面向低維量子器件的自組裝InAs量子點的MOCVD生長及性能研究.pdf

1、自組裝InAs量子點電子和空穴在三維方向上均受到限制，表現(xiàn)出量子化的電子態(tài)和高的輻射復合效率，在基礎物理和新型的光電子器件中具有重要的研究意義和應用前景，實現(xiàn) InAs量子點與微腔的強耦合，不僅能在目前的通信領域注入活力，更為未來量子信息技術的發(fā)展和實現(xiàn)快速高效安全的量子通信奠定基礎；而在高效電池結(jié)構(gòu)中引入量子點，可以有效改善電池的溫度特性，抗輻照性能及提升電池效率。然而，不同的研究方向和應用對于 InAs量子點的要求如密度、分布、發(fā)光

2、波長等不盡相同?；诖耍覀兺ㄟ^金屬有機化學氣相沉積技術對GaAs和Ge襯底上自組裝InAs量子點的生長及性能進行了深入的研究，獲得了不同密度需求的量子點器件。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對MOCVD所涉及的InAs量子點的各個生長條件，如生長溫度、生長壓力、氣體流量、生長時間、源引入次序等進行了系統(tǒng)優(yōu)化，在 GaAs(001)襯底上通過大范圍的調(diào)節(jié)InAs生長的V/III比條件，達到對量子點的沉積量、原子表面遷移長度、表面能等

3、的調(diào)控，獲得了密度從105~1010cm-2的InAs量子點，這種方式對于不同密度要求的量子點的生長具有非常好的重復性和可控制性，對單個 InAs量子點進行變溫光致發(fā)光研究，得到的單量子點激活能Ea為93.05meV，量子點Varshni系數(shù)α為9.7×10-4eV/K，β為548K。⑵在MOCVD中InAs量子點的最佳生長溫度范圍為490~530℃，而GaAs蓋層的最佳生長溫度區(qū)間為600~700℃之間，為避免在升溫過程中InAs量子

4、點形貌尺寸等發(fā)生急劇變化而影響量子點性能，基于低溫脈沖原子層沉積方式可以提高Ga原子遷移和降低GaAs中的缺陷，我們發(fā)展了一種低溫脈沖原子層沉積聯(lián)立高溫連續(xù)生長的兩步生長GaAs蓋層的方法，該方法相對于傳統(tǒng)連續(xù)生長方式，可以有效的改善量子點的發(fā)光特性。⑶基于GaAs(001)襯底，制備了空氣橋結(jié)構(gòu)的InAs量子點與L3腔耦合器件，對InAs量子點與L3腔的相互作用進行了初步探索，獲得的含InAs量子點的空氣橋結(jié)構(gòu)的L3腔Q值為203。⑷

5、極性材料GaAs在非極性Ge襯底上外延時會出現(xiàn)反相疇，并且在GaAs/Ge界面極易出現(xiàn)由互擴散引起的自動摻雜效應。在此，我們利用Al-As的高鍵能特性，采用AlGaAs的插入層，在9°偏角Ge(001)襯底上成功的抑制了GaAs中反相疇的形成以及Ge在GaAs中的擴散。⑸成功制備了含量子點的GaInP/Ga(In)As/Ge三結(jié)太陽能電池，在1000倍聚光下電池的轉(zhuǎn)換效率達33.91％，在量子點結(jié)構(gòu)中加入GaInAs應力減緩層，電池短路