半导体量子线近红外微发光研究

纳米尺度结构(量子点和量子线)正在被广泛研究，以期建造更多奇异的设备，如更高效的激光器和led，或量子信息处理组件。正在研究的一种材料是基于InAs的半导体量子线。

由于它们的近红外光学特性，人们正在对它们进行研究。Benito Alén博士及其同事对孤立InAs纳米线(QWRs)的基础研究报告指出，在相关电子系统中，基于金属-绝缘体过渡的新行为。他们利用近红外光致发光(NIR- pl)研究了相变对激发功率和温度的依赖关系。

图1:研究QWRs的AFM图像(Courtesy Dr B Alén, CSIC, Madrid)

单个半导体量子线的光致发光分析是研究一维空间内电子和空穴间吸引和排斥库仑相互作用的宝贵工具。在这些系统中，电子和光学性质的变化取决于捕获载流子的数量，但对发射光谱的影响可以被掩盖，如果许多不同尺寸的QWRs贡献了发射光。为了确定其背后的物理原理，并使实验数据与现有理论相对照，必须使用高空间分辨率技术和高灵敏度光探测器对单个量子阱发射的光子进行检测。西班牙conjo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)和西班牙瓦伦西亚大学的研究人员已经证明了这种方法对InAs/InP QWRs发射在1.5µm。

激光发射阈值低、温度灵敏度降低、表面复合速度慢的预测，极大地推动了近年来用于光电应用的III-V半导体QWRs的研究。万博电脑网页版登录其中，自组装InAs/InP QWRs的自发辐射可调谐到1.6µm以上，面积密度降低到每平方微米几个QWRs。因此，它们是在通信光谱区域制造先进光源和研究新型半导体物理的理想候选人。对于后者，利用低温下的近红外微光致发光(law - law -PL)技术，在这些纳米结构中直接研究了一维激子的集体现象，并由B. Alén等人发表在《物理评论快报》上

图2。典型的单个QWR发射谱在5 K时随激发功率的增加而测量。(感谢B博士Alén, CSIC，马德里)

该系统由光纤共聚焦显微镜装置组成，该装置插入浸入式液体He低温恒温器的交换气室中。950 nm半导体激光器的激发光通过单模光纤进入显微镜，单模光纤的核心是激发针孔。激光通过物镜(NA=0.55)聚焦到样品上，在激发波长处产生衍射限制光斑。几个QWRs发出的光出现在激发点(请参见图1)的AFM图像收集同样的目标,集中到一个不同的光纤进而在其另一端连接一台光谱仪配备了TE冷却和或iDus InGaAs (du490a - 1.7)相机。由于iDus InGaAs阵列的多通道探测能力和冷却阵列的低暗电流，单个QWRs发出的微弱光可以通过10到100秒的曝光时间检测到。这些样品是在InP(001)衬底上外延生长InAs结构的自组装方法制成的，该条件优先导致QWRs的形成，而不是量子点(QDs)。利用反射高能电子衍射(RHEED)和原子力显微镜(AFM)分析了单个QWRs的形貌和长宽比。这些结构通常是20 nm宽，200 nm长，对应的纵横比约为1:10。实验研究了样品在激励功率的变化下的行为，功率从8兆瓦到260兆瓦。他们还研究了温度依赖性。

图2描述了在单个QWR上收集的典型的µ-PL光谱作为激励功率密度的函数的例子。由于量子约束尺寸效应，不同尺寸的量子阱发射出的能量不同，但随着光生载流子密度的增加，它们呈现出相似的趋势。通过分析在低激励和高激励下观察到的几个光谱特征的线形，可以详细研究这些系统中由增强库仑关联控制的金属-绝缘体跃迁。在低功率时，光谱特征以~0.812 eV(~ 1528 nm)为主，而在高功率时，光谱特征以~0.807 eV(~1538 nm)为主。载流子密度变化引起的PL发射变化表明了金属-绝缘体的转变。光谱显示，绝缘激子气体(与高能峰-蓝色相关)凝聚成金属类电子空穴液相(与低能带-红色相关)，载流子密度增加。

Alén和同事清楚地证明了相关电子系统中金属-绝缘体跃迁的新行为，正如在近红外发射的单个InAs/InP QWRs中实现的那样。他们开发了基于µ-PL的技术，可以探索载流子相互作用及其对光激发功率和温度的依赖。这些基础研究将为未来诸如高效微/纳米激光器和led等奇异器件的发展奠定基础。

承认

感谢Benito博士Alén, IMM-CSIC，马德里和西班牙瓦伦西亚大学Juan Martinez Pastor教授。

参考文献

1) D. Fuster, B. Alén, L. González, Y. González和J. Martínez-Pastor，“自组装InAs/InP(0 0 1)量子线形成的初始阶段”。晶体生长学报(2007)，705。

2)李建军，“一种单光子晶体微腔激光器的室温连续波操作”，光子学报，2009,34(2)，388 - 388。

3) B. Alén, D. Fuster, G. Muñoz-Matutano, J. Martínez-Pastor, Y. González, J. Canet-Ferrer and L. González，“单半导体量子线中的激子气体压缩和金属凝聚”，物理学报。Rev. Lett. 101(2008) 067405。