GaSb/InGaAs量子点超晶格材料生长和特性研究

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Ⅱ类量子点的外延生长和性能表征在国内外已有多家研究单位开展,但多集中于在GaAs衬底上进行生长,在InP衬底上进行的主要是InAs量子点的生长,而InP衬底上GaSb量子点的生长文献报道很少,缺乏可借鉴的经验。针对GaSb/InGaAs第Ⅱ类量子点的生长及光学性能开展系统性研究,不但有望进一步丰富自组织量子点生长动力学知识、加深人们对于具有第Ⅱ类能带结构的低维半导体材料中激子行为的认识,还有望实现半导体光电探测器的光电信号高保真放大。本材料体系,除了QD-FET之外,还有红外探测器和可调谐激光器等潜在应用。  本论文实验采用V80 MBE技术在掺Fe的晶面为100面的InP衬底上以S-K模式自组织生长GaSb/InGaAs量子点超晶格材料。本章首先对在InP衬底上制备GaSb/In0.53Ga0.47As量子点超晶格材料的各项参数进行测定,包括衬底温度、Ⅴ/Ⅲ束流比、生长速度、生长厚度等生长工艺参数;随后结合AFM图以及低温PL光谱对生长工艺参数对GaSb/In0.53Ga0.47As量子点超晶格材料的形貌、密度、尺寸、发光等性能的影响进行测试,从而找到生长出高质量量子点的生长参数,进一步丰富量子点超晶格材料的生长动力学研究。通过实验我们得出衬底温度在475℃、量子点生长速率在0.13ML/S、Ⅴ/Ⅲ束流比为20、量子点生长厚度为5ML等情况下,生长出的GaSb量子点比较理想。  随后研究了InGaAs插入层中In组分对GaSb/In0.53Ga0.47As量子点超晶格材料生长动力学以及光学特性的影响。改变缓冲层InGaAs中In的组分可以改变表面量子点的生长情况,在一定的GaSb量子点生长厚度内,低In组分的InGaAs缓冲层可以促进量子点的生成,高In组分的InGaAs缓冲层抑制量子点生成。  低温(8k) PL中随着激发功率的增加,在GaSb/InGaAs界面处的电子和空穴的积累加剧使得三角形势阱的阱深加大,从而在三角形势阱内的电子分立能级因为阱深的增加而升高,进而引起第Ⅱ类超晶格发光峰位蓝移。这种随着激发功率的增加,第Ⅱ类超晶格材料的发光峰的峰位蓝移可以由能带弯曲效应来解释。激发功率的三分之一幂与峰位之间均满足线性关系,可以很好的证明其发光类型是第Ⅱ类超晶格光学跃迁。  实验结果表明GaSb/InGaAs量子点超晶格材料的光学特性可以由InGaAs缓冲层内的In组分来调整,并且通过调整InGaAs缓冲层内的In组分可以较好地调控GaSb/InGaAs超晶格材料的光学特性。
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