自组织量子点的瞬态光谱性质研究

基于时间相关单光子计数技术（ＣＰ ） Ｔ ＳＣ 的瞬态 光荧光测试技术。 测量系统为英国 Ｅｄ ｕ Ｉ－ ｎｉ ｒ ｎ ｂ ｇ ｓ ｍｎ公司生产的 Ｆ ９ 态荧光光谱仪， ｔ ｅ ｍ ｔ Ｌ２ ０瞬 整 套测量装置的 响应时间约 ０ｐ。 为２０ｓ 用Ａ Ｄ闭 Ｐ 循
环致冷 系统进行变温控制 。
２ 结果 与分 析
Ａ ｓ ａｔ Ｔ ｅ ａｙ ｄ ｎｉ ｔ ｒｃ ｒｔ ｏ ｓｆ 。ｇｎ ｅ ｍｕ ｉ ｌ ｅ ＩＡ ／ ａｓ ｎｕ ｄｔ ｂｔ ｃ： ｓ ｄ ａ ｔ ｓ ｎ ｃａａｔ ｉｉ ｆ 一 ｒａｉ ｄ ｌ 一ａ ｒ ｓＧ Ａ ｑａｔ ｏｓ ｒ ｈ ｔ ｅ ｎ ｒ ｅ ｈ ｅ ｓｃ ｅ ａ ｌ ｚ ｔ ｙ ｎ ｕ ｍ ａ ｄｆ ｅｔ ｅａ ｒ （０ ０Ｋ） ｖ ｂｅ ｓ ｄ ｄ Ｐ ｏｏ ｍｉ ｓ ｎｅ Ｌ ａｄ ｅ ｅ ｌｅ ｔ ｅ ｎ ｔ ｒｔ ｅ 一３０ ｈ ｅ ｎ ｉ ｂ ｈｔｌ ｎ ｃ ｃ （ ） ｔ 一ｒｓｖｄ ｉｒ ｅ ｆ ｍｐ ｕ １ ａ ｅ ｔ ｅ ｙ ｕ ｕ ｅｅ Ｐ ｎ ｉ ｍ ｏ
［ ． ｅａ ｃｎ ａ ｎｉｅｎ ２ ０（ ）２３ ｔｉ ｓｅ ｅｎＥｇｅｉ ，０， ４ ； Ｊ Ｍａｒｌ ｉｃ ｄ ｎ ｒｇ ０ ７ ５ ］ ｓ
一２ ８ ５
常红移及半高宽减小等现象（ 这里未示出 川。 ）
发光强度 随温 度升高 （ １０ ８Ｋ） 约 １ 一１０ 而增 大 是 由于 载 流子 在 不 同 量子 点 层 之 间 的 迁移 产
在４ 一 ０ ０ ７Ｋ范围内， 发光强度随温度升高而
增 大是 由于载流子从同一尺寸分布族 中的尺寸较 小量子 点能级跃迁到尺寸较大量子点能级 中。载 流子在 尺寸不同的量子点之间的弛豫过程使得 发 光强度 的衰退 减缓 ， 载流子 寿命增 加 ， 生如图 会产 ２ 所示 Ｐ Ｌ谱的不均匀变化 ， 会导致 Ｐ 并 Ｌ峰值超
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１ 样品和实验
实验所用样 品选用 Ｖ Ｇ公 司 的 Ｖ ０ ＭＫ 一 ８Ｈ Ｉ分 子束 外 延 （ Ｅ） ＭＢ 生长 系 统在 半 绝缘 ＧＡ ａｓ （０） １０衬底上生长 。包含三 个量子 点层 ， 量子点层 厚度 为 ２ ５ （ ｏｏ ｙｒ， 子 点 上 面 生 长 ． ｍ ｎｌ ｅ） 量 ＭＬ ａ
ｇ ａｅ ｐｒ ｕｅ ｅｅｄｎ ａ ｌ ｔ ｅａ ｒ ＜ Ｋ） ｗ ｉ ａｅ ｓ ｅ ｄ ｔｐ ａｃａａｔ ｉｉ ｙ ｔ ｅ ｔｒ ｉ ｐｎｅｔ ｏ ｅ ｒｔ ｅ ４ ， ｈ ｈ ｃｎｉ ｒ ｔｅ ｉ ｌ ｒｃ ｒｔ ｒ ｅ ａ ｍ ｎ ｄ ｔ ｍｐ ｕ （ ０ ｗ ｃ ｒ ｏ ｄ ｅ ｈ ｙ ｃ ｈ ｅｓｃ
第２ ２卷增刊
２０ ０３年 ６月
