退火及铟含量对InGaAs量子点光学特性的影响
退火对CdSe量子点荧光影响的色度学研究
退火对CdSe量子点荧光影响的色度学研究胡炼;吴惠桢【摘要】制备出两种尺寸的CdSe量子点.结合色度学分析,比较了固化在PMMA 基质中两种尺寸CdSe量子点在退火中发生的不同变化以及相应光谱颜色的改变.小尺寸CdSe量子点在退火中有团聚的趋势,退火后荧光明显红移,如果退火温度超过一定范围,会产生显著的双尺寸分布效应,对应的色度坐标有从白光区域向上移动到绿色区域的趋势.较大尺寸的CdSe量子点,其热稳定性相对更好,退火造成荧光红移,对应绿色区域中的色度坐标有向右移动的趋势,但颜色改变不明显,因此更适合于发光显示方面的应用.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】7页(P610-616)【关键词】CdSe;量子点;退火;双尺寸分布;缺陷【作者】胡炼;吴惠桢【作者单位】江南大学理学院,江苏无锡214122;浙江大学物理系,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】O482.31半导体胶体量子点具有显著的量子限域效应，其光电特性随尺寸可调。
无机纳米晶量子点相对于有机发光材料而言，其化学性质更加稳定，具有窄的发光峰，是优秀的新型荧光材料，被广泛应用在基础研究与技术应用领域[1-6]。
Ⅱ-Ⅵ族量子点发光往往位于可见光波段，目前，量子点背光技术[1]已经被应用在新一代显示器上，商用产品已经陆续面世。
电子器件因为自身的散热以及工作环境等因素，不可避免地会工作在较高的温度状态。
作为新一代发光显示屏的基本原料，量子点的热稳定性是影响其应用的一个主要指标。
陈肖慧等[7-8]研究了ZnCuInS合金量子点以及基于CdSe核壳结构量子点的变温光致发光特性，并采用加热冷却循环的方式测试分析了量子点发光性质的温度依赖性。
退火处理也是研究材料热稳定性的一种基本方法，特别是在器件制作工艺中，退火处理往往是改善器件电学性质的一项必不可少的工艺流程[9-11]。
量子点材料在退火工艺处理后，其自身晶格性质、表面环境都会发生一定变化，从而导致量子点光学性质的永久性改变。
《界面处理调控InGaN-GaN多量子阱结构光学性能的研究》范文
《界面处理调控InGaN-GaN多量子阱结构光学性能的研究》篇一界面处理调控InGaN-GaN多量子阱结构光学性能的研究一、引言随着半导体光电子技术的飞速发展，InGaN/GaN多量子阱（MQW）结构因其独特的能带结构和优异的光学性能，在光电器件领域中得到了广泛的应用。
然而，其光学性能的优化与调控一直是科研领域的热点和难点。
界面处理作为影响MQW结构光学性能的关键因素之一，其调控手段及效果的研究显得尤为重要。
本文旨在探讨界面处理对InGaN/GaN多量子阱结构光学性能的调控机制及影响，以期为优化光电器件性能提供理论依据。
二、InGaN/GaN多量子阱结构概述InGaN/GaN多量子阱结构是一种典型的半导体异质结构，由交替排列的InGaN和GaN薄层组成。
其能带结构具有独特的梯度变化，使得电子和空穴在量子阱中发生有效的限制和复合，从而产生强烈的光发射效应。
然而，由于界面处存在悬挂键、电荷积累等问题，界面质量对MQW结构的光学性能具有显著影响。
三、界面处理技术及其对光学性能的影响界面处理技术是改善MQW结构光学性能的关键手段。
常见的界面处理方法包括：表面钝化、原子层沉积、等离子体处理等。
这些方法能够有效减少界面悬挂键、提高界面平整度、降低电荷积累等，从而优化MQW结构的光学性能。
（一）表面钝化技术表面钝化是通过在界面处引入一层介质层或原子层，以消除悬挂键和减少表面缺陷。
这种方法能够显著提高MQW结构的发光效率和稳定性。
例如，通过使用氢化处理（HCl或H2），将InGaN/GaN界面处的悬挂键进行饱和处理，能够有效提高光输出功率和发光强度。
（二）原子层沉积技术原子层沉积是一种利用气相化学反应在低温条件下实现高精度的原子层尺度沉积技术。
该方法可以在界面处精确控制薄膜厚度和组分，有效改善界面质量和减少电荷积累。
此外，通过选择合适的沉积材料（如高k介质材料），可以提高MQW结构的电子势垒高度和电子限域效应，从而优化其光学性能。
不同退火条件对PEALD制备的Ga_(2)O_(3)薄膜特性的影响
annealing in different annealing atmospheres, and the increase in the proportion of N2 in annealing atmosphere is beneficial to
the recrystallization of Ga2 O3 . Furthermore, the effect of annealing time was further studied under N2 atmosphere, and the
