（物理电子学专业论文）gaas基高密度inas量子点材料制备与表征.pdf

长春理工大学硕士学位论文原创性声 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文( ( g a a s 基高密度i n a s 量子点材料制 各与表征是本人在指导教师李林老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成 果- 除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：丞趟兰! l 年l 月2 生r 长春理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士学位论文版权使用 规定”，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕士学位 论文全文数据库和c n k 系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学位沦文 的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：趟 i 型l 年三月2 生日 导师签名：趣2 1 且年：l 月! 坐日 气v jj 0a v、洲 、v 摘要 近年来，由于量子点具有其它体材料所不可比拟的优越性，越来越被人们关 注，所以量子点材料的制各和性质的研究，是当今社会最前沿的科学技术，尤其 是i i i v 族体系的一些材料具有非常广阔的应用前景，需要人们不断去探索。本文 是利用m b e 生长技术制备高密度g a a s 基l n a s 量子点材料，首先详细的介绍了 m b e 的具体设各，分析了对量子点形成的影响因素，利用原子力显微镜( a f m ) 和扫描电镜( s e m ) 等手段研究了生长条件、生长温度、生长速率、沉积厚度以 及砷压对量子点的面密度，平均高度，表丽形貌等一些性质的影响，并给出了合 理的解释。利用光致发光谱( p l ) 研究了温度和激发功率的变化对 n a s g a a s 量 子点材料发光特性的影响。叉提出，应变层中i n 的组分对量子点的均匀性及发光 波长的影响，并对影响规律给出了理论解释， 关键词：l n a s 量子点高密度发光特一| 生应变层 a b s t r a c 丁 r e c e n l l yq u a n t u md o tl sc o n c e m e dm o r ea n dm o r e b e c a u s ei th a si n c o m p a r a b l e a d v a n t a g ec o m p a r e dw i t hb u l km a t e r i a l ss t u d yo nt h ef a b r i c a t i o no f q u a n t u md o tl st h e m o s tf o r w a r ds c i e n t i f i ct e c h n o l o g ya n de s p e c i a l l y1 i i vg r o u pm a t e r i a l sh a sv a s t p r o s p e c t s ，w h i c hr e q u i r e su st oe x p l o r ec o n t i n u o u s l y i n t h i sp a p e r w eu s em b e g r o w t ht e c h i q u e st of a b r i c a t eh i g hd e n s i t yi n a s g a a sq u a n t u md o tm a l e r i a l s i ts h o w s t l m tad e t a i l e di n t r o d u c t i o na b