CN101308888A - 提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构 - Google Patents

提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构 Download PDF

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金鹏
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Abstract

一种提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，包括：一衬底；一缓冲层制作在衬底上，其作用是屏蔽来自衬底的缺陷和使生长平面平整；一量子阱层制作在缓冲层上面，以生长时产生应力弛豫，并将这一应力弛豫导入其上面的量子点层，使浸润层厚度减小；一势垒层制作在量子阱层上面，该势垒层对量子点层中的载流子起限制作用，防止其由于热激发跃迁而导致的量子点材料光学性质温度稳定性的下降；一量子点层制作在势垒层上面，该量子点层受激发时产生电子—空穴对，辐射复合发光；一盖层制作在量子点层上面，该盖层的作用是改变量子点的光学性质，增大其基态和激发态的能级间距。

Description

提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构
技术领域
本发明属于半导体材料技术领域，特别是指一种提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构。
背景技术
自组织量子点在光电子器件，如激光器、探测器、光存储等方面显示出诱人的应用前景。理论预言：与半导体量子阱激光器相比，利用量子点作为有源区的半导体激光器将具有极低的阈值电流、极高的特征温度、高的微分增益和极窄的谱线宽度。然而，到目前为止，半导体量子点激光器在室温下的工作性质还远远没有达到理论预期的水平。而量子点光学性质的温度稳定性对于实现量子点激光器的室温工作是至关重要的，为使量子点材料有更好的发光温度稳定性，可采取下面这种结构：
通过生长高势垒材料作为载流子限制层来提高光学性质温度稳定性。该结构通过提高势垒高度可以更好地将载流子限制在量子点中，降低其通过浸润层跃迁的几率，提高量子点的光学性质温度稳定性。该结构的缺点是：通过提高势垒高度来改善光学性质温度稳定性的效果有限，一旦温度超过载流子可以跃迁势垒的临界温度时，温度稳定性便会大幅下降。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，其可以提高量子点材料的光学性质温度稳定性。
本发明提供一种提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，其特征在于，其中包括：
一衬底；
一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上面，该缓冲层的作用是屏蔽来自衬底的缺陷和使生长平面平整；
一量子阱层，该量子阱层制作在缓冲层上面，该量子阱层在势垒层上生长时产生应力弛豫，并将这一应力弛豫导入其上面的量子点层，使浸润层厚度减小；
一势垒层，该势垒层制作在量子阱层上面，该势垒层对量子点层中的载流子起限制作用，防止其由于热激发跃迁而导致的量子点材料光学性质温度稳定性的下降；
一量子点层，该量子点层制作在势垒层上面，该量子点层受激发时产生电子-空穴对，辐射复合发光；
一盖层，该盖层制作在量子点层上面，该盖层的作用是改变量子点的光学性质，增大其基态和激发态的能级间距。
其中所选用的衬底的材料是砷化镓。
其中所述缓冲层的材料是砷化镓。
其中所述量子阱层的材料是砷化铟镓。
其中所述势垒层的材料是砷化镓。
其中所述量子点层的材料是砷化铟。
其中所述盖层的材料是砷化镓。
其中所述的在衬底上制作的缓冲层、量子阱层、势垒层、量子点层、盖层是采用分子束外延或金属有机化学气相沉积的方法生长的。
本发明的提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，具有发光质量好、光学性质温度稳定性好等优点。适用于量子点激光器等需要光学性质温度稳定性的半导体光电子器件有源区的结构、和该有源区结构的分子束外延或金属有机化学气相沉积等方法的生长。
附图说明
为进一步说明本发明的内容，以下结合附图和具体实例对其做进一步的描述，其中：
图1是自组织量子点材料结构示意图；
图2是自组织量子点材料的光致发光半高宽温度谱。
具体实施方式
请结合参阅图1，本发明涉及一种自组织量子点材料结构，其中包括：
一衬底6，该衬底6的材料是砷化镓；
一缓冲层1，该缓冲层1制作在衬底6上，该缓冲层1的作用是屏蔽来自衬底6的缺陷和使生长平面平整，该缓冲层1的厚度是100纳米，该缓冲层1的材料是砷化镓；
一量子阱层2，该量子阱层2制作在缓冲层1上面，由于该量子阱层2的晶格常数大于其上面的势垒层3，在势垒层3生长时可以产生应力弛豫，并将这一应力弛豫导入量子点层4，导致此时量子点层4在砷化铟浸润层厚度较小时便开始成点，因此，原先以浸润层为中间通道进行的载流子在不同尺寸量子点之间的隧穿便难以进行，量子点的光学性质温度稳定性便得以改善，该量子阱层2的厚度是5纳米，该量子阱层2的材料是砷化铟镓；
一势垒层3，该势垒层3制作在量子阱层2上面，该势垒层3对量子点层4中的载流子起限制作用，防止其由于热激发跃迁而导致的量子点材料光学性质温度稳定性的下降，该势垒层3的厚度是3纳米，该势垒层3的材料是砷化镓；
一量子点层4，该量子点层4制作在势垒层3上面，该量子点层4受激发时产生电子-空穴对，辐射复合发光，该量子点层4的材料是砷化铟；
一盖层5，该盖层5制作在量子点层4上面，该盖层5的作用是改变量子点的光学性质，增大其基态和激发态的能级间距，该盖层5的厚度是100纳米，该盖层5的材料是砷化镓；
其中所述的在衬底6上制作的缓冲层1、量子阱层2、势垒层3、量子点层4、盖层5是采用分子束外延或金属有机化学气相沉积的方法生长的。
按以上实施方式生长的自组织量子点材料的光致发光半高宽温度谱请结合参阅图2，可以看到其半高宽随温度升高几乎不变，表现出良好的光学性质温度稳定性。图2中还给出了符合常规半高宽随温度变化规律的对照样品光致发光半高宽温度谱，可以看到其半高宽随温度升高出现先下降后上升的现象。
本发明采用提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，实现的自组织量子点材料，具有发光质量好、光学性质温度稳定性好等优点。适用于量子点激光器等需要光学性质温度稳定性的半导体光电子器件有源区的结构、和该有源区结构的分子束外延或金属有机化学气相沉积等方法的生长。

