收藏本站

LPE制备的Ⅱ类GaSb/GaAs量子点材料的特性研究及其探测器的研制

【摘要】:众所周知,具有零维电子态密度和各种量子效应等特点的量子点材料有许多优秀的性能,因此成为半导体纳米材料领域中最具有应用潜力的材料之一。在近十几年,Ga Sb/Ga As量子点材料引起了众多研究者的兴趣。这是因为Ga Sb/Ga As量子点材料具有Ⅰ类类能带结构,即量子点只束缚空穴,电子则通过库仑引力被弱局域在量子点周围的Ga As材料中。相对于Ⅰ类In As/Ga As量子点材料中量子点同时束缚电子和空穴,电子与空穴空间分离的Ⅱ类Ga Sb/Ga As量子点材料具有更长的载流子寿命,更高的激活能和更长的电荷储存时间等特点。因此Ga Sb/Ga As量子点材料虽然不能很好地应用于发光器件,但在太阳能电池、探测器、高效半导体激光器、电荷储存器等器件的应用中更具潜力。到目前为止,Ga Sb/Ga As量子点材料的主要生长方式为分子束外延(MBE)和金属有机化学气相沉积(MOCVD)。与MBE和MOCVD相比,液相外延(LPE)技术是一种简单且更具经济效益的生长技术。此外,由于在近热力学平衡条件下进行材料生长,LPE生长的外延薄膜具有晶体质量高和杂质含量低的特点。本工作的成果是通过改进LPE生长工艺提高了Ga Sb/Ga As量子点材料各部分的质量,并将Ga Sb量子点密度提高了一个数量级,且生长的量子点材料获得了很好地室温PL谱荧光,最终根据Ⅱ型能带结构特点设计并制备了n-p-i-p结构的量子点红外探测器。本论文涉及的主要研究内容如下:1)设备的改进和新型石墨舟的设计。为了提高设备的稳定性和可靠性,我们梳理了设备的线路,简化了操作的流程;为了提高外延薄膜的质量,我们设计双衬底槽石墨舟,增加牺牲片以去除积聚在熔源材料表面的杂质。2)Ga Sb/Ga As量子点材料的LPE生长工艺的优化。为了使衬底的腐蚀表面更平滑,我们优化了衬底腐蚀液的组成和配比。通过熔源回融衬底获得稳定的饱和熔源材料,成功地抑制了缓冲层在生长过程中波浪纹的出现,提高了缓冲层的质量。为了抑制量子点的溶解效应和量子环的形成,盖帽层的生长温度需要低于量子点的生长温度。除此之外,通过减少生长时间,成功地获得了高质量超薄外延薄膜。为了加强抑制量子点的溶解效应和量子环的形成的效果,我们生长Ga As1-xSbx三元薄膜做为盖帽层,然而并没达到预期效果。最终我们通过增加纯金属Sb以抑制高温烘烤时Ga Sb熔源中Sb组份的挥发成功地抑制量子点的溶解效应和量子环的形成,将量子点密度从109 cm-2提高到1010 cm-2,达到了MBE生长量子点的密度的同一数量级。3)Ga Sb/Ga As量子点材料的光学性能的研究。本章通过详细分析Ga Sb/Ga As量子点材料的变功率PL谱和变温PL谱以探究Ga Sb/Ga As量子点材料的光学性能。我们通过变功率PL谱中量子点峰位随激光功率增加而蓝移的现象证明我们生长的Ga Sb/Ga As量子点材料是Ⅱ类能带结构,详细分析了导致量子点峰位蓝移的三个原因:能带填充效应,能带弯曲效应和库仑势效应,并估算出了量子点对空穴的局域能为440 me V。变温PL谱展现了量子点发光的稳定性。另外,我们分析了浸润层发光随温度升高而湮灭的现象,并通过对谱峰积分强度的Arrhenius拟合估算出量子点和浸润层的激活能分别为111 me V和13 me V。除此之外对于低温PL谱中出现的声子伴线现象做了详细分析。4)量子点红外探测器的研制与性能的研究。我们设计并生长了n-p-i-p结构的量子点红外探测器以充分利用Ⅱ类Ga Sb/Ga As量子点材料的能带结构特点——量子点只束缚空穴而不束缚电子。我们测试了量子点红外探测器在红外灯照射下和不同温度(500–1000 K)黑体照射下的光电流响应,计算了量子点红外探测器的响应率并在500 K黑体照射下得到了最高的响应率R=8.5×10-3A/W。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O471.1;TN215;TB383.1