o u tm b ed e v i c e a n a l y s i so ns o m ei n f l u e n c i n gf a c t o r so f q u a n t u md o t ，t h e e f f e c t so f g r o w t ho n d i t i o n s + g r o w t ht e m p e r a t u r e ，g r o w t h r a t e d e p o s i t i o n a lt h i c k n e s sa n da sp r e s s u r eo i la v e r a g eh e i g h t s u r f a c em o r p h o l o g ya n d o t h e rs o m ep r o p e a i e sf u r t h m o r e i tg i v e sc o r r e s p o n d i n ga n da p p r o p 打a t e e x p a n a t i o n t h i sp a p e ra l s os t u d y st h a tv a r i a t i o no f t e m p e r a t u r ea n de x c i t i n gp o w e rh a ss o m ee 舶n s o np h o t o l u m i n e s c e n c ep r o p e n i e so f 】n a s g a a sq u a n t u md o tt h i sp a p e rp r e s e n t st h a t e r i e c to fl i tc o m p o s t i o nj ns t r a i n e dl a y e ro nu n i f o r m i t ya n dp h o t o l u m i n e s c e n c e p r o p e r t i e so f q u a n t u md o ta sw e l la se x p l a n a t i o na b o u ti n f l u e n c el a w k “w o r d s ：i n a sq u a n t u md o t h i g hd e n s i q o p t i c a lp r o p e r b s t r a i n e dl a y e r s 第一章绪论 目录 1 引占 2 半导体量子点的生长技术 3 应变自组装i n a s 6 a a s 量子点的生长原理 4 量子点材料和器件的发展现状 5 本章小结及其本论文安排 ， 第二章m b e 生长技术和材辩表征技术 2 1 分子束外延( m b e ) 简介 22 光致发光( p l ) 表征 23 原子力扫描显微镜( a f m ) 24 扫描电子显微镜( s e m ) 2 5 本章小结 ， 第三章高密度i n a s 量子点的外延生长 31 l 言 32 生长前设备的准各工作 33 量子点的生长过程 34 结果与讨论 35 本章小结 第四章i n g a a s 应变层对i n a s g a a s 量子点结构和光学性质的影响 4 1 引言 42 样品的制各和测试 43 实验结果和讨论 4 4 本章小结 结论 致谢 参考文献 ，0 0，m坫坫博卸虬挖船船必弘蛎；弛跖盯鹞 第一章绪论 11 引言 随着现代科学技术的按展，人们对客观世界的认识进入了一些新的领域，不 再是看外在的，更喜欢从其本质、内在的因素分析它。随着制各技术的完善和检 测方法的多样化，人们的研究视野开始从宏观材料的结构、性质转到了敞现科学 技术。纳米技术的形成与纳米材料的制各是介于宏观和微观( 原子和分子) 的纳 米量级材料延伸。纳米材料的出现，是2 0 世纪物理学l 的重大突破，为材料科学 的进步奠定了坚实的基础，是人类科技发展史上的又一座重要的里程碑它所带 来的影响将有可能完全改变人类的生存环境，造福子孙后代。 