二维GaAs 基光子晶体微腔的制作与光谱特性分析

彭银生; 叶小玲; 徐波; 牛洁斌; 贾锐; 王占国; 梁松; 杨晓红

doi:10.7498/aps.59.7073

摘要

研究了以InAs量子点为有源区的二维GaAs基光子晶体微腔的设计与制作,测试并分析了室温下微腔的光谱特性.观察到了波长约为1137 nm,谱线半高宽度约为1 nm的尖锐低阶谐振模式发光峰.我们比较了不同刻蚀条件下光子晶体微腔的发光谱线,结果表明空气孔洞截面的垂直度是影响光子晶体微腔发光特性的重要因素之一.通过调节干法刻蚀工艺,改变空气孔半径与晶格常数的比率,可以在较大范围内调节谐振模式发光峰位置,达到谐振模式与量子点发光峰调谐的目的.

关键词:

Abstract

This paper describes the design and fabrication process of a two-dimensional GaAs-based photonic crystal nanocavity with InAs quantum dots (QDs) emitters and analyzes the optical characteristics of cavity modes at room temperature. The micro-luminescence spectrum recorded from the nanocavities exhibits a narrow optical transition at the lowest order resonance wavelength of about 1137 nm with about 1 nm emission linewidth. In addition,the spectra of photonic crystal nanocavities processed under different etching conditions show that the verticality of air hole sidewall is an important factor determing the luminescence characteristics of photonic crystal nanocaivties. Finally,the variance of resonant modes is also discussed as a function of r/a ratio and will be used in techniques aimed at improving the probability of achieving spectral coupling of a single QD to a cavity mode.

Keywords:

作者及机构信息

(1)中国科学院半导体研究所,半导体材料重点实验室,北京 100083; (2)中国科学院半导体研究所,半导体材料重点实验室,北京 100083,浙江工业大学信息工程学院,杭州 310023; (3)中国科学院半导体研究所,集成光电子国家重点实验室,北京 100083; (4)中国科学院微电子研究所,北京 100029

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2006CB604904, 2006CB604908)和国家自然科学基金(批准号: 60676029, 60990315, 60625402)资助的课题.

Authors and contacts

(1)Institute of Micro-electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China; (2)Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083,China; (3)Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083,China, College of Information Engineering, Zhejang University of Technology, Hangzhou 310023, China; (4)State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences,Beijing 100083, China

参考文献

[1]	Yablonovitch E 1987 Phys. Rev. Lett. 58 2059
[2]	Ishida S, Arakawa Y 2006 Opt. Express 14 6308
[3]	2004 New J. Phys. 6 89
[4]	John S 1987 Phys. Rev. Lett. 58 2486
[5]	Sugimoto Y, Tanaka Y, Ikeda N, Nakamura Y, Asakawa K, Inoue K 2004 Opt. Express 12 1090
[6]	Lin S Y, Chow E, Bur J, Johnson S G, Joannopoulos J D 2002 Opt. Lett. 27 1400
[7]	Noda S, Chutlnan A, Imada M 2000 Nature 407 608
[8]	Painter O, Lee R K, Scherer A, Yariv A, OBrien J D, Dapkus P D, Kim Ⅰ 1999 Science 284 1819
[9]	Nomura M, Iwamoto S, Watanabe K, Kumagai N, Nakata Y,
[10]	Asano T, Kunishi W, Song B S, Noda S 2006 Appl. Phys. Lett. 88 151102
[11]	Ji L L, Chen W, Cao Y C, Yang Z Y, Lu P X 2009 Acta Phys. Sin. 58 5462 (in Chinese) [季玲玲、陈伟、曹迎春、杨振宇、陆培祥 2009 58 5462]
[12]	Liu H Y, Meng Z M, Dai Q F, Wu L J, Lan S, Liu S H 2009 Acta Phys. Sin. 58 4702 (in Chinese) [刘海英、蒙自明、戴峭峰、吴立军、兰胜、刘颂豪 2009 58 4702]
[13]	Santori C, Fattal D, Vuckovic J, Solomon G S, Yamamoto Y
[14]	Chang W H, Chen W Y, Chang W Y, Hsieh H S, Chyi J I, Hsu T M 2006 Phys. Rev. Lett. 96 117401
[15]	Kiraz A, Atature M, Imamoglu I 2004 Phys. Rev. A 69 032305
[16]	Baba T 1997 IEEE J. Sel. Top. Quant. 3 808
[17]	Coldren L A, Corzine S W 1995 Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits (New York: Wiley) p88
[18]	Baba T, Matsuzaki T 1996 Jpn. J. Appl. Phys. 35 1348
[19]	Zou Y, Osinski J S, Grodzinski P, Dapkus P D, Rideout W, Sharfim W F, Crawford F D 1992 IEEE Photon. Technol. Lett. 4 1315
[20]	Arakawa Y, Sakaki H 1982 Appl. Phys. Lett. 40 939
[21]	Englund D, Fattal D, Waks E, Solomon G S, Zhang B, Nakaoka T, Arakawa Y, Yamamoto Y, Vu kovic ' J 2005 Phys. Rev. Lett. 95 013904
[22]	Nomura M, Lwamoto S, Yang T, Lshida S, Arakawa Y 2006 Appl. Phys. Lett. 89 241124
[23]	Chalcraft A R A, Lam S, OBrien D, Krauss T F, Sahin M, Szymanski D, Sanvitto D, Oulton R, Skolnick M S, Fox A M, Whittaker D M, Liu H Y, Hopkinson M 2007 Appl. Phys. Lett. 90 241117
[24]	Asano T, Song B S, Noda S 2006 Opt. Express 14 1996

