Verbeterde telecom-bereik fotoconductiviteit in metamorfische InAs/InGaAs quantum dots (1,3–1,55 µm)

Samenvatting

Fotoelektrische eigenschappen van de metamorfische InAs/In_xGa_1−xAs quantum dot (QD) nanostrukturen werden bestudeerd bij kamertemperatuur, gebruikmakend van fotoconductiviteit (FC) en fotoluminescentie spectroscopie, elektrische metingen, en theoretische modellering. Vier monsters met verschillende stoichiometrie van In_xGa_1−xAs bekledingslaag zijn gekweekt: indium inhoud x was 0,15, 0,24, 0,28, en 0,31. InAs/In_0,15Ga_0,85As QD structuur bleek gevoelig in de telecom bereik bij 1,3 µm. Naarmate x toeneemt, werd een roodverschuiving waargenomen voor alle monsters, de structuur met x = 0,31 bleek gevoelig bij 1,55 µm, d.w.z. bij het derde telecommunicatievenster. Gelijktijdig werd slechts een lichte daling in de QD FC vastgelegd voor toenemend x, wat een goede fotorespons bevestigt vergelijkbaar met die van In_0,15Ga_0,75As structuren en GaAs-gebaseerde QD nanostrukturen. Ook correleert de FC reductie met een vergelijkbare reductie van fotoluminescentie intensiteit. Door theoretisch het quantum energiestelsel en ladingsdrager lokalisatie in QD's te simuleren, kregen we inzicht in het FC mechanisme en konden we redenen voor de fotostroomreductie suggereren, door ze te associëren met eigenaardig gedrag van defecten in dergelijke structuren. Al dit impliceert dat metamorfische QD's met een hoog x geldige structuren zijn voor opto-elektronische infrarood lichtgevoelige apparaten.

Achtergrond

Metamorfische InAs/In_xGa_1−xAs QD nanostrukturen hebben de laatste decennium veel belangstelling getrokken vanwege veel voordelen [1,2,3,4,5,6,7]. Hun meest aantrekkelijke kenmerk is dat, door de QD's te kweken op een InGaAs metamorfische buffer (MB), men een significante reductie van de overgangsenergie tussen de QD niveaus kan bereiken [8] ten opzichte van conventionele In(Ga)As/GaAs QD structuren. Dit treedt op door de afname van de InAs QD bandgap als gevolg van de rooster mismatch reductie tussen InAs QD's en InGaAs buffer en, dus, de spanning in QD's [9,10,11]. Dus, de toepassing van een MB als begrenzend materiaal stelt de emissiegolflengte waarde dieper in het infrarood (IR) bereik te verschuiven, in het bijzonder in de telecommunicatievensters bij 1,3 en 1,55 µm, terwijl hoge efficiëntie behouden blijft [4, 12, 13]. Verder hebben metamorfische QD's interessante eigenschappen getoond zoals (i) een hoge QD dichtheid [14], (ii) de mogelijkheid om QD en wettinglaag (WL) niveaus wijd te tunen [10, 15], en (iii) goede prestaties van actieve elementen in lichtemitterende apparaten [16]. Echter, recent onderzoek naar diepe niveaus in metamorfische QD's toonde aan dat, ondanks InAs/In_0,15Ga_0,85As QD structuren een totale defectdichtheid dichtbij de QD laag hebben vergelijkbaar met die van InGaAs/GaAs pseudomorfische QD's, metamorfische structuren met hogere x hogere defectdensiteiten demonstreren [17, 18].

Metamorfische InAs QD structuren hebben succesvolle toepassingen gevonden in het ontwerp en fabricatie van IR fotonische en lichtgevoelige apparaten, zoals lasers [19, 20], single-foton bronnen [3, 7, 21, 22], en zonnecellen [23,24,25]. In(Ga)As QD fotodetectors gebaseerd op interband en intersubband overgangen worden momenteel actief onderzocht voor verbeterde detectie van nabij-IR tot langgolvige-IR bereiken vanwege hun respons op bestraling bij normale incidentie [26,27,28,29,30]. Bijvoorbeeld, de intersubband overgangen van elektronen tussen quantum-beperkte niveaus en continuum toestanden kunnen geïnjineerd worden door InAs QD's in InGaAs lagen in te sluiten [29,30,31,32], aangezien dit ontwerp de detectie piekgolflengte instelbaar maakt, de respons te controleren door een extern toegepaste bias en de donkerstroom te verminderen [33, 34]. Tot nu toe zijn er geen papers over de implementatie van metamorfische QD structuren in fotodetectors.