纳米半导体材料被称为“人工半导体材料”。具有与三维体材料不同的性质， 有自己独特的优越性口】。随着材料维度不断的被限制和材料结构改变特征尺寸也 越来越小，表现出明显的是量子干涉效应、量子尺寸效应、库怆阻塞效应、量子 遂穿效应、非线性光学效应以及表面、界面效应等p 】。这些效应进一步阐释出纳米 半导体材料的独特特征，奠定了纳米材料构成新一代量子器件的基础。如具有量 子效应的微米以及纳米电子器件和光电子器件，它们以其固有的超高频、超高速、 超高效率、超高集成度、非常低的损耗和极低的闽值电流密度、极高的调制速度、 超高量子效率、极高的特征温度和极窄线宽以及较小的建耳平均功耗等特点t 在 未来光予学、电子学和光电集成等方面应用前景十分广阔，这方面的研究必将带 动整个技术的革命，各国的政府相关部门、科研院所、大学以及社会企业逐渐开 始对其关注与研究。 品格常数( a 留ii 适台i3p m 激光器应用的珊一v 族舍金半导体中晶格常数和带隙能量的关系 一专一蚓拦送靼 我们简单回顾一下适合1 3 a m 激光嚣生产和g a a s 基上形成外延结构的方法。 已经有三种毛要途径可以在g a a s 衬底上实现激射波长13 u m i n g a a s 和g a a s s b 量子阱，g a l n a s n 量子阱，l n a s g a a s 量子点。图11 所示为几种i i i v 族二元化 合物及他们的化合物晶格参数和带隙能量，他们很可能用来制作l3 u m 激光二极 管的有源区1 4 1 。这些材料包括已经有深入研究的h a g a a s p 四元化合物在i n p 衬底上 的生长，这种材料曾是第一种适合1 3 “m 激射器的材料系统。l n p 盖层禁带宽度在 室温下大概是l3 4 e v ，13 1 a ml n g a a s p 量子阱为o9 5e v ，他们仅差03 9e v 但还 是有两方面是不同的：一方面是盖层波导和波导量子阱的异质结，另一方面是在 导带和价带问的不连续性。( 1 n g a a s p 材料的) 这些能带偏移和折射率变化密切相 关，也使高光限制因子r 和波导区载流子的低温很难同时实现。这导致了13 9 m l n g a a s p 激光器特征温度很低，t o 大约是6 0 k 。使用i n g a a i a s 可以使t o 有所改 善，能提高到9 0 1 1 0k i q 这是由于其具有更大的e c a e v 比以及i n a i a s 盖层更 宽的禁带宽度。 在砷化镓衬底上制备1 3 0 0 n m 1 5 5 0 n m 铟砷铟镓砷量子点激光器之所以会引起 人们极大兴趣，此波段的半导体激光器件正被人们广泛的应用在中远程的光纤通 信中。另外砷化镓衬底的成本要比铟磷衬底成本低得多。并且相对成熟量子点探 测器与量子阱探测器来说生长技术相对应的工艺具有非常多优点如在探测过程 中可以吸收垂直入射光，这是量子点探测器独有的特点。并且探测效率非常的高， 可以在很多种环境下工作等。所以各国对量子点红外探测器的研究进入了一个飞 速发展的阶段并进行深入细致的研究，己被列为重点扶持技术。在国内的研究中， 由中国科学院半导体研究所王占目院士领导的研究小组利用量子点的非均匀展宽 研究制造了量子点超辐射管。输出光谱发生非均匀展宽，这对激光器的制作是 项不利的因素。宄其原因主要是由于自组织量子点固有的尺寸非均匀分布特性所 引起的。但超辐射发光管对实现宽光谱的超辐射输出却是非常有利的，原因是由 于其宽的光谱输出特性和较高的输出功率，量子点的尺寸非均匀性。此外各国的 科研小组在探索与发展量子点的应用领域方面投入了大量的人力、物力与财力。 12 半导体量子点的生长技术 半导体材料量子点的生长制各大致有三种相对成熟的方法【6 】：一种是对量子阱 结构进行光刻蚀，即量子阱刻蚀技术；另一种是对半导体异质结构( 如g a a s a i g a a s ) 形成的二维电子气施加负电压，加入负电压后将耗尽栅极下面的电子，因此被隔 开的栅极包围的区域和二维电子气就孤立的形成种岛屿状的二维量子点结构， 其中藕合量子点结构的制各就是通过这种方法得以实现的；第三种方法是利用两 种半导体材料之间存在一定的晶格失配问题，通过这种失配关系来制各自组织结 构的量子点。