Ⅱ型能带结构半导体量子点的光学特性研究

发布时间：2017-12-15 17:15

  本文关键词：Ⅱ型能带结构半导体量子点的光学特性研究

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【摘要】：半导体量子点(QD)材料具有独特的光电特性,在光电子器件领域具有广阔的应用前景。本工作主要通过荧光谱(Photoluminescence,PL)、荧光激发谱(Photoluminescence excitation spectrum,PLE)、时间分辨荧光谱(Time-Resolved Photoluminescence,TRPL)等多种光致荧光光谱技术研究Ⅱ型能带结构量子点材料的光学特性。论文主要包括以下内容:1.研究Ⅰ型和Ⅱ型能带结构共存的In_(0.46)Al_(0.54)As/Al_(0.54)Ga_(0.46)As量子点的光学特性。首先,从低温下不同激发强度PL谱中观察到量子点荧光峰位的快速蓝移和半波宽的增加,这表明In_(0.46)Al_(0.54)As/Al_(0.54)Ga_(0.46)As量子点具有Ⅱ型能带结构和载流子横向耦合效应。横向耦合效应同样影响量子点PL谱的温度行为,随着温度增加,量子点荧光峰从较低温度(35 K)开始便快速红移且谱线变窄。通过TRPL谱测量,我们观察到In_(0.46)Al_(0.54)As/Al_(0.54)Ga_(0.46)As量子点具有特殊的双指数衰减行为,存在443 ps和21.4 ns两个时间常数,表明量子点样品同时存在Ⅰ型和Ⅱ型两种能带结构。2.通过PLE、TRPL谱和不同温度下PL谱,研究连续态对Ⅱ型In_(0.46)Al_(0.54)As/Al_(0.54)Ga_(0.46)As量子点光学特性的影响。在In_(0.46)Al_(0.54)As/Al_(0.54)Ga_(0.46)As量子点的PL和PLE谱中直接观察到连续态信号,同时,量子点TRPL谱证明连续态对载流子弛豫动力学过程有很大影响。量子点荧光的超长上升时间表明光激发载流子通过连续态向量子点基态束缚能级转移,量子点发光峰随温度的快速红移以及低温下半波宽的减小同样表明连续态在载流子弛豫和再分布中起重要作用。3.利用PL和TRPL谱研究液滴外延生长的GaAs/AlxGa1-xAs量子点环混合结构的光学行为。通过控制AlxGa1-xAs势垒层中Al组分,实现能带结构从Ⅰ型向Ⅱ型的转变。GaAs/AlxGa1-xAs量子点环是由4个量子点耦合成的混合结构,量子点高度值的波动导致量子点环发射峰随激发强度反常蓝移等荧光行为,因此TRPL谱成为裁定GaAs/AlxGa1-xAs量子点环是否具有Ⅱ型能带结构的重要手段。当AlxGa1-xAs势垒层的Al含量增加到x=0.6,得到~6 ns的载流子寿命,同时荧光上升时间增加到~170 ps,表明量子点环形成Ⅱ型能带结构。Ⅰ型向Ⅱ型结构的转变发生在Al含量为0.45到0.6之间。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O471.1

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