1、由于半導體量子點具有零維電子特性，它不僅成為基本物理研究的重要對象，也成為研制新一代量子器件的基礎。正因如此，量子點材料及器件成為目前國際上最前沿的研究課題之一。GaAs基InAs自組織量子點因其成本低廉、器件工藝成熟，成為替代InP基材料、制備光纖通信用1.3-1.55μm發(fā)光激光器的熱門材料之一。本文采用分子束外延技術(shù)制備了高質(zhì)量的GaAs基InAs自組織量子點材料。利用原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、變溫及時間分

2、辨的光致發(fā)光譜(PL)等手段，分別研究了InGaAs應變層(指在InGaAs層上生長量子點，下同)、InGaAs蓋層、InGaAs/InAlAs聯(lián)合蓋層、InGaAs/GaAs量子阱和多層生長等多種結(jié)構(gòu)對量子點材料光學性質(zhì)的影響，取得了以下主要結(jié)果： 1.原子力顯微鏡(AFM)測量結(jié)果表明，與在GaAs層上直接生長InAs量子點相比，引入In0.1Ga0.9As應變層，可以有效地釋放量子點中的應變，使量子點的密度顯著增大。當In

3、As淀積厚度較小時，量子點連在一起，形成了具有強烈耦合效應的量子點串結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的變化導致量子點PL峰強烈紅移，室溫發(fā)光波長達到1.3μm以上。 2.首次系統(tǒng)研究了量子點發(fā)光壽命與量子點的密度、尺寸以及溫度變化的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在溫度低于50K時，量子點的發(fā)光壽命基本不隨溫度變化；高于50K，發(fā)光壽命隨著溫度升高首先增加，溫度升高到某一特定溫度TC后，開始減小。我們認為，量子點發(fā)光壽命同時由內(nèi)在因素和外在因素決定，其中內(nèi)因主要是指輻

4、射復合，而外因包括載流子熱發(fā)射、遷移、非輻射復合等。決定量子點輻射復合壽命的根本因素是量子點內(nèi)電子-空穴躍遷振子強度：即躍遷振子強度越大，其輻射復合壽命越小，反之亦然。不同量子點之間載流子波函數(shù)的交疊，減弱了激子的相干性使量子點發(fā)光壽命增大，同時也增強了載流子從尺寸較小量子點到尺寸較大量子點的遷移過程。這也是導致量子點發(fā)光壽命具有不同的尺寸效應的根本原因：當量子點密度較小時，發(fā)光壽命隨量子點尺寸增大而減??；而當量子點密度較大時，發(fā)光壽命

5、隨量子點尺寸增大而增大。隨著溫度進一步升高，從勢壘層及浸潤層弛豫到量子點中的載流子數(shù)目增加及載流子在不同量子點中的遷移與擴展，導致量子點發(fā)光壽命增大。當溫度高于TC時，熱發(fā)射、非輻射復合導致量子點發(fā)光壽命隨著溫度升高而減小。 3.采用變溫光致發(fā)光譜和時間分辨譜等手段，系統(tǒng)地研究了InGaAs/InAlAs蓋帽層對GaAs基多層InAs量子阱的穩(wěn)態(tài)及動態(tài)發(fā)光特性的影響。發(fā)現(xiàn)多層生長的方法可以改善量子點尺寸的均勻性，提高InAs量子

6、點材料發(fā)光的溫度穩(wěn)定性。InGaAs蓋帽層使多層生長量子點具有更長的發(fā)光波長和更窄的譜線，是由于載流子在不同量子點間的遷移效應減弱。利用InGaAs/InAlAs聯(lián)合蓋帽層可以更有效地緩沖量子點中的應力和抑制In組分的偏析，使InAs量子點的發(fā)光進一步向長波移動(窒溫1337nm)。同時，聯(lián)合蓋帽層可以提高量子點對載流子的限制勢壘，提高量子點的發(fā)光效率。 4.研究發(fā)現(xiàn)，在InGaAs/GaAs量子阱中生長InAs量子點樣品，可以

7、同時具有應變層和蓋帽層的優(yōu)點，更有效地緩沖InAs量子點中的應力，提高量子點的生長質(zhì)量，從而可以在室溫下探測到較強的發(fā)光信號。與直接在GaAs襯底或者在InGaAs應變層上生長相比，阱中生長模式可以使發(fā)光向長波長移動(窒溫達到1318nm)，半高寬減小(最大的半高寬為38meV，最小的半高寬只有25meV)。 5.通過在InAs/GaAs量子點上覆蓋GaAs/InAs短周期超晶格，獲得了室溫發(fā)光波長在1.48μm的發(fā)光材料，該發(fā)