不同方法所制各的自组织量子点，可以得到不同形状的量子点。比 如有柱形量子点、园盘形量子点、箱形量子点、球形量子点、六角形量子点以及 球冠形量子点等n 两种半导体材料的量子点之间如果存在非常薄的异质结结构。那么就会产生 量子点之间相互耦合的现象，从而形成的量子点分子与天然形成的分子十分类似。 随着不同强度的量子点之间藕台，也形成了不同价键性质的量子点分子，有“离 子键”和“共价键”之分。其中离子键量子点分子中的载流子主要仅局限在单独 一个量子点中，而共价键量子点分子中的载流子则可以扩展到两个量子点中，量 子点是组成量于点分子的最小基元，如果把这种量子点基元按一定的结构进行周 期排列，就形成了量子点超晶格和量子点晶体结构，我们知道天然分子是固有的 天然结构，而量子点分子则可以进行人工物性裁剪挑选，通过筛选也可以设计适 当的量子受限模式对产生的量子效应进行控制，达到我们所需要达到的物理性质 与功能，所以统计力学和量子力学的一些基本原理都可以通过量子点分子表现出 的特殊现象，得到实验上的检验和理论上的澄清。 异质结外延成长过程中，由于异质结材料体系的晶格失配度和表面能、界面 能存在许多差异，存在着三种生长模式口1 如：即晶格匹配比较好的材料的生长方式 是二维层状( 平面) 生长( 即：f r a n k m e r w e 模式) ：存在大晶格失配和大外延层 表面能差异的材料的生长方式足三维岛状生长( 即：v o l m e r - w e b e r 模式) ，介于上 述两种生长模式之间的先层状生长进而过渡到岛状生长的s t r a n s k i k r a s t a n o w ( s k ) 模式。系统的界面自由能和晶格失陪情况直接决定在所给定的系统中究竟以何种 模式生长”i 。如图l2 三种主要模式示意图及其能量比w ( 衬底对薄膜) 和晶格失 配的关系定义 w - 【( m f s o s s ) 1 ( 1 1 ) 中f s 和中s s 分别表示薄膜与衬底和衬底与衬底原子间的势能。 在表面能之比等于l 的同质外延晶格匹配的异质外延中，是二维生长。如果 衬底材料的单位面积表面能小于外延层的单位面积表面能，外延层在沉底上就会 以三维模式形成立体的原子团结构【l “。当在晶格失配相对较大时的情形下，外延 层会在沉底材料上多以孤岛状形式生长。而对于具有较大的晶格失配但界面能却 很小的的系统来说，生长模式首先可以先逐层进行生长，但是当生长的外延层较 厚时，外延层之间就具有较大的应变能，为了降低总能量可以通过形成岛状结构 来实现，应变通过在岛状结构t 。1 1 含有失配位错来释放。这就是应变系统中的s k 生 长模式。 应变自组织量子点结构的制备大多都是利用s k 生长模式，s k 生长模式主要 适合具有晶格匹失配较大，而界面能却很小的异质结面的材料生长。s k 模式生长 分为三个阶段。第一阶段是二维平面生长过程只有若干个原子层厚t 这几层原 子层被称之为浸润层。随着浸润层厚度增加，界面的应变能也在不断增加，当浸 润层厚度达到某一个临界厚度k 。时，生长模式发生改变，由开始的二维平面生长 逐步转化为三维岛状生长。在三维岛状生长的最初阶段，形成的小岛结构只具有 纳米量级尺寸大小，此时小岛周围还没有产生位错。若将4 、岛用禁带宽度较大的 材料包围起来，高禁带宽度对小岛中的载流子具有极强的限制作用。这时高为几 个纳米，直径大约是几十纳米的小岛通常称为量子点。在重复上述的生长过程上， 生长出的单层量子点经过不断的积累即可获得量子点超晶格结构i 。i 。用m b e 技术 外延生长量子点时，用反射高能电子衍射仪通过衍射斑点形状的变化( 由线状到 点状) 来直接控制量子点的形状。但是这种方法也存在缺点：比如由于量子点在 浸润层上成核是无序的，因此难以控制其形状、尺寸、密度、分布均匀性和有序 性。 