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应变自组织InAs/GaAs量子点因其在光电子器件应用方面巨大的潜力,吸引了广泛关注。经过近二十年的研究,人们对量子点的应变自组织生长过程及其机制已经有了比较清楚的物理图像。作为应变自组织量子点体系中的重要组成部分,量子点周围的浸润层对量子点的形成和演化、以及载流子的辐射发光过程都有着重要的影响。然而由于实验观测上的困难,应变自组织量子点生长过程中浸润层的生长演化一直没有得到系统的研究。本文基于反射差分光谱技术,同时结合光致发光谱技术和原力子显微镜技术,对InAs/GaAs量子点系统中的浸润层和量子点的生长演化过程进行了系统研究,取得了以下主要结果:
1.研究了InAs浸润层随淀积量在不同生长温度下的演化,观察到了浸润层演化的临界行为,由此得到一种确定外延层二维向三维转化临界厚度的方法。与传统的原子力显微镜判断的临界厚度相比,反射差分谱方法可以排除准量子点的影响,同时对于脱附严重的样品仍然可以进行准确的判断。
2.研究了InAs浸润层随着淀积量在不同退火时间下的演化,发现无原位退火的样品浸润层呈现出两段式的演化；而经过原位退火的样品呈现出三段式的演化。通过采用一个理论模型拟合发现:在原位退火过程中量子点高宽比的下降和弹性力的作用导致了浸润层从两段式到三段式的演化。
3.研究了InAs浸润层中插入极薄AlAs的情况下,浸润层随着淀积量的演化。发现有无AlAs的插入浸润层在临界厚度1.7 ML之上厚度都会继续增加,而且随淀积量的变化呈现出三段式的演化。考虑到InAs淀积中所引入的生长停顿的作用,对上述现象进行了讨论。
4.研究了双模量子点变温光谱随着淀积量的演化。结果表明大尺寸模式量子点始终表现出反常温度效应,而小尺寸模式量子点在大的淀积量下不再表现出反常温度效应。这个现象可以解释为双模量子点不同的生长机制所致:大尺寸量子点位于生长界面的台面处,靠吸收表面液态铟原子生长；而小尺寸量子点位于台阶处,依靠消耗浸润层生长。
5.对于某些样品观察到了其变温光谱在两个温度段展示出反常温度效应,表明随着温度的升高载流子激发到两个转移能级上。采用速率方程拟合了峰值和峰宽的温度关系,并把这两个能级归结为浸润层和量子点周围的缺陷能级。
6.观察到了量子点和准量子点同时存在的发光峰,研究它们在变激发功率和变温条件下的光致发光性质。量子点的峰值在功率增加时出现红移；温度升高时红移却滞后于体材料的本征红移。而准量子点的峰值不随功率的改变而改变,并且遵循反常温度效应红移。考虑能带重整化效应,我们讨论了造成两者差异的原因。