美國(guó)伊利諾伊大學(xué)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了硅基的單片磷化銦(InP)量子點(diǎn)(QD)技術(shù),相對(duì)于在砷化鎵(GaAs)上生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)而言,其光致發(fā)光(PL)強(qiáng)度僅降低了一點(diǎn)。該團(tuán)隊(duì)表示有望將InP QD用于微型發(fā)光二極管(micro-LED)和激光器。
研究人員使用固體源分子束外延(MBE)生產(chǎn)QD樣品。基板由GaP/Si和4.3μm的GaAsyP1-y逐步梯度緩沖液組成,將GaAs/Si材料切割成較小的塊,以進(jìn)行QD生長(zhǎng)。
將GaAs/Si與比較純的GaAs零件一起加載到MBE設(shè)備中。在快速熱退火(RTA)之前,去除表面InP QD和50nm AlGaInP來(lái)制備用于PL分析的QD樣品。InP QD PL強(qiáng)度的最佳RTA條件是750°C 5分鐘,其PL強(qiáng)度的維持歸因于相對(duì)于螺紋位錯(cuò)密度的高點(diǎn)密度。
自InP量子點(diǎn)的PL發(fā)射相對(duì)于整體InP發(fā)生了0.4eV藍(lán)移。與純GaAs襯底相比,在GaAs/Si上生長(zhǎng)時(shí),InGaP QW結(jié)構(gòu)的PL強(qiáng)度降低了9倍。相比之下,InP量子點(diǎn)受GaAs/Si增長(zhǎng)的影響相對(duì)較小,并且硅基InP QD的集成發(fā)射強(qiáng)度比InGaP QW的集成發(fā)射強(qiáng)度高8倍。發(fā)光譜顯示,GaAs上InGaP-QWs和InP-QDs的基態(tài)發(fā)射分別為649nm波長(zhǎng)(1.91eV)和713nm(1.74eV)。相應(yīng)的半高全寬(FWHM)為24meV和65meV。
AFM顯示點(diǎn)密度為1.3×1011/cm2,該密度高于以前的報(bào)道。高的點(diǎn)密度被視為是硅基QD的發(fā)射器進(jìn)行有效發(fā)光和缺陷容忍的必要條件。典型的InAs QD密度約為5x1010/cm2。陰極發(fā)光表明穿線位錯(cuò)密度為3.3x107/cm2,比InP點(diǎn)密度低大約四個(gè)數(shù)量級(jí)。
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