寥 ls 。眦一。横式 荔 一勰 愈 荔劢”嬲缈， 蓍“ 一，一_ 一， t2 34 5 1 0 。一n ，a 。r ) 。 v o l m e r w e b e r 基式 岛状牛长 属瓠d 裔h 图i2 三种主要模式示意图及其能量l g w ( 衬底对薄膜) 和品格失配的关系 13 应变自组装i n a s g a a s 量子点的生长原理 量子点的应变自组装生长通常被认为是异质外延的s k 生长模式。当铟砷外延 层的醇度达到某一临界厚度h 时，3 d 铟砷岛就会在提润层上形成，这过程称 为s k 转变i j “。传统的s k 生长模式认为3 d 岛的形成是由错位引起的：层状生长 的外延薄膜会产生位错，继续沉积的外延材料在位错处形成3 d 岛。 i u a s 量子点 9i e 三；三= 三三己i 约- ，、i n ， ；茹层”3 ig n ，( n n 衬底 图i3s k 模式下量子点的生长过程 图l3 在g a a s 衬底上生长铟砷是一种典型的s k 生长模式。锢砷村料和砷化 镓材料的晶格失配度为75 ，相对较大。目前月分子柬外延、金属有机物化学气 相沉积等设备在g a a s 衬底七生长自组织锢砷量子点、量子线结构，是s k 生长模 式的最好体现。 在特定的生长条件下，当铟砷层的厚度小于一个单层时，铟砷分子就会逐渐 集聚、镶嵌在砷化镓基衬底材料中，逐渐形成点状、线状分子集台体。当铟砷外 延生长厚度超过一个单层但是小于临界厚度( 15 - 17 m l ) 时，就会形成铟砷砷化 镓超薄应变量子阱结构【1 ”。当镏砷生长厚度超过临界厚度时，其结构将转变为一 层浸润层和在它上面的岛状结构，这种岛状结构就是我们所说的铟砷量子点。大 多数研宄表明镏砷材料的自组织量子点结构一般为锥体形状或金字塔形状，被重 构的晶面所包围形成了量子点的例表面i l 。 131 晶格匹配与临界厚度的关系 在异质外延中，压力和应变驰豫在确定外延的结构和电性质扮演r 一个重要 角色。2 0 0 7 年l i u 在文献里面给出关于异质外延中晶格匹配与阶层厚度之间的关 系最简要的解释5 1 。 对于品格失配的外延层生长它存在一个临界厚度，使层状生长发生突变， 变成岛状生长。这种位错可以使在成核过程中位错的线位移弯曲，这个厚度被称 为位错段的临界厚度。以m - b 模型可知，在这个模型中，在失配应力作用下线位 移的延伸形成位错，临界厚度的大小可以认为是由位错应力决定的。这个力为用f 。表示，对于线位移主要是由于位错应变力产生的用f l 表示。如图l4 所示位移变 换的三个阶段已经被表示出来。 b 图14 在mb 模型结构中不同应变屡厚度的三个阶段 从图14 a 看出：当f 2 f i 线位移的弯曲程度将变延伸。 通过平衡线位错所产生的力”，可以确定临界厚度的大小。对于各向同性并 且有相同的弹性系数结构，就有： f 。= 2 g ( 1 + v ) b h8c o s l - v 1 ( 12 ) f l = g b b ( 1 - v c o s c o s ) ( 崦1 1 ，b + 1 ) 4 ( 1 - v ) ( 13 ) 注g 是层a 与b 之间的剪切常量。 v ：柏松比； b ：晶格矢量： h ：应变层厚度： ：柬配应变； x ：柏矢斯和错位线之间的夹角。 在f 。= 2 f ，时被认为是双异质临界厚度h c h c - b ( 1 v c o s c o s ) ( l n h e b + 1 ) 4n 疗1 + v ) c o sx ( i4 ) f 是晶格错配数对于单异质临界厚度h c 可以认为f ，= f l 。 132s k 生长时的应变驰豫 在s k 生长过程中，随着生长厚度的增加不同阶段弹性形变能起到不同的作 用。成岛前，量子点的生长厚度小于临界厚度时，生长模式是二维生长，外延层 处于均匀应变状态。2 d 到3 d 生长转变是在失配的外延层厚度不断增加时所形成 弹性能的驰豫的情况下造成的。