中图分类号:O47;O484(2021)05-0838-07
Effects of Different Annealing Conditions on the Characteristics of
Ga2 O3 Thin Films Prepared by PEALD
stabilize after annealing for 30 min, and the surface grain density no longer increases. In addition, the average transmittance
of the sample in the range of 400 nm to 800 nm is almost 100% , and the light absorption edge is steep. Annealing in N2
Ga2 O3 作为氮化镓半导体的外延衬底制作垂直结构光电器件也非常具有吸引力 [14-15] 。 尽管同质外延 Ga2 O3
薄膜获得了高导通电压和低漏电流的金属-半导体场效应晶体管 [16] , 但由于体材料衬底昂贵, 目前制备
Ga2 O3 薄膜多采用异质外延生长方法,制备方法主要有:金属有机物化学气相沉积( MOCVD) [17-18] 、分子束外
砷化铟半导体
砷化铟半导体
砷化铟（InAs）是一种III-V族半导体材料，是铟和砷的化合物。
它具有多种优异的半导体特性，包括高电子迁移率和较小的禁带宽度。
这些性质使得砷化铟在电子器件和光电子器件中具有重要的应用价值。
砷化铟的应用领域包括：
1.光电探测器：由于砷化铟具有较窄的禁带宽度，它对红外光具有敏感的特性，因此被广泛用于红外探测器和红外成像系统中。
2.高速电子器件：砷化铟的高电子迁移率使其在高频电子器件中有广泛的应用，如高电子迁移率晶体管（HEMT）等。
3.量子点：砷化铟也可以被用于制备量子点结构，这些结构在量子点激光器和单光子发射器件中有潜在的应用。
InGaAs红外探测器器件与物理研究
InGaAs红外探测器器件与物理研究本论文对InGaAs探测器的器件表征及器件性能进行了研究，主要分析了影响探测器暗电流及R<sub>0</sub>A的各种噪声机制，取得了如下结果： 1．从理论与实验两个方面对In<sub>0.53</sub>Ga<sub>0.47</sub>As探测器的I-V 特性进行了分析，结果表明在反向偏置低压区，产生—复合电流占主导地位，在反向偏置高压区，带带间隧道电流占主导地位。
研究了In<sub>0.53</sub>Ga<sub>0.47</sub>As探测器结面积和电极尺寸对探测器暗电流的影响。
探讨了In<sub>0.53</sub>Ga<sub>0.47</sub>As探测器反向偏压下暗电流的温度特性并对In<sub>0.53</sub>Ga<sub>0.47</sub>As探测器的R<sub>0</sub>A进行了分析，其中主要探讨了R<sub>0</sub>A随温度及i层载流子浓度的变化关系。
此外，对In<sub>0.53</sub>Ga<sub>0.47</sub>As探测器的均匀性进行了研究。
2．测试了扩展波长In<sub>0.6</sub>Ga<sub>0.4</sub>As，In<sub>0.7</sub>Ga<sub>0.3</sub>As和In<sub>0.8</sub>Ga<sub>0.2</sub>As探测器的光谱响应，C-V特性，I-V特性和R<sub>0</sub>A。
退火温度对LaAlZnO薄膜结晶特性的影响毕业论文
摘要ZnO薄膜由于具有优异的光学性能，成为近年来的研究热点。
氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带II-VI族化合物半导体材料，其室温下禁带宽度约为3.37eV，激子束缚能高达60meV，远高于室温下的热离化能(26meV)，ZnO中的激子能够在室温下稳定存在，并且可以产生很强的光致激子紫外发射，非常适于制备室温或更高温度下低阈值、高效率受激发射器件。
由于ZnO在结构、电学和光学性质等方面有很多优点，并且ZnO薄膜的制作方法很多，如磁控溅射(Magnetron Sputtering)、脉冲激光沉积(PLD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、喷雾热解(SP)、分子束外延(MBE)等，使其在光探测器、表面声波器件、透明电极、太阳能电池等光电子器件领域有很大的发展前景。
不同元素掺杂于ZnO，可以改善其光学性能。
而制备高质量掺杂的ZnO薄膜对于实现以上的这些应用具有重要意义。
