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外场条件下InAs/GaAs量子点的荧光光谱研究

2020-12-08阅读(789)

外场条件下InAs/GaAs量子点的荧光光谱研究

论文摘要

1833年英国科学家法拉第发现了硫化银的半导体性质-其电阻随着温度的上升而降低,从此揭开了人们对半导体材料的研究。半导体技术的研究与发展对人类社会产生了深远影响,而具有高稳定性、高可靠性的单光子源对量子通讯技术的发展至关重要。基于分立半导体自组织量子点的单光子源是很好的选择,它具有高亮度、窄线宽、短寿命、易于集成等一系列优点,因此具有重要的科研价值和广泛的应用前景。随着生长工艺的不断发展,以砷化铟/砷化镓（InAs/GaAs）为代表的第二代半导体自组织量子点单光子源的制备已趋于成熟。它属于直接带隙半导体材料,具有较高的发光效率和电子迁移率,可以用来制作高性能的微波、毫米波器件,在卫星通讯、光通讯等领域具有广泛的应用。目前制备InAs/GaAs自组织量子点的方法主要是分子束外延（MBE）,通过精确控制生长工艺与生长参数来制备高质量的样品。另一方面在量子点器件的使用过程中,不可避免的会遇到各种环境要求,如高温焊接,位置固定,集成组装等,这将对量子点的性能产生一定的影响,学者对该问题保持着持续的关注和研究。但对样品发生形变后光学性质的研究少之又少,而在量子点器件的加工过程中样品形变是难以避免的,因此研究量子点样品在发生形变后的光学性质具有重要的科研价值。本实验使用的样品是在GaAs衬底上采用MBE生长工艺制备的InAs/GaAs量子点样品。首先,使用原子力显微镜（AFM）对所有的样品进行表面形貌测试,得到样品表面量子点的尺寸与密度分布。接着使用共聚焦拉曼光谱仪测量所有样品室温下的拉曼光谱（Raman谱）和不同温度下（90k-300k）的光致发光光谱（PL谱）,发现随着测试温度的升高,样品对应的谱线发生红移且光谱强度降低。另外还研究了激发功率对样品荧光光谱的影响,发现随着激发功率的增加,样品的PL谱线位置发生了微弱的红移,谱线的强度明显增加。最后在测试温度与激发功率合适的情况下,选择光谱信号较好的样品,测量对样品施加微小应变后（0.5%）的荧光光谱图像,并与无应变下样品的光谱进行对比,发现衬底对应的PL谱线峰位发生微弱的蓝移,而浸润层对应的谱线峰位没有变化,但是它们对应的谱线强度增强,量子点对应的谱线发生微弱的蓝移,其发光强度降低。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景
  •   1.2 GaAs、InAs材料的物理特性
  •     1.2.1 GaAs材料的物理性质
  •     1.2.2 InAs材料的物理性质
  •   1.3 GaAs、InAs材料的能带结构
  •     1.3.1 GaAs材料的能带结构
  •     1.3.2 InAs材料的能带结构
  •   1.4 半导体量子点
  •   1.5 压电效应和压电光电子学
  •   1.6 本论文的研究内容及创新性工作
  • 第二章 外延生长理论和外延生长表征设备
  •   2.1 外延生长理论
  •   2.2 外延生长设备
  •     2.2.1 分子束外延（MBE）
  •     2.2.2 金属有机气相外延（MOCVD）
  •   2.3 材料表征设备
  •     2.3.1 原子力显微镜（AFM）
  •     2.3.2 拉曼（Raman）光谱仪
  •   2.4 本实验样品的生长工艺
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 InAs量子点样品的表面形貌与光学性质
  •   3.1 InAs量子点样品的AFM图像
  •   3.2 InAs量子点样品的Raman图像
  •   3.3 InAs量子点样品的PL谱
  •     3.3.1 测量温度对InAs量子点PL谱的影响
  •     3.3.2 激发功率对InAs量子点PL光谱的影响
  •     3.3.3 应变对InAs量子点PL光谱的影响
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 InAs/GaAs量子点和GaAs量子点样品的表面形貌和光学性质
  •   4.1 InAs/GaAs量子点和GaAs量子点样品的AFM图像
  •   4.2 InAs/GaAs量子点和GaAs量子点样品的Raman光谱
  •   4.3 InAs/GaAs量子点和GaAs量子点样品的PL谱
  •   4.4 分析总结
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 总结与展望
  • 参考文献
  • 攻读学位期间取得的研究成果与参与科研的项目
  • 致谢
  • 个人简况及联系方式

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 樊磊磊

    导师: 宿星亮

    关键词: 砷化铟,砷化镓,原子力显微镜,光致发光,拉曼光谱,应变

    来源: 山西大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学

    单位: 山西大学

    分类号: O471.1

    DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.001027

    总页数: 61

    文件大小: 5572K

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