Daarom zijn InAs/In_xGa_1−xAs metamorfische QD nanostrukturen interessante nanostrukturen, die emissie of fotoresponsiviteit in de 1,3- en 1,55-µm IR bereiken toelaten [1,2,3,4,5,6,7]. Verder werd door ons eerder gerapporteerd dat verticale InAs/In_0,15Ga_0,75As QD structuren fotosensitiviteit kunnen behouden vergelijkbaar met die van GaAs-gebaseerde [5]. Echter, dergelijke metamorfische structuren worden zelden bestudeerd in fotoelektrische metingen met een laterale geometrie, waar de fotostroom verloopt via in-plane transport van ladingsdragers over kanalen tussen twee bovenste contacten. Vaak vormen de QD lagen samen met de geassocieerde WL deze geleidingskanalen in de laterale geometrie-ontworpen GaAs-gebaseerde structuren [38]. Vanwege dit eigenaardige type geleiding, wordt geglove dat QD fotodetectors met laterale transport potentieel hebben voor hoge fotoresponsiviteit [39, 40]. Een diepgaande studie van metamorfische InAs/InGaAs QD nanostrukturen in de laterale configuratie kan fundamentele kennis verschaffen over het fotoconductiviteits (FC) mechanisme en efficiëntie van de in-plane ladingsdrager transport. In ons recente paper gewijd aan defecten in metamorfische QD structuren [17], rapporteerden we laterale FC metingen bij lage temperaturen, overwegend alleen de IR spectra randen afkomstig van defecten. Echter, geloven we dat een juiste karakterisatie en fundamenteel onderzoek van de structuur bij kamertemperatuur kostbare inzichten kan geven voor verdere verbeteringen van nieuwe lichtgevoelige apparaten als nabij-IR fotodetectors, lineaire arrays, en camera matrices, door metamorfische QD's te implementeren.

In het huidige werk bestudeerden we in-plane fotoelektrische eigenschappen van de metamorfische InAs/In_xGa_1−xAs QD nanostrukturen gekweekt door moleculaire bundel epitaxie met verschillende In samenstelling x, gebruikmakend van FC en fotoluminescentie (FL) spectroscopie, laterale elektrische metingen, en modellering berekeningen. In het bijzonder focusten we op de observatie van een mogelijke roodverschuiving van de QD laag fotorespons naar het IR boven 1,3 µm terwijl fotosensitiviteit behouden blijft alike voor In_0,15Ga_0,85As en GaAs QD lichtgevoelige structuren. Een hoge fotosensitiviteit in de nabij-IR golflengtebereik bij kamertemperatuur is een indicatie dat deze nanostrukturen nuttig kunnen zijn niet alleen voor apparaten gebaseerd op interband overgangen maar ook voor intersubband fotodetectors werkend boven 10 µm.

Methoden

Monsterbereiding en beschrijving

De bestudeerde structuren schematisch getoond in Fig. 1 werden gekweekt door moleculaire bundel epitaxie. Ten eerste werd een semi-isolerende (100) GaAs substraat bedekt door een 100-nm dikke GaAs buffer bij 600 °C, gevolgd door de depositie van een ongedopte InGaAs MB 500 nm in dikte bij 490 °C. Daarna, na een voorafgaande groeionderbreking van 210 s om het substraat af te koelen, werden 3,0 MLs (monolagen) InAs gekweekt bij 460 °C. Ten slotte werden deze zelf-geassembleerde QD's bedekt door 20 nm ongedopte In_xGa_1−xAs met dezelfde MB stoichiometrie. Vier monsters met verschillende stoichiometrie van In_xGa_1−xAs bekledingslaag zijn gefabriceerd: In inhoud x was 0,15, 0,24, 0,28, en 0,31.