本文按照一定配比制备了LaAlZnO靶材，并采用磁控溅射法在170W的溅射功率下制备薄膜样品。
对样品在不同退火条件下进行XRD测定。
讨论退火温度对原子间距和结晶性能的影响等性质的影响。
具体容如下：利用磁控溅射法在盖玻片衬底上沉积了LaAlZnO薄膜，生长温度为400℃,溅射后对薄膜进行了400℃、500℃和570℃退火处理。
利用X射线衍射(XRD)对薄膜进行测试，测试结果：LaAlZnO薄膜样品在500℃和570℃退火时具有良好的（002）C轴择优取向性。
在一定温度围随退火温度的升高，（002）方向的衍射峰强度逐渐增强，半峰宽逐渐变小，结晶度增大，晶粒尺寸逐渐增大，原子面间距减小（即晶格常量变小）,从而使晶体质量变好。
关键词：ZnO薄膜；磁控溅射；XRD；结晶性能；退火处理AbstractBecause ZnO films have excellent optical performance, so it becomes a popular topic in recent time. ZnO has attracted great interest for its wide band gap (3.37eV) and relatively large exciton binding energy (60meV) at room temperature (RT). It has been regarded as one of the most promising candidates for the next generation of ultraviolet (UV) light-emitting diodes (LED) and lasing devices(LD) operating at high temperatures and in harsh environments.Because of the advantages in structure, electrical and optical propertie as wel as various methods for synthesizing ZnO thin films, such as megnetron sputtering, pulsed laser deposition, metal-organic chemical vapor deposition, spray pyrolysis, molecular beam epitaxy.etc. methods, ZnO thin films have widely applications in photodetectors, surficial acoustic devices, transparent electrodes, solar cells and so on.Doping different elements into ZnO can improve the optical properties ,and preparation of high-quality doped ZnO films achieving these applications becomes more significant.This article prepareds LaZnO target in accordance with a certain ratio,and using magnetron sputtering method prepared film samples under the sputtering power 170W . The samples is measured by XRD under different annealing conditions. Discuss the impact of annealing temperature on properties of atomic distance and crystal properties,etc. The detailed contents are as follows:Use magnetron sputtering deposited LaAlZnO film on cover glass substrate,the temperature of growth is 400℃, after sputtered the fi lms were annealed on 400℃, 500℃ and 570℃. Test the films by X-ray diffraction (XRD) , the test results are: LaAlZnO film samples annealed at 500℃ and 570℃ have a good (002) C-axis