【摘 要】
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量子点材料因其三维量子限制效应而具有许多优异的物理特性和广阔的应用前景。本论文基于量子点的优异特性，以及红外激光器和探测器在军用和民用方面强烈的应用需求，开展了2～3μ
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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量子点材料因其三维量子限制效应而具有许多优异的物理特性和广阔的应用前景。本论文基于量子点的优异特性，以及红外激光器和探测器在军用和民用方面强烈的应用需求，开展了2～3μm波段量子点红外激光器和光伏型量子点红外探测器的研究工作。 前一部分工作是InP基2～3μm量子点红外激光器的研究工作。我们采用六带有效质量包络函数理论模拟分析了几种不同的InAs/InxGa1-xAs阱中量子点(DWELL)结构的能级情况，研究了InxGa1-xAs阱层的组份及厚度对InAs/InxGa1-xAsDWELL结构电子能级的影响，最终设计出优化的In0.53Ga0.47As/InAs/In0.73Ga0.27As/In0.53Ga0.47As非对称台阶阱(ODSWELL)结构，并通过材料生长得以实现，理论与实验结果非常吻合。采用分子束外延(MBE)技术生长的QDSWELL结构样品的室温光致发光(PL)波长达2.12μm。还生长了以QDSWELL结构为有源区的激光器材料，实现了低温电致发光波长达到2.03μm，为进一步研制2～3μm波段量子点红外激光器打下了良好的基础。 第二部分是光伏(PV)型InAs和InGaAs量子点红外探测器(QDIP)的研究工作。通过优化材料结构设计和生长条件，研制出PV型InAs和InGaAsQDIP。光谱响应测试结果表明，在0偏压和77K条件下，InAsQDIP实现了3～5.5μm范围的光伏探测，峰值波长分别为3.98μm和5.43μm，分别对应量子点基态到GaAs连续态和In0.15Ga0.85As束缚态的电子跃迁。在0偏压和77K条件下，InGaAsQDIP实现了在3.3～5.5μm范围的光伏探测，峰值波长分别为3.74μm和5.35μm，分别对应量子点基态到GaAs连续态和Al0.2Ga0.8As带边附近能级的电子跃迁。本论文所研制的光伏型InAs、InGaAsQDIP器件实现了中波波段大气窗口的红外探测，具有很好的实际应用前景。同时，还对ODIP在加偏压的情况下进行了光谱响应测试，发现正向偏压下的光谱响应明显强于反向偏压下的光谱响应，这是由于所设计结构的非对称性造成的。最后，在研究工作的基础上指出了光伏型QDIP下一步的研究方向。
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