Kleur online. Schema van de metamorfische InAs/In_xGa_1−xAs QD structuren en hun verbinding voor de fotoelektrische metingen

Theoretische modellering

Voor metamorfische structuurontwerp alsmede begrip van het energieprofiel, werden berekeningen van het quantum energiestelsel samengesteld door In(Ga)As QD's, ongedopte MB, en kaplaag uitgevoerd met behulp van de Tibercad software [41] die we aantoonden adequate te zijn om de optische eigenschappen van halfgeleider laag-dimensionale nanostrukturen te simuleren [2, 15, 42].

We overwegen een InAs QD met afgeknotte kegelvormige vorm en afmetingen genomen van experimentele atoommicroscopie data [14]; we includeren de aanwezigheid van InAs WL, wiens parameters afhangen van de In_xGa_1−xAs metamorfische laag eigenschappen [15].

Eerst worden spanningberekeningen voor de structuur gemaakt, door de spanningstensor componenten van de QD te berekenen, geïnduceerd door de mismatch f_QD tussen de QD en MB, gedefinieerd als

$$ {f}_{\mathrm{QD}}=\left[{a}_{\mathrm{InAs}}\hbox{--} {a}_{\mathrm{MB}}(x)\right]/{a}_{\mathrm{MB}}(x) $$ (1)

waarbij a_MB(x) de roosterparameter is van In_xGa_1−xAs MB en a_InAs de roosterparameter van InAs. Vervolgens hangen bandprofielen voor QD's en inbedde lagen af van de deformatiepotentialen van de relevante materialen (InAs voor QD's en WL's en ontspannen InGaAs voor MB).

Ten slotte wordt de Schrödinger vergelijking

$$ \boldsymbol{H}\psi = E\psi $$ (2)

opgelost in de envelopfunctiebenadering door een single-band, effectieve-massa benadering voor elektronen en 6 banden k•p benadering voor gaten, waar de 3D Hamiltonian is

$$ \widehat{H}=-\frac{\upeta^2}{2}{\nabla}_{\mathbf{r}}\left(\frac{1}{m\left(E,\mathbf{r}\right)}\right){\nabla}_{\mathbf{r}}+V\left(\mathbf{r}\right), $$ (3)

met V(r) de 3D potentieel.

Zo'n benadering wordt als voldoende beschouwd bij QD grondtoestandsberekening [2]. Grondniveaus voor elektronen en zware gaten worden dus verkregen, naast hun kansdichtheden. Fotoluminescente emissie-energieën werden afgeleid door het energieverschil tussen beperkte niveaus voor elektronen en zware gaten te nemen, verminderd met 20 meV om excitonische effecten in overweging te nemen.

Fotoelektrische karakterisatie

Voor de laterale fotoelektrische metingen, werden twee InGa eutectische oppervlaktecontacten gedeponeerd over 5 × 2 mm stukken van de structuren. Gemeten lineaire I–V karakteristieken gegeven in Fig. 2 hebben de contact ohmiciteit bevestigd. De stroom door de monsters werd gemeten met een Siglent SDM3055 multimeter, gebruikmakend van een standaard dc techniek [43, 44] als een spanningsval over een serie belastingsweerstand R_L van 1 MΩ, wat veel minder was dan de monsterweerstand. Fotostroom werd geëxciteerd door een 250-W halogeenlamp licht verdeeld met een prismamonochromator, en FC spectra werden opgenomen in het bereik van 0,6 tot 1,6 eV [44,45,46]. De spectra werden genormaliseerd aan het excitatie quanta aantal van de lichtbron. FL spectra werden verkregen met een 532-nm laser als excitatiebron met een vermogensdichtheid van 5 W/cm². Alle metingen werden uitgevoerd bij kamertemperatuur (300 K).