preferred orientation. In a certain temperature range (002) diffraction peak intensity of the direction gradually increased with annealing temperature increased, FWHM becomes smaller, the crystallinity increases, Atomic space decreases(thelattice constant quantitative becomes small),so make the crystal quality for better.Key Words: ZnO thin films; RF magnetron sputterin; XRD;Crystallizatio;Annealin目录引言1第一章 ZnO薄膜概述21.1 ZnO的基本性质21.1.1 ZnO的物理化学性质21.1.2 ZnO的基本结构21.1.3 ZnO的能带结构31.1.4 ZnO的电学性质51.1.5 ZnO的压电性能51.1.6 ZnO的受激发射61.1.7 ZnO的气敏性能61.1.8 综述71.2 ZnO主要制备原理介绍71.2.1 磁控溅射(Sputtering)71.2.2金属有机物化学气相沉积(MOCVD)91.2.3激光脉冲沉积(PLD)91.3 ZnO主要表征技术原理介绍101.3.1 X射线衍射技术(XRD)111.3.2 霍尔效应13第二章实验过程142.1 实验仪器142.1.1 磁控溅射仪142.1.2 退火炉152.1.3 X射线衍射仪152.2 溅射实验过程162.2.1 衬底的清洗162.2.2 溅射实验步骤162.3 退火介绍172.3.1 什么是退火182.3.2 退火的目的182.3.3 退火在半导体技术的应用18第三章测试现象与结果分析183.1 分析原理183.2 LaAlZnO薄膜退火处理193.3 讨论与结果193.3.1 退火温度对薄膜结晶特性的影响193.3.2 退火温度对薄膜原子间距的影响203.3.3 掺杂元素对薄膜晶格常数的影响22 结论22参考文献23辞错误!未定义书签。
退火处理对ZnO晶体材料光学性能的影响
退火处理对ZnO晶体材料光学性能的影响冯魏良;黄培;王晓东;俞娟;张宜坤;王宝才【摘要】采用热液法制备ZnO晶体材料,分别在空气、N2和水蒸气条件下进行退火处理.采用扫描电子显微镜(SEM)、X线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)和荧光分光光度计(PL)考察不同退火处理对ZnO结构和光学性能的影响.结果表明:热液法制备的ZnO呈六角相棒状形貌,棒直径约为2μm,长度约为10 μm.经3种退火方法处理的样品的形貌和尺寸没有明显变化,取向性和结晶度都有所改善,透光率升高,光致发光近带边发射峰强度增大.相比ZnO体材料的紫外吸收(380 nm),处理后样品出现了轻微蓝移现象.初步探讨了不同退火处理方法改善ZnO晶体材料光学性能的机制.【期刊名称】《南京工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(037)004【总页数】5页(P6-10)【关键词】热液法;ZnO晶体材料;退火处理【作者】冯魏良;黄培;王晓东;俞娟;张宜坤;王宝才【作者单位】南京工业大学材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业大学材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业大学材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业大学材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业大学材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业大学材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009【正文语种】中文【中图分类】O611.62ZnO是一种宽禁带半导体材料,室温下禁带宽度为3.37 eV。
该材料在太阳能电池[1]、发光二极管[2]、纳米发电机[3]、激光器[4]、场发射晶体管[5]、光催化剂[6]及纳米生物传感器[7]等方面已得到广泛应用。
目前,制备ZnO晶体材料的方法有化学气相沉积法[8]、分子束外延法[9]、溶胶-凝胶法[10]、脉冲激光沉积法[11]和热液法[12]等。
退火工艺对基于InGaZnO薄膜晶体管性能的影响