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 刘仁俊;李天天;杨皓宇;王连锴;吕游;张宝林;;温度对GaSb/GaAs量子点尺寸分布的影响[J];发光学报;2013年08期
2 胡淑红;邱锋;吕英飞;孙:琨王奇伟;郭建华;邓惠勇;戴宁;ZHUANG Qian-Dong;YIN Min;KRIER Anthony;;GaSb量子点液相外延生长[J];红外与毫米波学报;2013年03期
3 竹敏;宋航;蒋红;缪国庆;黎大兵;李志明;孙晓娟;陈一仁;;多层GaSb(QDs)/GaAs生长中量子点的聚集及发光特性[J];发光学报;2010年06期
4 汪辉,牛智川,王海龙,王晓东,封松林;InAs/GaAs自组织量子点激发态的激射[J];半导体学报;2001年03期
5 吴际森,邹元爔,莫培根;砷化铟中的剩余施主和高纯砷化铟晶体的生长 Ⅱ.高纯砷化铟晶体生长及热处理对电学性质的影响[J];应用科学学报;1984年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 刘仁俊;李天天;杨皓宇;王连锴;吕游;张宝林;;温度对GaSb/GaAs量子点尺寸分布的影响[J];发光学报;2013年08期
2 张党卫,张景文,侯洵;利用 X射线衍射分析自组织生长的量子点结构[J];光子学报;2002年07期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 康培;刘如彬;王帅;张启明;孙强;穆杰;;量子点太阳电池研究进展[J];电源技术;2011年08期
2 竹敏;宋航;蒋红;缪国庆;黎大兵;李志明;孙晓娟;陈一仁;;多层GaSb(QDs)/GaAs生长中量子点的聚集及发光特性[J];发光学报;2010年06期
3 汪建平;周旺民;王崇愚;尹姝媛;;Morphologies of epitaxial islands on a lattice-misfitted substrate[J];Chinese Physics B;2008年08期
4 杨红波,俞重远,刘玉敏,黄永箴;影响半导体量子点生长因素的分析[J];人工晶体学报;2004年06期
5 汪辉,朱海军,王晓东,王海龙,封松林;室温脉冲激射的纵向控制InAs量子点激光器[J];半导体学报;1999年04期
6 王志明,邓元明,封松林,吕振东,陈宗圭,王凤莲,徐仲英,:裰?高旻,韩培德,段晓峰;自组织生长多层垂直耦合InAs量子点的研究[J];半导体学报;1997年07期
7 邹元燨;砷化镓中某些深能级陷阱间的平衡[J];应用科学学报;1983年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 史冬梅;杨斌;;量子点材料与显示技术发展现状与趋势[J];科技中国;2017年12期
2 汪兆平,韩和相,李国华;自组织生长的量子点结构及其光学特性[J];光散射学报;1997年01期
3 郭振振;唐玉国;孟凡渝;李力;杨大威;;荧光碳量子点的制备与生物医学应用研究进展[J];中国光学;2018年03期
4 翁增胜;林秀菊;;量子点在光电功能器件的研究进展[J];高分子通报;2018年08期
5 安成守;王洪福;;基于量子点光学实验探讨物理创新能力的培养[J];考试周刊;2018年81期
6 白恒轩;黄慧姿;杨依依;孙泽毅;夏振坤;纪晓婧;;微波法制备碳量子点及其应用与荧光机理探究[J];化工管理;2019年01期
7 封强;俞重远;刘玉敏;杨红波;黄永箴;;运用解析方法分析量子点的应力应变分布[J];北京邮电大学学报;2006年02期
8 白光;量子点结构垂直辐射器件[J];激光与光电子学进展;2002年09期
9 黄睿;吴绍全;;T型量子点结构中的自旋极化输运过程[J];低温物理学报;2010年04期
10 彭英才;纳米量子点结构的自组织生长[J];固体电子学研究与进展;2000年02期