Kleur online. I–V karakteristieken van de InAs/In_xGa_1−xAs structuren met x = 0,15 (a), 0,24 (b), 0,28 (c), en 0,31 (d) voor het donker (zwart) en onder een verlichting van 350 µW/cm² (kleur) bij energië van FL spectrum piek (QD excitatie) en 1,3 eV (effectieve absorptie in InGaAs). Insets: fotostroom afhankelijkheden van bias spanning

Resultaten en discussie

FC spectra van de bestudeerde metamorfische InAs/In_xGa_1−xAs QD structuren bij kamertemperatuur zijn gegeven in Fig. 3 tezamen met de FL banden, die de optische overgangen tussen QD grondtoestanden tonen. De relatieve intensiteiten en posities van de FL banden worden ook getoond in Fig. 4b. Kenmerken door QD's, InGaAs begrenzende lagen, en GaAs bodemlagen worden waargenomen op de FC curves. Het fotostroomsignaal bij energië beneden de FL band onsets zou gerelateerd kunnen zijn aan structuurdefecten eerder gedetecteerd [17].

Kleur online. FC spectra van de metamorfische InAs/In_xGa_1−xAs structuren bij kamertemperatuur en een bias van 11 V voor x = 0,15 (a), 0,24 (b), 0,28 (c), en 0,31 (d). De excitatie-intensiteiten voor de zwarte, rode, en blauwe curves bij 1,3 eV corresponderen met 88, 350, en 1400 µW/cm², respectievelijk. FL spectra in arbitraire eenheden zijn gegeven voor de energiepositionering van QD grondtoestand overgangen. De verticale pijlen markeren de InGaAs bandgaps (ε_g) berekend volgens Paul et al. [48] en spectrale posities, waar de FC afhankelijkheden van excitatie-intensiteit werden gemeten (gegeven in Fig. 5)

Kleur online. Modelleringsberekeningen voor de metamorfische InAs/In_xGa_1−xAs QD structuren: a bandprofielen in de structuren met verschillende x langs de groeias; b de echte QD FL banden en hun berekende piekposities (gestippelde verticalen); en c kansdichtheden van de begrensde elektronen en gaten voor de InAs/In_0,15Ga_0,85As QD. Alle berekeningen van gemodelleerde structuren werden uitgevoerd voor 300 K

De onderzochte metamorfische InAs/In_0,15Ga_0,85As QD structuur bleek gevoelig in de telecom bereik bij 0,95 eV (1,3 µm) (Fig. 3a). Naarmate x toename, werd een roodverschuiving waargenomen voor alle monsters: de structuur met x = 0,31 bleek gevoelig bij 0,8 eV (1,55 µm) (Fig. 3d), d.w.z. bij het derde telecom venster [47]. De verschuiving is gerelateerd aan de reductie van de rooster mismatch tussen de materialen van InAs QD en In_xGa_1−xAs buffer met een toename in x en, dus, een afname in de spanning in QD's. Dit leidt tot een vernauwing van de InAs QD bandgap en, op zijn beurt, tot de roodverschuiving van de FL band alsmede de fotorespons onset naar IR [1,2,3,4,5,6, 19, 35].

Gelijktijdid werd slechts een lichte daling in het QD fotostroomsignaal vastgelegd, wat de behoud van een goede fotoresponsiviteit bevestigt, vergelijkbaar met die van het In_0,15Ga_0,75As monster. Zoals we recent bespraken [5], tonen metamorfische QD structuren met x = 0,15 een fotorespons heel vergelijkbaar met die van pseudomorfische InAs/GaAs QD nanostrukturen. Ook correleert de FC reductie met de FL een zoals te zien is in Fig. 3.

Zo'n effect voor onze monsters bleek het meest opvallend in Fig. 2, waar de I–V afhankelijkheden in het donker en onder verlichting bij verschillende karakteristieke spectrale punten op bias spanning worden getoond, tezamen met de fotostroom afhankelijkheden in de insets. Net als in Fig. 3, impliceert de fotostroomwaarde slechts het foto-geïnduceerde deel van de stroom verkregen uit de totale stroom onder verlichting door de donkerstroomwaarde af te trekken. Deze spectrale punten zijn de FL band maximas en 1,3 eV, waar een effectieve band-naar-band absorptie in InGaAs MB plaatsvindt. Net als voor de donker I–V karakteristieken, zijn deze afhankelijkheden lineair-achtig binnen de experimentele fout.