退火工艺对基于InGaZnO薄膜晶体管性能的影响聂国政;黄笃之;钟春良;许英【摘要】铟嫁锌氧化物（IGZO）以其迁移率高、均匀性好、对可见光透明、制备温度低和成本低等优点被认为是金属氧化物薄膜晶体管（Thin-Film Transistor (TFT））理想的有源材料，采用磁控溅射法制备了基于SiO2绝缘层的IGZO-TFT 器件。
研究铟嫁锌氧化物有源层薄膜的前退火工艺（pre- annealing）和后退火工艺（post- annealing）对IGZO－TFT器件的电学性能的影响，其电学测试数据表明，相对于后退火工艺（post- annealing），前退火工艺处理的IGZO－TFT 器件的展示了更高的场效应迁移率（3.5 cm2V-1s-1）和更好的开关比（107）。
同时，十八烷基三氯硅烷（OTS）对改善SiO2绝缘层与铟嫁锌氧化物半导体有源层之间的界面接触效果显著。
【期刊名称】《湖南科技学院学报》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】3页(P19-21)【关键词】金属氧化物;薄膜晶体管;退火;表面修饰【作者】聂国政;黄笃之;钟春良;许英【作者单位】湖南科技大学物理与电子科学学院，湖南湘潭 411201;湖南科技大学物理与电子科学学院，湖南湘潭 411201;湖南工业大学理学院，湖南株洲412007;湖南科技大学物理与电子科学学院，湖南湘潭 411201【正文语种】中文【中图分类】TN321.5高性能的TFT(薄膜晶体管)是液晶显示、有源驱动有机发光二极管显示(AMOLED)等产业的基础和核心器件。
原有的硅基材料TFT由于其低的迁移率、生产工艺复杂、成本居高不下、均匀性差，良品率低等难以克服的问题，限制了其在大尺寸显示领域的进一步发展，因此迫切需要研究新的具有替代硅材料潜力的有源材料。
基于金属氧化物（Metal-oxide, 简称MO，如ZnO、InZnO、InGaZnO等）半导体的薄膜晶体管以其迁移率高、均匀性好、对可见光透明、制备温度低和成本低等优点被认为是适合驱动有机发光二极管（OLED）和高分辨率液晶显示（LCD）的理想有源器件[1, 2]。
InP量子点的掺杂及其光学性能
InP量子点的掺杂及其光学性能杨锁龙;王晓方;蒋春丽;赵雅文;曾荣光;王怀胜;赖新春【摘要】采用原位成核掺杂法合成了Li、Zn金属离子掺杂的InP量子点(分别记为Li∶ InP和Zn∶ InP),并研究了掺杂剂对量子点的结构、尺寸和光学性能的影响.研究结果表明,Li+、Zn2+掺杂的InP量子点结晶度较高且尺寸均匀.虽然Li+掺杂未引起InP量子点的结构发生变化,Li+未进入InP晶格,但是抑制了InP量子点的成核与长大,使其吸收谱和荧光谱均发生大幅度的蓝移.Zn掺杂同样也抑制InP量子点的成核与长大,并且形成InP/Zn3P2/ZnO复合核壳结构,显著增强了InP量子点的荧光,尤其是当Zn掺杂浓度(Zn/In原子比)为0.2时,InP量子点的荧光强度增加近100多倍,这对短波长InP量子点的合成具有一定的参考价值.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2016(031)010【总页数】7页(P1051-1057)【关键词】磷化铟;量子点;掺杂;光学性能【作者】杨锁龙;王晓方;蒋春丽;赵雅文;曾荣光;王怀胜;赖新春【作者单位】表面物理与化学重点实验室,江油621908;表面物理与化学重点实验室,江油621908;表面物理与化学重点实验室,江油621908;表面物理与化学重点实验室,江油621908;表面物理与化学重点实验室,江油621908;表面物理与化学重点实验室,江油621908;表面物理与化学重点实验室,江油621908【正文语种】中文【中图分类】TL812胶体量子点在光电子器件和生物医学等领域具有广阔的应用前景[1-2]。
相比水相合成法,油相法合成的量子点具有结晶度高、尺寸均匀、荧光量子效率高等优点。
III-V族InP量子点具有无镉、荧光发射波长范围可达近红外区等优点,在细胞成像、荧光探针等领域具有潜在的应用前景[3-5]。
但是本征InP量子点由于表面缺陷多和尺寸不均匀等问题,导致其应用受到一定限制[6-7]。
退火温度对VO_X薄膜结构及光学性质的影响
第21卷 第1期光 散 射 学 报Vol121 No11 2009年3月T H E J OU RNAL OF L IGH T SCA T TERIN G Mar12009文章编号:100425929(2009)0120037206退火温度对VO X薄膜结构及光学性质的影响张 雷,何 捷,王玲珑,刘 强,王晓中,郭英杰(四川大学物理科学与技术学院,辐射物理及技术教育部重点实验室,成都610064)摘 要:以高纯五氧化二钒(V2O5)粉末(纯度≥99.99%,质量百分比)为原料,采用真空蒸发--还原工艺,在不同退火温度下还原出不同组分的VO X薄膜。