Claims (8)

1、一种提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，其特征在于，其中包括：
一衬底；
一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上面，该缓冲层的作用是屏蔽来自衬底的缺陷和使生长平面平整；
一量子阱层，该量子阱层制作在缓冲层上面，该量子阱层在势垒层上生长时产生应力弛豫，并将这一应力弛豫导入其上面的量子点层，使浸润层厚度减小；
一势垒层，该势垒层制作在量子阱层上面，该势垒层对量子点层中的载流子起限制作用，防止其由于热激发跃迁而导致的量子点材料光学性质温度稳定性的下降；
一量子点层，该量子点层制作在势垒层上面，该量子点层受激发时产生电子-空穴对，辐射复合发光；
一盖层，该盖层制作在量子点层上面，该盖层的作用是改变量子点的光学性质，增大其基态和激发态的能级间距。
2、根据权利要求1所述的提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，其特征在于，其中所选用的衬底的材料是砷化镓。
3、根据权利要求1所述的提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，其特征在于，其中所述缓冲层的材料是砷化镓。
4、根据权利要求1所述的提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，其特征在于，其中所述量子阱层的材料是砷化铟镓。
5、根据权利要求1所述的提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，其特征在于，其中所述势垒层的材料是砷化镓。
6、根据权利要求1所述的提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，其特征在于，其中所述量子点层的材料是砷化铟。
7、根据权利要求1所述的提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，其特征在于，其中所述盖层的材料是砷化镓。
8、根据权利要求1所述的提高自组织量子点光学性质温度稳定性的材料结构，其特征在于，其中所述的在衬底上制作的缓冲层、量子阱层、势垒层、量子点层、盖层是采用分子束外延或金属有机化学气相沉积的方法生长的。
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