De beste fotorespons werd gemeten in de structuur met de minimale In inhoud in de begrenzende lagen. Het had ook de laagste donkerstroom. De fotostroomwaarde bij het toegepaste excitatieniveau (350 µW/cm²) in de InAs/In_0,15Ga_0,85As structuur was twee tot drie keer boven de donkerstroom toen MB gepompt werd. De fotorespons bij QD excitatie was vergelijkbaar met de donkerstroom; echter, moet overwogen worden dat onze structuren slechts één QD laag hadden. Fabricatie van meervoudige QD structuren zou zeker leiden tot een significante toename in de IR fotorespons. Andere structuren met hogere x onthulden lagere fotostroomsignalen; de gedetecteerde magnitudes bij beide spectrale punten waren ongeveer een orde lager dan de donkerstroomwaarden in een wijd bereik van de toegepaste spanning. De laagste fotorespons werd gevonden voor de InAs/In_0,31Ga_0,69As structuur met de maximale MB In inhoud.

Meest waarschijnlijk is deze fotoresponsiviteitsdaling gerelateerd aan een toename in de MB defectdichtheid met x

, wat eerder voor deze structuren bepaald werd, diep-niveau thermisch gestimuleerde stroom spectroscopie [17] empleerende, dat goed correleerde met structurele analyse van dergelijke nanostrukturen [1]. We hebben gerapporteerd dat de InAs/In_0,15Ga_0,85As QD structuur een totale defectdichtheid dichtbij de QD laag had vergelijkbaar met InGaAs/GaAs, terwijl andere structuren met hogere In inhoud hogere dichtheden van defecten demonstreren zoals de bekende GaAs-gerelateerde puntdefect complexen EL2, EL6, EL7, EL9, en EL10 dichtbij de QD laag en drie niveaus toegeschreven aan uitgebreide defecten die door de buffer propageren.

Met betrekking tot de spectrumvorm (Fig. 3), boven de QD excitatie, vindt lichabsorptie en, dus, ladingsdrager generatie voornamelijk plaats in de MB bij energië boven de InGaAs begrenzende laag bandgap ε_g, welke waarden voor verschillende x werden geschat door een empirische formule [48]. Het is echter opmerkelijk dat een toename in fotonenergie boven ε_g leidt tot een lichte daling van de fotorespons. Natuurlijk bevestigt dit dat metamorfische QD's, ondanks effectieve recombinatiecentra te zijn [1, 2, 12, 22], efficiëntere bijdragers zijn tot fotostroom dan MB [5, 6, 23].

Om het FC mechanisme van deze eigenaardigheid te begrijpen, moet men kijken naar Fig. 4a, waar we de berekende QD bandprofielen langs de groeirichting voor onze monsters tonen. Berekeningen worden gevalideerd door het resultaat van quantum energieniveaus voor elektronen en gaten: de verwachte FL emissie-energieën zijn in overeenstemming met de FL QD grondtoestand overgang experimenteel gemeten (Fig. 4b). In Fig. 4c tonen we de gesimuleerde kansdichtheden voor begrensde elektronen en gaten, verkregen door de ladingsdrager golfvuncties berekend met de Tibercad modellering, die een hogere lokalisatieniveau voor zware gaten in vergelijking met elektronen aangeven.

Om bij te dragen aan het fotostroomsignaal, moeten elektronen-gaat paren gegenereerd door QD interband absorptie ontsnappen uit QD's door thermische emissie. In een eerdere studie [49], werd vastgesteld dat in metamorfische QD's elektronen en zware gaten simultaan uit QD's ontsnappen als gecorreleerde paren. Bovendien werd ook gedemonstreerd dat de activeringsenergie voor zo'n proces correspondeert met de som van de activeringsenergieën voor de twee deeltjes [50].

Terwijl thermische kwelling van FL emissie van metamorfische QD's bestudeerd werd [10, 51], bewezen we dat dergelijke activeringsenergieën gelijk zijn aan de som van de energiedistantie van de WL niveaus en QD toestanden en gaan van 250 meV voor x = 0,15 naar beneden tot 150 meV voor x = 0,31. Zoals breed besproken in Ref. [51], veroorzaken deze waarden een sterke kwelling van de FL emissie bij kamertemperatuur via de thermische ontsnapping van begrensde ladingsdragers.