山 东科 技 大学 学报 （自然 科 学版 ）
Ｖｌ ２ ｏ２ Ｓｐ ． ｕ
Ｊｕｎｌ Ｓ ａｄｎ Ｕｎｖｒｉ ｏ Ｓ ｉ ｃ ｄ ｃｎｌ ｙ ｔｒｌ ｅｃ） Ｊｎ．０ ３ ｏｒａ ｏ ｈｎｏ ｇ ｉｅ ｔ ｆ ｅｅ ａ Ｔ ｈ ｏ ｇ （ ｕａ Ｓｉｎ ｕ ２ ０ ｆ ｓ ｙ ｃ ｎ ｎ ｅ ｏ Ｎａ ｃ ｅ
图１ 同温度 下测得的 Ｐ 为不 Ｌ谱 。图中虚线 为高斯拟合线 ， 从图中可以看出， 量子点具有两个 发光峰 ， 能 峰的强 度很 大（ 低 整个 测量 温度 范 围 内）而高能峰 的强度较弱 。由于高能峰对整个发 ， 光 的贡献较小 ， 主要讨论低 能峰的发光特性。 图 ２给出样 品发光 峰积分强度 的和峰值能量 Ｐ Ｌ谱寿命 的温度 变化 情况。低温 下（ ４ Ｋ ， ＜ ）发 ０
０ ０ ． １ ５ ０ １ ０ １ ． ． ５ １１
图１ 样品Ｐ Ｌ积分强度及寿命的温度变化 情况
低温下（ ４Ｋ） Ｔ＜ ， ０ Ｐ Ｌ积分强度 、 峰值能量 以 及Ｐ Ｌ寿命均保 持不 变， 是零 维激 子 的典型 特 这 性 。在该温度下 ， 热激发过 程可以忽略 ， 光峰可 发 认 为来 自辐射复合过程 ， 不随温度变化而变化。 它
通过对 多 层 自组织 ＩＡ ／ ａ 量子点 的稳 ｎ ｓＧＡｓ 态和瞬态发 光特 性的研 究 ， 发现量 子点 Ｐ Ｌ谱 的 发光强 度、 发光寿命 及峰值 能量均有 强烈 的温 度 信 赖关 系， 这说明不 同尺寸 量子点之间 、 同量 子 不 点层 之间存 在着 强烈藕合 作用。同时还发 现 ， 不 同尺寸 量子点 之间 的载 流子迁移在 较低温 度（０ ４ － 下起主要作用 ， ７Ｋ） ０ 而载流子在 不同量子点 层 之 间的迁移 则 发生 在较 高温 （ ０Ｋ）并 且 在 ＞ ０ ， １ １０ ９Ｋ左右起主导作用 。 感谢 中科 院半导体所牛智川研究员给我们 提 供 高质 量的量 子点样品。
参 考 文 献： ［］ｊｉ Ｈ ｓ ｎ Ｍａｒ Ｈ．ｐｉ ｌ ｒｃ ｒａｏ ｏ １Ｈｉ Ｍ， ａｓ Ｆ， ａｅ Ｏ ｔａ ｃａ ｔ ｉｔｎ ｒ ｅ ｆ ｃ ｈ ａ ｅｓ ｉ ｆ ｓｌｏｇｎｚ ＩＡ ／ Ａ ｑ ｎｕ ｄ ｓ ｎ ｉ ｄ ｓＧａｓ ａｔｍ ｔ ｇ ｗ ｂ ＭＢ ｅ ｒａ ｅ ｎ ｆ ｕ ｏ ｒ ｏ ｙ Ｅ
光致发光谱 Ｐ ） （ Ｌ 测 量采用 半导 体脉 冲激光 器作 为 激 发 光 源 ， 长 ６８ｍ， 复 频 率 为 波 ３ｎ 重 ４ＭＨ 。时间相关光 致发光谱 （ Ｒ Ｌ 测量使用 ０ ｚ Ｔ Ｐ）
制［， 低维光电子器件的研制提供物理基础。 （为 ３ １
本文利用变 温 （３－２０ １ ０Ｋ）光致 发光谱 （Ｌ ， Ｐ ）瞬 态荧光谱 （ Ｒ Ｌ） 究 了 自组织 多 层生 长 ＩＡ ＴＰ 研 ｎｓ 量子点的发光及激 子的温度 特性 ， 对实验 中观察 到的现象予以解释。