中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 张帆;赵东星;古英;陈弘毅;龚旗煌;;金属球-量子点结构失谐对量子点纠缠的增强效应[A];第十七届全国量子光学学术会议报告摘要集[C];2016年
2 王宝瑞;孙征;孙宝权;徐仲英;;InGaAs/GaAs链状量子点结构的光学特性研究[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年
3 胡楚乔;;溶剂热法制备CuInSe_2量子点及其特性研究[A];第五届新型太阳能电池学术研讨会摘要集(量子点太阳能池篇)[C];2018年
4 钟新华;潘振晓;饶华商;;量子点敏化太阳电池中的电荷复合调控[A];第五届新型太阳能电池学术研讨会摘要集(量子点太阳能池篇)[C];2018年
5 孔祥贵;;发光量子点结构与生物偶联的光谱分析表征[A];第八届全国发光分析暨动力学分析学术研讨会论文集[C];2005年
6 徐天宁;吴惠桢;斯剑霄;;Ⅳ-Ⅵ半导体量子点光学性质及理论模拟[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
7 黄伟其;刘世荣;;用量子受限模型分析硅氧化层中的锗低维纳米结构(英文)[A];贵州省自然科学优秀学术论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 记者 桂运安;半导体量子芯片研究再现“黑科技”[N];安徽日报;2018年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 彭嫚;量子点敏化纳米氧化铝的表面增强荧光研究[D];贵州大学;2018年
2 董辉;量子点太阳能电池的原位透射电子显微学研究[D];东南大学;2018年
3 王洋;LPE制备的Ⅱ类GaSb/GaAs量子点材料的特性研究及其探测器的研制[D];中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所);2018年
4 林涛;面向新型光电器件的硅基纳米材料的制备及特性研究[D];南京大学;2013年
5 牛相宏;新型二维及量子点材料电子与光学性质的理论研究[D];东南大学;2017年
6 许瑞林;核壳结构量子点的厚壳层快速制备及其光学性质[D];东南大学;2017年
7 王永波;量子点比率荧光探针的设计及对活性生物分子的检测研究[D];西北大学;2018年
8 石林;手性金团簇和CdSe量子点的合成及光学性质调控[D];哈尔滨工业大学;2018年
9 钱昕晔;纳米硅量子点MOS结构及纳米硅量子点非挥发性浮栅存储器的研究[D];南京大学;2013年
10 陈启明;In(Ga)N基纳米线结构的分子束外延生长及物性分析[D];长春理工大学;2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨晓珊;单层有序InGaAs/GaAs量子点的生长工艺研究[D];贵州大学;2018年
2 王芳杰;CdS量子点的可控制备及在太阳能电池中的应用[D];湖北大学;2015年
3 徐伟力;碳量子点的制备及其应用研究[D];辽宁大学;2017年
4 霍胜伟;组装体系下凝胶的制备及在量子点圆偏振光的应用[D];燕山大学;2018年
5 靳翠红;有机金属卤化物钙钛矿量子点的可控构筑及光学性能的研究[D];燕山大学;2018年
6 郭幸;量子点荧光闪烁及机理研究[D];河南大学;2018年
7 康丽莎;介观双量子点系统的电子输运特性[D];山东师范大学;2018年
8 周佳焕;双量子点的输运性质研究[D];杭州师范大学;2018年
9 许筱晓;基于图形化衬底的多周期InGaAs量子点的生长研究[D];贵州大学;2018年
10 曹孟威;波导—量子点微腔耦合系统相互作用研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026