利用X射线衍射仪,X射线光电子能谱仪和紫外-可见分光光度计对薄膜进行测试和分析,得到了不同退火温度与薄膜结构和其光学特性的关系。
结果显示:V2O5中的V5+随着退火温度的上升被还原,退火温度为450℃时,V4+含量最高,结晶最好,500℃时,薄膜组分表现出逆退火现象,温度进一步升高,钒再次被还原。
关键词:薄膜;真空蒸镀;退火温度;禁带宽度中图法分类号:O484 文献标识码:AThe E ffect of Annealing T emperature on Structureand Optical Properties of V O X Thin FilmsZHAN G Lei,H E Jie,WAN G Ling2long,L IU Qiang,WAN G Xiao2zhong,GUO Y ing2jie(I rradi ation Physics and Technolog y Key L aboratory of N ational Ed ucation M i nist ry,College of Physics S cience and Technolog y,S ichuan U ni versit y,Chen g d u610064,Chi na)Abstract:The V2O5t hin films were depo sited by vacuum2evaporation technology from t he V2O5powder(p urity≥99.99%,in mass).The V2O5t hin films were annealed at different temperat ure in t he vacuum coating machine.Then t he VO X t hin films were gained.The t hin films were measured by XRD,XPS and ultraviolet-visible spectrop hotometer.The relatio nship between annealing temperat ure and st ruct ure and optical properties was ob2 tained.V5+was deoxidized wit h t he annealing temperat ure rising.At450℃,t he content of V4+was highest and crystallization was best.At500℃,subst rate diff usion became seri2 ous.The composition of t he VO X t hin films show counter annealing p henomenon.When t he temperat ure f urt her elevated V was deoxidized again.K eyw ords:t hin films;vacuum evaporation;annealing temperat ure;energy gap收稿日期:2008211227基金项目:国家自然科学基金(10475058,10875038)作者简介:张雷(1981-),男,江西,四川大学物理科学与技术学院2006级硕士研究生,薄膜材料与器件,E2mai: zhanglei99442006@通讯作者:何捷.E2mai:hejie@光 散 射 学 报 第21卷1 引言1958年,Morin 在贝尔实验室发现了钒的氧化物具有半导体2金属相变特性[1],其中因VO 2(A )具有相变幅度大,相变温度接近室温(68℃),可逆性的特点而倍受关注。
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第11卷 第4期强激光与粒子束Vol.11,No.4 1999年8月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSAug.,1999
文章编号: 1001—4322(1999)04—0433—06
退火及铟含量对InGaAs量子点光学特性的影响Ξ
赵 震(俄罗斯科学院A.F.Loffe物理技术研究所,Polytekhnicheskaya26,圣彼得堡俄罗斯194021) 摘 要: 研究了退火条件和In组份对分子束外延生长的InGaAs量子点(分别以GaAs
或AlGaAs为基体)光学特性的影响。表明:量子点中In含量的增加将导致载流子的定域能增加和基态与激发态之间的能量间隔增大。采用垂直耦合的量子点及宽能带的AlGaAs基体可增强材料的热稳定性。以AlGaAs为基体的InGaAs量子点,高温后退火工艺(T=830℃)可改
