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应变异质结构InAs/GaAs材料体系在基础研究和实际应用方面都有十分重要的意义。InAs/GaAs自组织量子点是实现GaAs基光纤通信用1.3μm波段激光器的重要材料体系，在实现更长波长，甚至1.55μm波段也具有很大的潜力。本文通过使用InGaAs成分渐变缓冲层结构，在GaAs上实现了InAs量子点1.55μm波段的发光，并研究了弛豫InGaAs表面InAs量子点的生长特性及其光学性能，获得了一些新的结果。其主要内容包括：
1.InAs/InGaAs/GaAs量子点的材料生长和性质研究
(1)通过生长成分渐变缓冲层和利用超品格结构对位错的限制作用，制备了低穿透位错密度的弛豫InGaAs缓冲层。通过对样品的截面电子透射显微镜(X-TEM)的观察发现，台阶式渐变缓冲层中的穿透位错大部分在下面的台阶生成，从而有效避免了穿透位错向表面的延伸。
(2)经研究发现，弛豫InGaAs典型的表面起伏结构对InAs量子点的尺寸和分布都有一定的影响，InAs量子点更倾向于生长在表面较高的位置；通过优化材料结构和生长参数，改善了InGaAs的表面平整度，从而改善了InAs量子点的分布和尺寸均匀性；InAs量子点室温PL谱波长达到1.55μm，相对于InAs/GaAs量子点波长的红移主要归因于InAs量子点内部应变的缓解；研究了缓冲层结构In组分回退及缓冲层生长温度对InAs量子点发光强度的影响。该部分主要结果已在Physica E上发表。
(3)InAs/InGaAs/GaAs表面量子点呈现特殊的排布规律。当InGaAs弛豫缓冲层在较高温度(500℃)下生长，InAs量子点呈现长程有序的四方排列；当InGaAs弛豫缓冲层在较低温度(450℃)下生长，InAs量子点呈现长程有序的六方排列。经研究发现，在较低生长温度下，弛豫InGaAs缓冲层内沿[110]方向的横向组分调制导致了量子点沿[110]方向的自发排列；而在多层结构中，底层量子点和InGaAs间隔层的相互作用使得这种排列方式得到加强。该结果己在Nanotechnology上发表，其中利用缓冲层横向组分调制方法制备有序排列量子点材料的方法已申报了国家发明专利。
2.分子束外延InAs/GaAs二维到三维转变过程研究
对分子束外延生长InAs/GaAs二维(2D)到三维(3D)转变过程进行了细致的研究。将2D-3D转变过程分成两个阶段，这两个阶段量子点的密度N和总体积V随沉积量θ的变化都分别适用于不同的指数定律N=(θ-θ)αi和V=(θ-θc)βi(i=1,2)。鉴于N和V随沉积量变化的指数定律关系，可以将2D-3D转变的第一阶段作为二级相变的临界现象来考虑。在这个阶段如实验所观察，岛的尺寸分布受统计涨落来控制。不同生长温度下，遵循的不同指数定律关系V=(θ-θc)β表明生长温度是决定二级相变的重要参量。