ｐｏ ｌ ｉｓｎｅ Ｐ ） Ｔ ｅ ｌ ｓｏ ｔ ｔ Ｑ ＇Ｐ ｉｅ ａｄ ｎｔ， ｉｅ ｐ ｋ ｒ ｈｏ ｍｎ ｃ ｃ （ＲＬ 一 ｈ ｒｕｓ ｈ ｔ Ｄ ｓ ｎ ｇ ｔ ｉｅ ｉ ｌ ｔ ， ｅｅ ｔｕ ｅｅ Ｔ ｅ ｔ ｈｗ ｈ ｓ ａ ｅ Ｌ ｒｅ ｎ ｓｙ ｉ ｍ ｅ ｎ － ｔ ｔ ｆ ｅ ａ
１４ ８ １．
生〔７ １。这种迁移过程是多声子参与的隧穿过程， ２
低温下 ， 此过程效率不高 ， 但在 温度高 于 １０ 以 ０Ｋ 后 由于量子点 由于量 子点 中载流子的热能开始 大 于或等于激子 限制能 ， 载流子 在不 同量子 点层之
间跃迁的几率增大此过程开始起作用［， ５ 并在约 ］ １０ 达到最大值。 ８Ｋ时 此时从不同量子点层迁移
过来的载流子被 另一层 的全部 量子点 所俘获 ， 使 其发光淬灭较慢 ，Ｌ积分强度增 大， Ｐ 寿命 变大， 同 时Ｐ Ｌ谱 随温度升高产 生均匀 展宽 ， 图 ２所示。 如
［］ｏｅ ｌ Ｍ Ｗａｂｒ ｎ ＪＫ ｒ Ｋ，ｔ Ｓｏａｅ ２１ ｄｆｄ Ｃ， ｕ ｏ Ｒ ａｍｉ ａ ｔｒ ｏ ３ ｅ ｒｔ ， ｅ ｌ ． ｇ ｆ ｅ ｃ ｓ ｈ ｅ ｎ ｆ ｓ ｂ ｄ ｒｎ ａｄ ｌ ｉｓｌ ｓ ｍ ｌ Ｉ ｑａｔｍ ｔ ｌｔ ｅ ｏ ｎ ｏ ｓ ｅ－ａ ｅ ｅ ｒ ｕｎｕ ｄ ｓ Ｏｓ ｏ ［ － ｐ． ｓ Ｌ ｔ ９９ （４ ， ） １ ９一 Ａｐｌ Ｐｙ． ｔ ，１９， ７ ） （３ ： ３ Ｊ ］ ｈ ｅ－ １ ８
３ｍｎＺ ． ｓ应 变缓 冲 层， 着 再 生 长 ｎＩ ．Ｇａ Ａ ０ ａＢ 接
１ｎ ａｓ ０ｍＧ Ａ 隔离层。最后 再生长 １ｎ Ｇ Ａ 保护 ０ｍ ａ ｓ
山 东 科 技 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ）
第 ２ ２卷
光峰的积分 强度 和 Ｐ Ｌ谱寿 命基本 保 持不 变；０ ４ 一 ０ 发光 峰的积分 强度急剧增大同时 Ｐ ８ Ｋ， Ｌ寿命 略有 增加 ；０ ０Ｋ范 围内 ， 度增加 的速度 有 ８ 一１０ 强 所 减缓 ； 再升高 时（１ 一１０ ， 温度 １０ ８Ｋ）积分强 度又 随温度升高而急剧增大 同时 Ｐ Ｌ寿命也 随之 急剧 变大 ； 步升高温 度， 进一 发光峰 的积分强度 和寿命 开始随温度升高而直线下降 。 在 ４ 一８ Ｋ时， ０ ０ 发光峰 的高能端基 本保持 不
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变， 而低能端则随温度升高而红移； 而在 １０ １－
１０ ８Ｋ时 ， 发光 峰则随温度而 整体红移 ， 如图 １ 所 示。这说明在此两 个温度 区域内 ， 发光 峰的强度