施引文献

[1]	Yablonovitch E 1987 Phys. Rev. Lett. 58 2059
[2]	Ishida S, Arakawa Y 2006 Opt. Express 14 6308
[3]	2004 New J. Phys. 6 89
[4]	John S 1987 Phys. Rev. Lett. 58 2486
[5]	Sugimoto Y, Tanaka Y, Ikeda N, Nakamura Y, Asakawa K, Inoue K 2004 Opt. Express 12 1090
[6]	Lin S Y, Chow E, Bur J, Johnson S G, Joannopoulos J D 2002 Opt. Lett. 27 1400
[7]	Noda S, Chutlnan A, Imada M 2000 Nature 407 608
[8]	Painter O, Lee R K, Scherer A, Yariv A, OBrien J D, Dapkus P D, Kim Ⅰ 1999 Science 284 1819
[9]	Nomura M, Iwamoto S, Watanabe K, Kumagai N, Nakata Y,
[10]	Asano T, Kunishi W, Song B S, Noda S 2006 Appl. Phys. Lett. 88 151102
[11]	Ji L L, Chen W, Cao Y C, Yang Z Y, Lu P X 2009 Acta Phys. Sin. 58 5462 (in Chinese) [季玲玲、陈伟、曹迎春、杨振宇、陆培祥 2009 58 5462]
[12]	Liu H Y, Meng Z M, Dai Q F, Wu L J, Lan S, Liu S H 2009 Acta Phys. Sin. 58 4702 (in Chinese) [刘海英、蒙自明、戴峭峰、吴立军、兰胜、刘颂豪 2009 58 4702]
[13]	Santori C, Fattal D, Vuckovic J, Solomon G S, Yamamoto Y
[14]	Chang W H, Chen W Y, Chang W Y, Hsieh H S, Chyi J I, Hsu T M 2006 Phys. Rev. Lett. 96 117401
[15]	Kiraz A, Atature M, Imamoglu I 2004 Phys. Rev. A 69 032305
[16]	Baba T 1997 IEEE J. Sel. Top. Quant. 3 808
[17]	Coldren L A, Corzine S W 1995 Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits (New York: Wiley) p88
[18]	Baba T, Matsuzaki T 1996 Jpn. J. Appl. Phys. 35 1348
[19]	Zou Y, Osinski J S, Grodzinski P, Dapkus P D, Rideout W, Sharfim W F, Crawford F D 1992 IEEE Photon. Technol. Lett. 4 1315
[20]	Arakawa Y, Sakaki H 1982 Appl. Phys. Lett. 40 939
[21]	Englund D, Fattal D, Waks E, Solomon G S, Zhang B, Nakaoka T, Arakawa Y, Yamamoto Y, Vu kovic ' J 2005 Phys. Rev. Lett. 95 013904
[22]	Nomura M, Lwamoto S, Yang T, Lshida S, Arakawa Y 2006 Appl. Phys. Lett. 89 241124
[23]	Chalcraft A R A, Lam S, OBrien D, Krauss T F, Sahin M, Szymanski D, Sanvitto D, Oulton R, Skolnick M S, Fox A M, Whittaker D M, Liu H Y, Hopkinson M 2007 Appl. Phys. Lett. 90 241117
[24]	Asano T, Song B S, Noda S 2006 Opt. Express 14 1996