Op dergelijke basis kunnen we afleiden dat ladingsdragers geëxciteerd in QD's thermisch kunnen ontsnappen naar WL en MB: daar worden elektronen en zware gaten gescheiden door de bandbuiging in de QD omgeving (Fig. 4a), wat de gaat terug naar QD's bevordert en, terwijl een barrière voor elektronen zijnde, effectief hun radiatieve recombinatie onderdrukt. Als gevolg worden zware gaten geconcentreerd aan de QD periferie (Fig. 4c), terwijl elektronen vrij zijn om te bewegen langs de potentieelput van WL en MB bijdragend aan de geleiding. Het is de moeite waard te noteren dat in Ref. [49] besproken wordt dat, hoewel gecorreleerd tijdens het ontsnappingsproces, ladingsdragers bij kamertemperatuur niet als excitonen beschouwd kunnen worden; vandaar kunnen ze gemakkelijk gescheiden worden door de bandbuiging in de omgeving van QD's.

Anders, bij het exciteren van de MB, worden niet-evenwichts gaten gegenereerd in de begrenzende lagen en recombineren ze met elektronen. Het moet hier vermeld worden dat de WL bekend is als een geleidingskanaal voor nanostrukturen gebaseerd op GaAs [52] en, in onze laterale structuren ontworpen met oppervlaktecontacten, is er geen heterojunctie, dus worden ladingsdragers efficiënt verzameld vlakbij het oppervlaktevlak.

In Fig. 3, de val van FC signaal net boven ε_g verandert in een stijging bij hogere energië, bijv. boven 1,3 of 1,1 eV voor monster met x van 0,15 of 0,31, respectievelijk. Dit was denkbaar veroorzaakt door optische absorptie dichter bij het oppervlak en QD laag, dus ondiepere vallen betrokken. Zoals vastgesteld voor deze structuren door thermisch gestimuleerde stroom spectroscopie en diep-niveau transiente spectroscopie [17, 18], zijn de diepere elektronenvallen voornamelijk gelegen in de InGaAs MB laag, terwijl de ondiepere geconcentreerd zijn dichtbij het oppervlak (in relatie tot deze monsters, dichtbij de QD laag). De elektronen gevangen in de ondiepere vallen kunnen gemakkelijker terug ontsnappen naar het geleidingsband bij kamertemperatuur. Dus, vrije elektronen dichtbij de QD laag zijn mobieler dan die dieper in de MB geëxciteerd en geven dus een hogere bijdrage aan de ladingsoverdracht. Verder kunnen de elektronen, gegenereerd dichtbij het oppervlak, vrij overgaan naar het WL geleidingskanaal.

De relatieve bijdrage van verschillende optische overgangen aan de structuur fotorespons varieerde met pompintensiteit. Dit is beter waarneembaar in Fig. 5, wat fotostroomwaarden toont als functie van de excitatie-intensiteit bij verschillende karakteristieke spectrale punten: de onset van de FL band (resonante excitatie van het QD ensemble) of efficiënte band-naar-band absorptie in InGaAs (1,3 eV) en GaAs (1,5 eV).

Kleur online. Fotostroom vs excitatie-intensiteit voor de InAs/In_xGa_1−xAs structuren met a x = 0,15 en b 0,31. De lijnen zijn de fitting door functies f(x) ~ x^α