善低温生长的AlGaAs层的质量,从而改善量子点激光器材料的质量。 关键词: 量子点; 后退火工艺; 光致荧光; 注入式半导体激光器 中图分类号: TN244 文献标识码: A
近来,在半导体物理中,对以AlGaAs为基体规则排列的InGaAs量子点结构的制备和特性研究越发得到重视[1,2]。其中研究得最为充分的是利用沉积表面晶格常数的失配导致应力层外形自发变化而形成量子点的方法。人们的兴趣不但表现在涉及量子效应的物理性质的基础研究上,而且表现在实际的应用中[2,3]。现今InGaAsAlGaAs量子点激光器已经问世[4],它具
有高的温度稳定性,低的阈值电流密度[5],已超过了量子阱激光器的理论极限。
正如在一系列工作中[1,2]所表明的:只有在一定的分子束外延生长条件下(例如,As和Ga
原子流比值不超过5～10;衬底温度控制在450℃～500℃),密集的(>5×10
10cm-3)相干的
InGaAs量子点序列才会在GaAs或AlGaAs表面上形成。衬底温度过高将导致量子点密度急剧降低和增加形成位错团簇的机会,并且引起铟原子从表面过度蒸发。因此,量子点的沉积必须在相对低的衬底温度(450℃)下进行。同样,薄的(约10nm
)基体覆盖层(GaAs或AlGaAs)
也在同样低的衬底温度下沉积在量子点上,以确保量子点不受到破坏。但对于高质量的GaAs
层,特别是AlGaAs层,其生长时的衬底温度必须维持在600℃～700℃,以避免形成点缺陷。这些点缺陷作为非辐射复合中心在室温下降低了荧光谱的强度。所以探索后退火工艺能否改善这宽能带覆盖层的质量,以及在高温下生长激光材料的基体是否影响量子点的大小、成份和形状已成为研究目标。为此本文开展了后退火工艺对量子点热稳定性影响的研究。正如在文献[6～8]中所述,对GaAs为基体的InAs量子点,高温退火可引起量子点的辐射峰值向高能移动(高温下原子通过量子点界面的扩散过程导致其内部组份发生变化)。通过透射电镜(TEM)[8]观察到:退火后随着铟的成份在量子点中的减少,量子点的几何尺寸增大。另外,通
过光致荧光测量,其线宽变窄,说明当量子点体积变大时,其尺寸的不均匀分布对跃迁光能量的影响变小。在量子点中载流子定域能的减少将增加载流子热逃逸的可能性,从而导致在实际应用中阈值电流密度增加及材料的温度稳定性恶化,这是需要极力避免的。因此,量子点材料
Ξ俄罗斯基础科学基金,Volkswagen基金(No.1712631)和INTAS29620467资助课题
1999年2月10日收到原稿,1999年5月31日收到修改稿。赵 震,男,1970年2月出生,俄罗斯圣彼得堡BalticStateTechnicalUniversity激光技术系硕士
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.退火对其结构特性影响的研究必须侧重于优化生长模式和选择最佳退火条件(温度和时间)。1 实 验 样品是由分子束外延技术(MBE)生长在GaAs(100)衬底上。在Riber32P装置内,先用铟
将衬底粘在钼支座上,支座转动以降低表面温度和束流分布的不均匀性。在分别以GaAs或Al0.15Ga0.85As为基体的InxGa1-xAs量子点结构中,先去掉氧化层,然后在600℃时生长200nm的GaAs缓冲层。当沉积完GaAs缓冲层后,必须生长AlAsGaAs超晶格以防止载流子逃逸到衬底。然后沉积100nmGaAs或Al0.15Ga0.85As。接着沉积活性区,这时,衬底温度开始下降。在表1中列出了In的含量、InGaAs量子点有效高度和生长量子点时的衬底温度(TsubQD)。当In的摩尔含量(x)减少时,其开始形成量子点的临界厚度加大。对于小
x的
In2
GaAs量子点,其有效高度变大。当沉积完量子点及10nmGaAs(或Al0.15Ga0.85As)层后,生长
温度Tgrow重新上升,继续沉积GaAs(或Al0.15Ga0.85As)
和
AlAsGaAs超晶格以防止载流子逃
逸到表面被复合。Tgrow同样在表1中列出。除此以外,我们又制备了多层量子点样品,它们的生长条件同单层量子点样品的生长条件一样,其活性区包括3层或6层由5nm厚的,以高势垒基体材料为间隔的量子点层。在多层量子点中,虽然InGaAs的沉积总量有所增加,但为防止位错的产生,要使上层量子点层厚减小。对所有结构,量子点的生长过程由高能电子衍射(RHEED)来监控。
光致荧光(PL)是由Ar+离子激光器(Κ=514.5nm、100
Wcm2
)激发,荧光信号用经冷却
的光电倍增管或Gep2i2n二极管探测。样品在氢气中按600℃和850℃进行不同时间退火。表1
