Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

สมบัติเชิงแสงของชั้นควอนตัมดอตอินเดียมอาร์เซไนด์ที่ปลูกซ้อน ทับกันบนพื้นผิวลายตาราง

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Optical properties of stacked InAs quantum dots grown on cross-hatch patterns

Year (A.D.)

2013

Document Type

Thesis

First Advisor

ทรงพล กาญจนชูชัย

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมไฟฟ้า

DOI

10.58837/CHULA.THE.2013.1218

Abstract

วิทยานิพนธ์ฉบับนี้นำเสนอการเปลี่ยนแปลงสัณฐานวิทยาพื้นผิวที่ส่งผลต่อสมบัติเชิงแสงของควอนตัมดอต InAs และชั้นคั่น GaAs จำนวน 1, 3 และ 5 ชั้น บนพื้นผิวลายตาราง In0.2Ga0.8As ซึ่งเป็นโครงสร้างหลักของทุกชิ้นงาน สัณฐานวิทยาพื้นผิวถูกศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม เมื่อชั้นคั่น GaAs หนา 10 nm การเพิ่มจำนวนชั้นของ InAs จาก 1 ไป 3 ส่งผลให้ aspect ratio เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ความสูงของควอนตัมดอตเพิ่มขึ้น 2 nm และค่าโพลาไรซ์ (DOP) เพิ่มขึ้น 38% จากการวัดโดยเทคนิคโพลาไรเซชันโฟโตลูมิเนสเซนซ์ (PPL) อย่างไรก็ตามเมื่อจำนวนชั้นของ InAs เพิ่มจาก 3 ไป 5 aspect ratio จะอิ่มตัวโดยความสูงของควอนตัมดอตลดลง 2 nm และ DOP ลดลงเหลือเพียง 3% ความสัมพันธ์ดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าสมบัติโพลาไรซ์ของแสงที่เปล่งออกมาจะถูกกระทบโดย aspect ratio และความสูงของควอนตัมดอตเป็นอย่างมาก เมื่อปรับความหนาของชั้นคั่น GaAs เปลี่ยนเป็น 6 และ 3 nm aspect ratio ของควอนตัมดอตจากชิ้นงานที่มี InAs 1, 3 และ 5 ชั้น มีค่าใกล้เคียงกันเมื่อความหนาชั้นคั่น 6 nm แต่จะแตกต่างกันอย่างชัดเจนที่ความหนาของชั้นคั่น 3 nm ความสูงเฉลี่ยควอนตัมดอตของชิ้นงานที่ความหนาชั้นคั่น 6 และ 3 nm มีการเปลี่ยนแปลงที่คล้ายกันคือ มีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อจำนวนชั้นเพิ่มขึ้นจาก 1 เป็น 3 ชั้น แต่จะลดลงเมื่อจำนวนชั้นเพิ่มขึ้นเป็น 5 ชั้น ความสูงเฉลี่ยควอนตัมดอตของชิ้นงานที่ความหนาชั้นคั่น 6 nm สูงกว่าชิ้นที่ความหนาชั้นคั่น 3 nm จากความเครียดที่เพิ่มขึ้นของการลดความหนาชั้นคั่นทำให้ควอนตัมดอตก่อตัวได้เร็วขึ้น การเปลี่ยนแปลงสัณฐานวิทยาพื้นผิวดังกล่าวจะทำให้เราสามารถปรับปรุงสมบัติโพลาไรซ์ของแสงที่เปล่งออกมาได้เพิ่มเติม

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

This thesis reports the effect that morphological changes of the 1-, 3- and 5-stack of InAs quantum dots (QD) with GaAs spacer grown on In0.2Ga0.8As cross-hatch pattern (CHPs), the main structure of this work, have on the optical properties. Surface morphology is characterized by atomic force microscopy. When the GaAs spacer thickness is 10 nm, increasing the number of stack from 1 to 3 results in a rapid increase of the aspect ratio, a 2-nm increase of QD height, and 38% increase of the degree of polarization (DOP) of the output emission as measured by polarization photoluminescence (PPL) measurements. As the number of stack increases from 3 to 5, however, the aspect ratio saturates, QD height decreases by 2 nm, and the DOP drops to 3%. The polarization of output emission is thus significantly affected by aspect ratio and QD height. When the GaAs spacer thickness changes to 6 and 3 nm, the aspect ratio of the 1-, 3- and 5-stack samples are approximately the same in the case of the 6-nm spacer, but are distinctly different in the case of the 3-nm spacer. The changes of QD average heights for the 6- and 3-nm GaAs spacer samples are similar: increases as the number of stack increases from 1 to 3, but decreases as the number of stack increases to 5. The average QD height for the 6-nm spacer samples is greater than those for the 3-nm spacer samples as a result of increasing strain which in turn accelerates the QD self-assembly process. These surface morphological changes allow further engineering of the polarization property of the emission.

Link to Full Text

Share

COinS