本文關(guān)鍵詞：Ⅱ型能帶結(jié)構(gòu)半導體量子點的光學特性研究

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【摘要】：半導體量子點(QD)材料具有獨特的光電特性,在光電子器件領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。本工作主要通過熒光譜(Photoluminescence,PL)、熒光激發(fā)譜(Photoluminescence excitation spectrum,PLE)、時間分辨熒光譜(Time-Resolved Photoluminescence,TRPL)等多種光致熒光光譜技術(shù)研究Ⅱ型能帶結(jié)構(gòu)量子點材料的光學特性。論文主要包括以下內(nèi)容:1.研究Ⅰ型和Ⅱ型能帶結(jié)構(gòu)共存的In_(0.46)Al_(0.54)As/Al_(0.54)Ga_(0.46)As量子點的光學特性。首先,從低溫下不同激發(fā)強度PL譜中觀察到量子點熒光峰位的快速藍移和半波寬的增加,這表明In_(0.46)Al_(0.54)As/Al_(0.54)Ga_(0.46)As量子點具有Ⅱ型能帶結(jié)構(gòu)和載流子橫向耦合效應。橫向耦合效應同樣影響量子點PL譜的溫度行為,隨著溫度增加,量子點熒光峰從較低溫度(35 K)開始便快速紅移且譜線變窄。通過TRPL譜測量,我們觀察到In_(0.46)Al_(0.54)As/Al_(0.54)Ga_(0.46)As量子點具有特殊的雙指數(shù)衰減行為,存在443 ps和21.4 ns兩個時間常數(shù),表明量子點樣品同時存在Ⅰ型和Ⅱ型兩種能帶結(jié)構(gòu)。2.通過PLE、TRPL譜和不同溫度下PL譜,研究連續(xù)態(tài)對Ⅱ型In_(0.46)Al_(0.54)As/Al_(0.54)Ga_(0.46)As量子點光學特性的影響。在In_(0.46)Al_(0.54)As/Al_(0.54)Ga_(0.46)As量子點的PL和PLE譜中直接觀察到連續(xù)態(tài)信號,同時,量子點TRPL譜證明連續(xù)態(tài)對載流子弛豫動力學過程有很大影響。量子點熒光的超長上升時間表明光激發(fā)載流子通過連續(xù)態(tài)向量子點基態(tài)束縛能級轉(zhuǎn)移,量子點發(fā)光峰隨溫度的快速紅移以及低溫下半波寬的減小同樣表明連續(xù)態(tài)在載流子弛豫和再分布中起重要作用。3.利用PL和TRPL譜研究液滴外延生長的GaAs/AlxGa1-xAs量子點環(huán)混合結(jié)構(gòu)的光學行為。通過控制AlxGa1-xAs勢壘層中Al組分,實現(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)從Ⅰ型向Ⅱ型的轉(zhuǎn)變。GaAs/AlxGa1-xAs量子點環(huán)是由4個量子點耦合成的混合結(jié)構(gòu),量子點高度值的波動導致量子點環(huán)發(fā)射峰隨激發(fā)強度反常藍移等熒光行為,因此TRPL譜成為裁定GaAs/AlxGa1-xAs量子點環(huán)是否具有Ⅱ型能帶結(jié)構(gòu)的重要手段。當AlxGa1-xAs勢壘層的Al含量增加到x=0.6,得到~6 ns的載流子壽命,同時熒光上升時間增加到~170 ps,表明量子點環(huán)形成Ⅱ型能帶結(jié)構(gòu)。Ⅰ型向Ⅱ型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變發(fā)生在Al含量為0.45到0.6之間。
【學位授予單位】：河北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O471.1

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