论文部分内容阅读
半导体量子点是一种三维受限半导体纳米结构，量子点中导带电子和价带空穴被限制在三维纳米尺寸范围内运动，形成了分立的能级，态密度分布类似于δ函数，被称为“人造原子”。量子点的独特物理性质显示它在固态单光子源、纠缠光子源和量子信息领域中的巨大应用价值。理想的单光子源应具有高单光子纯度、高全同性和高发射速率。目前报道的量子点最大单光予发射速率约MHz，低于期望的几百MHz以上（接近实用的发射速率）。因此，如何提高量子点荧光的发射速率和提取效率是非常重要的。本论文开展了对InAs/GaAs单量子点荧光提取效率的提高和波长的调谐研究。主要结果如下: 1.采用光学方法确定InAs/GaAs单量子点在样品外延面上的位置坐标，利用AlAs牺牲层把含有量子点的GaAs层剥离并放置在金纳米颗粒或平整金膜上，研究不同量子点周围环境对量子点自发辐射寿命及发光强度的影响。实验结果显示，剥离前后量子点发光寿命的变化小于13％，置于金纳米颗粒上的量子点发光强度是剥离前的7倍，置于平整金薄膜上的量子点发光强度是剥离前的2倍。分析表明在金纳米颗粒膜上的量子点荧光强度的增加主要来自于金纳米颗粒对量子点荧光的散射效应，从而提高量子点荧光的提取效率。 2.采用低温连续加压金刚石对顶砧装置实现了静水压压力低温原位调谐InAs/GaAs单量子点的发光波长与微腔腔模的耦合(微腔由上金圆饼和下分布布拉格反射镜(DBR)构成）。实验结果显示，存静水压的作用下，量子点在直径为20μm和40μm的金圆饼与下DBR构成的微腔中经历了与微腔的不耦合、弱耦合和完全耦合过程。随着量子点和微腔耦合程度的增强，量子点的荧光强度逐渐增强，荧光强度增强的最大倍数分别约为33和22倍，但在耦合过程中，饱和激发功率基本没有改变，量子点的寿命也基本没有改变。 3.设计并制作了一款适用于低温恒温器的单轴应力装置，最低工作温度为5K，可以在不同方向给样品实施单轴应力。测量了InAs/GaAs单量子点中单激子和双激子的能量、双激子的束缚能及精细结构劈裂随单轴应力的变化。实验发现，外加单轴张应力调谐量子点发光波长，使其红移了5 nm;量子点的激子精细结构劈裂调谐到最小值约10μeV，双激子的束缚能由460μeV减小到106μeV。这项技术为调节量子点形状的对称性、激子能量、双激子的束缚能及激子精细结构劈裂提供了一个简单方便而有效地方法，为制备基于双激子-单激子的级联发射的纠缠光子和不可分辨光子提供了技术平台。