资源描述：
《自组装inas_gaas量子点材料和量子点激光器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、中国科学(A辑)第30卷第7期SCIENCEINCHINA(SeriesA)2000年7月*自组装InAsGaAs量子点材料和量子点激光器王占国刘峰奇梁基本徐波(中国科学院半导体研究所,半导体材料科学实验室,北京100083)摘要利用分子束外延技术和Stranski_Krastanow生长模式,系统研究了In(Ga)AsGaAs,InAlAsAlGaAsGaAs,In(Ga)AsInAlAsInP材料体系应变自组装量子点的形成和演化.通过调节实验条件,可以对量子点的空间排列及有序性进行控
2、制,并实现了InP衬底上量子点向量子线的渡越.研制出激射波长=960nm,条宽100m,腔长800m的InAsGaAs量子点激光器,室温连续输出功率大于1W,室温阈值电流密度218A2cm,0.53W室温连续工作寿命超过3000h.关键词量子点空间有序量子点激光器新型固态电子、光电子器件的发展依赖于半导体低维量子结构材料的发展.人们在追求更新、更小、性能更优越的量子器件的研究中发现,为了更好地按需对材料(及相应的器件)进行人工剪裁,仅在一个维度上对载流子实现限制常常是不够的.如在侧向共振隧穿器件、
3、单电子输运以及量子干涉器件等,都要求对载流子在侧向实现限制.这要求在二个或三个维度上对载流子实现量子限制而构成一维量子线或零维量子点.初期量子点的制备是利用光刻技术在二维异质结构材料上形成图案,通过湿法或干法刻蚀得到纳米尺寸的三维限制结构.由于该方法制备的量子点横向尺寸远比纵向尺寸大,界面损伤严重,致使相关器件的研制进展缓慢.后来,人们借助于图形衬底上的外延、解理面二次外延等方法制备量子线、量子点,但该类方法的缺点是难以制备高密度的低维结构材料,且存在严重的质量退化.近几年来,利用StranskiKrastano
4、w(SK)应变自组织生长模式原位生长量子点取得突破性进展.类似于水蒸气在玻璃片上凝结成小水珠,在MBE或MOCVD外延高应变材料SK生长模式的过程中,外延生长最初是二维层状生长,随着外延层厚度的增加产生应变积累,导致在临界厚度时外延层由层状生长转变为岛状生长以便降低系统能量(岛状结构通过弹性形变释放应力),形成了纳米量级尺寸均匀的无位错小岛.这种自发形成的小岛被用于[1~3]半导体自组装量子点结构材料,它在大功率半导体激光器、光纤通讯以及光计算等方面有着广泛的应用前景.理论预言量子点激光器与量子阱激光器相比,具
5、有更低的阈值电流密度,更[4]高的特征温度,更高的微分增益和更宽的调制带宽.目前,人们已经实现In(Ga)AsGaAs量子点激光器的室温连续激射,在降低阈值电流方面已取得了很大进展,多层耦合In(Ga)AsGaAs2[3]量子点激光器的阈值电流密度已降至60Acm,然而在提高量子点激光器输出功率方19990901收稿,20000203收修改稿*国家自然科学基金资助项目(批准号:69736010)第7期王占国等:自组装InAsGaAs量子点材料和量子点激光器645面的进展却相对比较缓慢.1
6、自组装量子点的生长和表征11实验实验样品均是在Riber32pMBE设备上采用SK生长模式制备的,主要包括In(Ga)AsGaAs,InAlAsAlGaAsGaAs,In(Ga)AsInAlAsInP等量子点结构材料.在材料的生长过程中,利用反射高能电子衍射(RHEED)图形从线到点的转变来确定从二维生长到三维成岛生长(2D3D)的转变,对于InAsGaAs,这种转变发生在InAs覆盖度略小于1.6ML且转变非常迅速.利用原子力显微术(AFM)、透射电子显微镜(TEM)和光致发光(PL)等手段
7、对材料的结构和光学性能进行表征.样品分单层和多层量子点结构.用于TEM和PL测量的样品结构和生长条件如下:In(Ga)AsGaAs样品由300nm的GaAs缓冲层、In(Ga)As量子点层和50nm的GaAs盖层组成,GaAs和InAs层的生长温度和生长速率分别为600,0.67mh和500,0.16mh;而AlInAsAlGaAsGaAs样品则由200nm的GaAs缓冲层、200nm的Al0.5Ga0.5As垒层、AlInAs量子点层、50~80nm的Al0.5Ga0.5As垒层和10nm的G
8、aAs帽层构成,Al0.5Ga0.5As,AlInAs和GaAs层的生长温度和生长速率分别为620,0.8mh、530,0.2mh和600,0.75mh;In(Ga)AsIn0.52Al0.48AsInP样品由200nm的In0.52Al0.48As缓冲层、In(Ga)As量子点层和50~80nm的In0.52Al0.48As帽层组成,