samplesQDslayersxofInxGa1-xAsInGaAsheightnmsubstrateTsubQD℃T
grow
℃
1#10.236.6Al0.15Ga0.85As500600
2#10.372.2Al0.15Ga0.85As500600
3#10.501.7Al0.15Ga0.85As500600
4#30.501.2Al0.15Ga0.85As485700
5#10.372.2GaAs500600
6#10.501.7GaAs500600
7#11.000.8GaAs500600
8#60.551.2GaAs500600
2 结果与讨论 图1显示在不同温度下,以AlGaAs为基体,具有不同In摩尔含量(x)
样品的荧光谱。
In
摩尔含量的变化将导致晶格常数失配的改变,从而改变量子点大小和形状。由图1可见:x从0.23(1#)增加至0.37(2#),引起PL谱线向低光能区移动约65meV。继续增加x到0.50(3#),PL
谱线无明显移动。我们还发现谱线线宽随着x增加而变宽。随着温度升高,荧光谱测
量得到的In0.23Ga0.77As量子点样品的总积分强度比x大于0.23的结构更快地下降。荧光谱的上述行为说明:In摩尔含量(x)
的增加将导致量子点中载流子定域能的增加,引起PL谱线
向低光能区移动;并将对量子点的几何尺寸产生影响;从而进一步对电子能谱及光跃迁能量产生影响;最终使PL谱产生不均匀加宽。另外,定域能的增加将减少载流子热逃逸的可能性及
434强激光与粒子束第11卷© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.PL强度对温度的依赖性。
Fig.1 PLspectraofsamplesbasedonquantumdots(QDs)withdifferentcompositionofindiuminanAl0.15Ga0.85Asmatrix,atdifferenttemperatureisshown.Inaninsertedfigureof3#,PLspectrumof4#at77Kisshown图1 不同温度测得的以Al0.15Ga0.85As为基体,具有不同In摩尔含量(x)的量子点样品之PL荧光谱
.
在3#的小插图中显示了4#在77K时的PL谱 随着荧光谱测量时温度的升高,在谱的高能区出现一个与量子点激发态有关的新谱峰(QD3),这与基态的饱和性有关。对于
x=0.23的结构,
QD和QD
3光跃迁能量谱峰距离约为
45meV。对于x=0.37的样品,这个距离增加到约90meV。但在x=0.5的结构中,PL
峰值
是由量子点基态跃迁贡献的,并且未发现与激发态有关的新谱峰。但从其基态的饱和性消失,
可推测这时基态和激发态之间有很大的能级间隔。另外,直到室温也未观察到谱线形状的明显变化。PL谱线线宽增加归因于谱线的非均匀加宽。 根据所得结果可以作出以下结论:在所研究的样品中,x=0.5的量子点具有最大的定域能,在电子能级的基态和激发态之间有很大的能级间隔,所以这种材料有希望作为注入式半导体激光器的活性区。但是,PL谱线线宽为约180meV,过宽的线宽将扰乱取得低阈值电流密度的努力。正如在文献[9,10]中所指出的,通过沉积几层薄的(相当于量子点的高度)由Al2
GaAs势垒层所分隔的量子点可调节其大小和形状。在图13
#的小插图中显示了以
Al
0.15
Ga0.85As为基体的三层In0.5Ga0.5As量子点样品(4#)在15K时的PL谱。十分明显,PL谱线线
宽变窄到约75meV,这说明垂直耦合的量子点能改善体系的均匀性。PL峰值向高光能区移动的不多,主要与InGaAs层在下一个沉积循环中的有效厚度减小有关。 采用宽能带AlGaAs基体可增加量子点中的载流子定域能,从而明显降低了注入式半导体激光器的阈值电流密度[10]。我们进行了对以GaAs或AlGaAs为基体的量子点材料的后退火工艺研究,考察了退火温度、时间、基体材料、In的含量等因素对量子点温度稳定性的影响。图2显示了以GaAs为基体,具有不同In含量的InGaAs量子点样品在退火前后的PL谱。退火温度维持在700℃,退火时间分别为30或90分钟。十分明显,退火后的PL谱线峰值不依赖于量子点中的In的成份变化皆向高能区移动,这个现象已被很多实验小组观察到[6,7]。上述现象是由In与Ga原子通过量子点的界面扩散所引起的,最终使量子点中In的有效含量减少而Ga的含量增大。我们注意到:第一,对于In0.5Ga0.5As量子点(6#)PL峰值移动最小;第二,退火30或90分钟的PL峰值变化相似。我们猜测这可能是由于700℃退火时的扩散过程发生在
534第4期赵 震:退火及铟含量对InGaAs量子点光学特性的影响© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.