Ｃ Ｉ ｆ， ＮＧ ｎ－ ｉ， Ｎ ｕｒｎ ， Ｚ ｎ － ｏｇ ＷＵ ｅｇｙｎ Ａ Ｊ－ Ｋ ｉ ａ Ｏ Ｌ ｇｍｎＣ Ｅ Ｚ － ａ ｉ Ｈ ｈ ｈ ｕ
（ ｐ ｏＰｈａｎ， ａ ｎ ｎｖｎｒ Ｘｉ ｎＦ ｎ １０ Ｃ ｉａ Ｄｅｔ ｙｉ Ｘｉ ｆ ｅ ｍｅ Ｕ ｉｅ ｃ ａ ，ｊｉ ３ ０５， ｎ） ｙ， ｍｅ ａ ６ ｈ
增 强机制并不相同。
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Ｐ ｏ ｎ ｅｇ（Ｖ） ｈｔ Ｅ ｉｙｅ ｏ ｎ
温度进一 步升高 （ ＞ ０ ， Ｔ １ Ｋ）电子 一声子散 ９ 射起 主要作 用 ， 此时 Ｐ Ｌ谱 积分强 度开始 随温度 上升 而下 降， 载流子寿命则开始减小。 ３ 结 论
层 。量 子 点 层 的 生 长 温 度 为 ５０ 其 它 为 １｀ Ｃ， ６０ 。生 长过程用高能电子衍 射（ Ｈ Ｅ 进行 ０｀ Ｃ Ｒ Ｅ Ｄ）
监测 。
材料成为近年来的研究热点之一（ｘ １１ ．
研究 自组织生 长量子点 激子复合 寿命 ， 以 可 获得影响量 子点 激子 动力 学的一 些基 本物 理机
文章编号 ：６２ ３６ （０３ Ｓｐ 一０１ 一０ １７ 一 ７７２０ ）ｕ ＿ ０９ ２
自组织量子点的瞬态光谱性质研究
蔡加法 ， 令民． 主荣 ． 孔 陈 吴正 云
（ 门大学 物 理系 ， 厦 福建 厦 门 ３１０ ） ６ ０５
ｏ ｔｅ ｒ ｆ ｚ ｏ一ｄｍｅ ｓ ｎｌ ｃｔｎ ． ｈ ｅ ｉ ｎｉ ａｅ ｉ ｓ ｏ ｘ ｏ Ｋｅ ｗ ｒ ｓＩＡｓ ａ ｔｍ ｏｓ Ｐ ＴＲＰ ｌｅｉ ｙ ｄ ： ｑ ｎｕ ｄ ｔ； ｏ ｎ ｕ Ｌ； Ｌ； ｔ ｉ ｍｅ ｆ
在半导体量子 点中 ， 由于载 流子在所 有方 向 都受到量子限制 ， 具有独 特的物理 性质和 广阔的 应用前景 ， 计算表 明利用量 子点结构 组成 的 理论 激光器的阂值 电流将大 幅度 降低 。因此 ， 量子点
摘 要： 研究 了多层 自组 织生长 ＩＡ ／ ．ｓ ． ｓＧＡ 量子点 的 Ｐ Ｌ语 的发 光强度 、 发光寿命及峰 值能量 的温度特 性， 发现同一层不 同尺寸童子 ．之 间、 点 不同量子点层之间存在着强烈辐合 ， 对两种拐合机制的 温度特性进行 了 较详细的研究。 关键词 ： Ａ 黄子 点； 致发 光； ｎ ｓ Ｉ 光 瞬态荧光谱 ； 寿命
中分号 ４常 图类 ：３ ０３
文献标识码 ： Ａ
Ｓ ｄ ｏ Ｐ ｏｅｔ ｓ ｉ ｅ ｒｓｌ ｄ ｔ ｕ ｎｓｅｃ Ｔｍ 一 ｅｏ ｅ Ｐ ｏ ｌ ｉｅｃｎｅ ｔ ｙ ｒｐｒ ｅ ｏ ｕ ｎ ｉ ｆ ｖ ｈｏｍ Ｓｕ ｙ Ｓｌ一 ｒａ ｉ ｄ ａ ｔ Ｄ ｔ ｔｄ ｏ ｅ ｏｇｎｚ Ｑ ｎｕ ｏｓ ｆ ｆ ｅ ｕ ｍ