷能,分析了載流子壽命、材料發(fā)光效率、熱載流子效應(yīng)等眾多因素對應(yīng)變量子阱光致發(fā)光的峰強(qiáng)和半高寬的影響,討論了量子阱材料中的各種散射機(jī)制以及這些散射機(jī)制對材料發(fā)光質(zhì)量的影響。
　　 2.從應(yīng)變量子阱的結(jié)構(gòu)著手,分析了應(yīng)變補(bǔ)償對InGaAs/GaAs量子阱中熱載流子效應(yīng)和阱中的各種散射的影響,以及如何通過這些影響來改善材料的發(fā)光質(zhì)

3、量。通過對有應(yīng)變補(bǔ)償和無應(yīng)變補(bǔ)償?shù)膬善瑯悠稟和B的變溫PL譜的測量和分析,進(jìn)一步證實了應(yīng)變補(bǔ)償?shù)淖饔谩?br>　　 分析表明,應(yīng)變補(bǔ)償可以減少量子阱中的缺陷,從而減小由缺陷導(dǎo)致的譜線非均勻展寬,提高量子阱在低溫下的發(fā)光強(qiáng)度；隨著溫度升高,由溫度決定均勻熱展寬逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位,A、B的發(fā)光強(qiáng)度由于熱展寬都迅速下降,迅速增強(qiáng)的熱展寬掩蓋了A比B非均勻展寬更弱的優(yōu)勢,使A、B的峰強(qiáng)逐漸趨于一致。同時,GaAsP補(bǔ)償層會導(dǎo)致量子阱發(fā)光峰的紅移

4、,即A樣品相對于B樣品PL峰位紅移。此外,實驗測得的A和B的峰位隨溫度的變化很好的符合Varshini公式,但是應(yīng)變補(bǔ)償?shù)囊敫淖兞薞arshni溫度系數(shù),從而影響發(fā)光峰隨溫度升高的紅移速度。用實驗數(shù)據(jù)與Varshni公式進(jìn)行擬合,得到A和B的Varshni溫度系數(shù)分別為α=3.548×10-4eV/K,βA=100.0K:αB=3.845x10-4eV/K,βB=102.6K。
　　 3.從應(yīng)變量子阱的生長方式著手,分析了界面

5、停頓對In原子表面偏析的改善和阱層生長過程中In原子停頓對三元化合物合金無序的影響。對有In原子停頓和無In原子停頓的兩組樣品進(jìn)行了變溫PL譜的測量,兩片樣品均采取了相同的界面停頓,通過兩組變溫PL譜的對比,分析了In原子停頓給InGaAs/GaAs量子阱PL譜造成的影響,并討論了In原子停頓對In原子局域化的影響。理論上,阱層生長過程中引入合適的In原子停頓可以使同族的Ga、In原子更好的擴(kuò)散,從而使InGaAs量子阱的組分更均勻。但