如图l5 所示，成岛以后，岛的侧面均处于自由状 态，岛内的弹性形变能可以沿着岛的横向发生有效的驰豫，所释放出来的弹性势 能大于表面能的增量所以总能量下降，岛内就不会常数失配位错。在异质界面 附近 h a s 岛的横向晶格常数需要与衬底的晶格常数保持一致，从岛的底部到顶部， j n a s 的横向晶格常数逐渐增大与应变未驰豫相比，岛沿着横向向外扩张，并挤 压衬底，岛底部的衬底材料受到张应力，横向晶格常数增加，而浸润层受到压应 力，此时，岛和衬底都处于非均匀应变状态。所以由于岛的生长过程消耗了部分 浸润层，在s k 转变后，浸润层的厚度小于临界厚度。需说明的是，这种2 d 到3 d 的转变不仅在铟砷砷化镓材料体系中存在，在其他i i i v 族化合物如铟砷锢磷等 材料体系、一族锗，硅以及异族铟砷，硅体系中也存在。 盐硷 图15s k 生长过程的应变驰豫 133 量子点的形状、尺寸及表面分布 量子点的形状，尺寸及表面分布对于量子点激光器的模型设计结构和光电装 置部是非常的影响，如图】6 所示a f m ，s e m ，s t m t e m 是测量半导体材料结 构及其性质的装置。这几种设备能大量记录岛的形状，生长中沉积材料的有效厚 度、尺寸、高度以及平面分布等一些相关信息。对于量子点材料的表征可以用 r h e e d 直接在生长时监测，也可以间接的用光致发光( p l ) 对量子点材料进行测试， 比较量子点的好坏。首先，跟据生长前和生长过程中的r h e e d 图像，可以知道表 面及生长状态的优劣，来判断和决定外延生长是否需要继续，p l 光谱可蛆得到所在 位置量子点的尺寸和相关信息，q d 尺寸变大和应变层的增加导致p l 线出现红移， 光谱的展宽直接与q d 尺寸宽度分布有联系。 图l6 量子点的1 叫【a ) 垂直耦合量子点结构材料的截陆1 叫照片 ( b ) i n s 量子点结构材料的a f m 囤 14 量子点材料和器件的发展现状 2 0 世纪5 0 年代末，著名物理学家理查费因曼把生产装置逐步地缩小理论的 提出，以至现在直接由人们自己排列原子原子的分布制造所需的产品i l ”。6 0 年代 中期起，人们开始着重并有效地对分单个的纳颗粒子进行研究。7 0 年代末，德雷 弱 克斯勒成立了“纳米科技研究组”。1 9 9 0 年7 月第一届国际n s t ( 纳米科技) 会议 在美国巴而的摩召开，标志着纳米科学技术的研究飞速的发展【i ”g a a s 基材料系统 的研究是由k o n d o w 通过引人l n g a a s n 材料最先发起的( k o n d o w 等1 9 9 6 ) 。 2 0 0 5 年，吴巨，王宝强等人研究出用分子束外延生长的方法来制备i n a s g a a s 量子点。这种方法主要是先在g a a s 得基体上沉积两层l n a s ，通过调解第二层i n a s 的沉积厚度，从而达到控制量予点的发光波长，见图17 m b e 结构图。用此方法得 到的i n a s g a a s 量子点的性质特别稳定，而且可重复性高。用光荧光谱( p l ) 来 测它的发光波长从图18 中可以看到它的发光波长能够在i2 3 微米到13 1 微米 之间，调节i n a s 层的m b e 生长温度来达到精确控制量子点”。 1 2 c ? ： 8 。 v 箍4 0 o 圈i7 材料的m b e 结构图 被长( 纳米) 图18l r l a s g a a s 量子点的p l 发光谱图 2 0 0 6 年牛智川、方志丹等人也成功制各了1 3 微米高密度量子点结构，主要 是通过控制分子束外延生长条件来实现的，量子点的组分是用单原子层交替生长 来控制的。用a f m 观察形貌结构，在室温测试了光荧光谱图( 如图l9 ) 从圈中 可以看出实现了i n a s g a a s 自组织量子点材料室温下的l3 微米波段的高强度发 光。如图l 】o 所示，量子点的面密度可以达到4 】0 “y c m ，实现了高密度“。 