De structuren met verschillende In inhoud in de begrenzende lagen demonstreerden vergelijkbare afhankelijkheden bij equivalente spectrale bereiken. Dus, de band-naar-band excitatie in GaAs (1,5 eV) toont een kwadratische afhankelijkheid bij de meeste intensiteitswaarden. Dit is typisch voor de band-naar-band recombinatie van niet-evenwichts ladingsdragers, bijvoorbeeld wanneer ze hoog predominant zijn onder de evenwichts ladingsdragers [53]: dit is verwacht in onze ongedopte structuren. De afhankelijkheden in het geval van excitatie in de QD en InGaAs begrenzende lagen zijn erg vergelijkbaar met elkaar maar verschillend van die voor GaAs. Ze zijn lineair bij lage excitatie-intensiteiten en worden sublineair bij hogere intensiteiten. Dit gedrag wijst duidelijk op ladingsdrager recombinatie met Shockley-Read centra: de lineaire afhankelijkheid wordt sublineair, naarmate sommige van de centra verzadigd raken bij hogere ladingsdrager generatiesnelheden [54]. Deze resultaten van intensiteits-afhankelijke metingen duiden duidelijk op een efficiënte generatie van hoofd ladingsdragers bij een relatief lage recombinatiesnelheid in QD inbedde lagen en een veel hogere dichtheid van recombinatiecentra in GaAs lagen. Bijvoorbeeld, tijdens de QD excitatie in vergelijkbare karakterisaties, toonden InGaAs/GaAs QD foto-gevoelige structuren een afhankelijkheid van intensiteit als FC(I) ~ I^0,25, wat plaatsvond door een hoge snelheid van de niet-radiatieve recombinatie door defectniveaus samen met QD radiatieve recombinatie [40, 55]. Het is echter de moeite waard te noteren dat de InGaAs/GaAs structuur meervoudig gelaagd was met zeven QD lagen.
x > 0,15, geavanceerde ontwerpen die spanning-gerelateerde defecten toelaten te controleren, moeten gebruikt worden, vergelijkbaar met wat gedaan werd voor de ontwikkeling van metamorfische QD's [19, 20, 37]; (ii) meervoudige stapels van QD's (met een minimum van 10 lagen) zijn nodig om een QD FC boven de donkerstroom te verkrijgen [27, 56]; en (iii) als een hogere insluiting van zware gaten gunstig is voor de fotostroom verkregen bij het exciteren van QD's, geavanceerde ontwerpen met hogere-bandgap barrières voor zware gaten kunnen overwogen worden [51, 57]. Daarom kunnen deze bevindingen zeer nuttig zijn voor het ontwerp van metamorfische QD's gericht op IR detectie en de ontwikkeling van metamorfische QD fotodetectors.

Conclusies

Fotoelektrische eigenschappen van de metamorfische InAs/In_xGa_1−xAs QD nanostrukturen werden bestudeerd bij kamertemperatuur, gebruikmakend van FC en FL spectroscopie, elektrische metingen, en theoretische model simulatie. De bestudeerde metamorfische InAs/In_xGa_1−xAs QD nanostrukturen bleken gevoelig in de telecommunicatievensters bij 1,3 (x = 0,15) en 1,55 µm (x = 0,31). Echter, de QD FC alsook de FL efficiënties van de structuren met hogere In inhoud in MB werden geschat als lager en, niettemin, vergelijkbaar met die van de InAs/In_0,15Ga_0,85As structuur, die gevoeligheid heeft vergelijkbaar met InGaAs/GaAs QD structuren. Deze fotoresponsiviteitsreductie is gerelateerd aan een toename in de MB defectdichtheid met x. Ook, dankzij modellering berekeningen, gaven we inzichten in het FC mechanisme in het onderzochte type QD structuren. Al dit impliceert dat metamorfische QD's met een hoog x geldige structuren zijn voor opto-elektronische IR lichtgevoelige apparaten, mits sommige zorgpunten adressed worden door optimalisatie van het ontwerp van de nanostruktuur.

Afkortingen

ε_g :: Bandgap van de InGaAs begrenzende laag
E_c en E_v :: Energie van geleidings- en valentiebanden
IR:: Infrarood
MB:: Metamorfische buffer
ML:: Monolaag
FC:: Fotoconductiviteit
FL:: Fotoluminescentie
QD:: Quantum dot
R_L :: De belastingsweerstand
WL:: Wettinglaag

Mecanisme van helicale nanovezelvorming via co-elektrospinnen van celluloseacetaat en thermoplastisch polyurethaan Snelle SET en trage RESET: Asymmetrische weerstandsschakeling in BaTiO₃/Nb:SrTiO₃ epitaxiale heterojuncties

Nanomaterialen

Metaal

Hars

vezel

Samengesteld materiaal