g 珊 牦 出 v 剖 嚼 米 粼 米 波长( 微米) 圈19 13 微米高密度量子点的p l 谱 图【i oh t a s g a a s 自组织量子点a f m 圈 2 0 0 8 年刘宁、金鹏、王占国制备了长波长i n a s g a a s 量子点材料如图11 1 所 示，他们提出了材料结构简单、有效，便于对外延生长过程的控制。该论文的核 心是采用多周期量子点的结构，多周期量子点是为了增加量子点的发光波长，同 时增加量子点的体密度，从而提高材料的发光强度。图11 2 就是长波长l n a s g a a s 量子点材料室温光致发光谱图，从图中可以看出发光波长达到了13 微米，发光强 度很大，但是谱线的半峰宽很宽，说明生长量子点不均匀。它比较适用于长波长 量子点激光器等半导体光电子器件有源区结构的设计制作” 0 图ii i 长波长 n a s g a a s 量子点结构示意图( 1 ：代表g a a s 缓冲层：2 ：代表g a a s 间隔层；3 代表l e a s 量子点；4 ；代表g a a s 盖帽层；5 ：代表村底层) 趔 矗 静 出 、 魁 嘲 鬟 瓤 波长，措米 图l1 2 长波长l n a s g a a s 量子点材料室温p l 图 2 0 0 8 年，粱凌燕，叶小玲，金鹏等人研制出一套控制自组织l n g a a s 量子点成 核的生长方法。他们主要是采用引入超薄a l a s 层，是在生长量子点的过程中 i n g a a s 村料从层状生长到岛状生长( 2 d - 3 d ) 转变的临界厚度附近引入超薄层。 用过这种方式提供了一种改变自组织i n g a a s 量子点成核机制的新方法为控制量 子点的尺寸、形状和密度等提供了个新的可调参数，图1 1 3 为结构示意图。图 】j 4 为低温荧光光谱示意图，通过提高自组织i n g a a s 尺寸分布的均匀性，对实现 低密度量子点的生长条件的可选择范围进行拓宽。室温下发光波长也达到了13 微 米左右口2 i 。 f i 龟 f 黄= 层铟霞砷 八八八八八八八 一 1 酬 i 竺l1 第一层铟藩砷 t 缓冲层 l 塑 圈ii3 结构示意图 坡长( 岫) 围i1 4 低温荧光光谱图 2 0 0 9 年，杨涛，季海铭等人在前人的基础上研究出了关于高性能i n a s g a a s 量子点材料有源区的外延生长方法。这种方法是通过适当调低i n a s g a a s 量子点 覆盖层初始部分的生长温度，实现改进量子点有源区的发光效率从而达到对量 子点器件的性能进行改变。从图1 1 5 中可以看到盖层初始部分包括：l n g a a s 覆盖 层和g a a s 覆盖层：覆盖层初始部分的厚度畸 5 0 0 c ) i n 的扩散长度增加，但是i n 的迁移还未彻底，量子点并未完全成型，因此形成了许 多较小的量子点，此外i n 在较高的温度时会产生较严重的脱附，也可能使得量子 点的尺寸减小，造成量子点能级的移动，荧光波长蓝移；二是较高的温度下i n 的 网 图32 在沉积速率为00 1 m l s ，沉积厚度为23 m l 下的随温度变化的a f m 图 ( a ) 4 8 0 ：( b ) ：5 0 0 ：( c ) ：5 2 0 表3 - l l n a s 量子点在不同温度下面密度和平均高度的值 342 沉积厚度对量子点的影响 图3 3 是在生长温度为4 8 0 。c ，生长速率为o0 1 原子层每秒的生长条件是随 着沉积厚度的变化对应量子点的面密度和高度的变化图。从图3 3 中可以看到，厚 度由19 5 m l 2i o m l 时，量子点的密度几乎成线性增长，但量子点的高度有所降 低。在当沉积厚度 2i m l 时，量子点高度有所下降，在此生长条件下量子点的密 度不在迅速增加，处于一个平稳状态。在增加沉积厚度，随着量子点厚度的增加 可以看到形成了许多较大的巨大量子点，其横向尺寸达到了数百纳米。这些大点 会形成许多缺陷，当降低 a s 淀积量后，这些巨大量子点的密度随之减小，量子 点会变得更均匀。之所以选择生长25 m l 厚的量子点，因为在25 m l 厚的时候， 量子点密度很高，量