[1]	杜安天, 刘若涛, 曹春芳, 韩实现, 王海龙, 龚谦. 利用InAs/GaAs数字合金超晶格改进InAs量子点有源区的结构设计. , 2023, 72(12): 128101. doi: 10.7498/aps.72.20230270
[2]	袁用开, 陈茜, 高廷红, 梁永超, 谢泉, 田泽安, 郑权, 陆飞. GaAs晶体在不同应变下生长过程的分子动力学模拟. , 2023, 72(13): 136801. doi: 10.7498/aps.72.20221860
[3]	张强强, 胡建勇, 景明勇, 李斌, 秦成兵, 李耀, 肖连团, 贾锁堂. 单光子调制频谱用于量子点荧光寿命动力学的研究. , 2019, 68(1): 017803. doi: 10.7498/aps.68.20181797
[4]	李唯, 符婧, 杨贇贇, 何济洲. 光子驱动量子点制冷机. , 2019, 68(22): 220501. doi: 10.7498/aps.68.20191091
[5]	李天信, 翁钱春, 鹿建, 夏辉, 安正华, 陈张海, 陈平平, 陆卫. 量子点操控的光子探测和圆偏振光子发射. , 2018, 67(22): 227301. doi: 10.7498/aps.67.20182049
[6]	赵彦辉, 钱琛江, 唐静, 孙悦, 彭凯, 许秀来. 偶极子位置及偏振对激发光子晶体H1微腔的影响. , 2016, 65(13): 134206. doi: 10.7498/aps.65.134206
[7]	姜冰一, 郑建邦, 王春锋, 郝娟, 曹崇德. 基于GaAs/InAs-GaAs/ZnSe量子点太阳电池结构的优化. , 2012, 61(13): 138801. doi: 10.7498/aps.61.138801
[8]	毕娟, 金光勇, 倪晓武, 张喜和, 姚志健. 532nm长脉冲激光致GaAs热分解损伤的半解析法分析. , 2012, 61(24): 244209. doi: 10.7498/aps.61.244209
[9]	王杰, 韩勤, 杨晓红, 倪海桥, 贺继方, 王秀平. 高稳定线性调谐GaAs基波长可调谐共振腔增强型探测器. , 2012, 61(1): 018502. doi: 10.7498/aps.61.018502
[10]	牛军, 张益军, 常本康, 熊雅娟. GaAs光电阴极激活后的表面势垒评估研究. , 2011, 60(4): 044210. doi: 10.7498/aps.60.044210
[11]	陈翔, 米贤武. 量子点腔系统中抽运诱导受激辐射与非谐振腔量子电动力学特性的研究. , 2011, 60(4): 044202. doi: 10.7498/aps.60.044202
[12]	王秀平, 杨晓红, 韩勤, 鞠研玲, 杜云, 朱彬, 王杰, 倪海桥, 贺继方, 王国伟, 牛智川. 图形衬底量子线生长制备与荧光特性研究. , 2011, 60(2): 020703. doi: 10.7498/aps.60.020703
[13]	牛军, 杨智, 常本康, 乔建良, 张益军. 反射式变掺杂GaAs光电阴极量子效率模型研究. , 2009, 58(7): 5002-5006. doi: 10.7498/aps.58.5002
[14]	滕利华, 余华梁, 左方圆, 文锦辉, 林位株, 赖天树. 本征GaAs中电子自旋极化的能量演化研究. , 2008, 57(10): 6598-6603. doi: 10.7498/aps.57.6598
[15]	滕利华, 余华梁, 黄志凌, 文锦辉, 林位株, 赖天树. 本征GaAs中电子自旋极化对电子复合动力学的影响研究. , 2008, 57(10): 6593-6597. doi: 10.7498/aps.57.6593
[16]	彭红玲, 韩勤, 杨晓红, 牛智川. 1.3μm量子点垂直腔面发射激光器高频响应的优化设计. , 2007, 56(2): 863-870. doi: 10.7498/aps.56.863
[17]	徐海红, 焦中兴, 刘晓东, 雷亮, 文锦辉, 王惠, 林位株, 赖天树. GaAs中电子g因子的温度和能量依赖性的飞秒激光吸收量子拍研究. , 2006, 55(5): 2618-2622. doi: 10.7498/aps.55.2618
[18]	佟存柱, 牛智川, 韩勤, 吴荣汉. 1.3μm GaAs基量子点垂直腔面发射激光器结构设计与分析. , 2005, 54(8): 3651-3656. doi: 10.7498/aps.54.3651
[19]	袁先漳, 缪中林. Al/GaAs表面量子阱界面层的原位光调制反射光谱研究. , 2004, 53(10): 3521-3524. doi: 10.7498/aps.53.3521
[20]	金鹏, 潘士宏, 梁基本. SIN+ GaAs结构中的Franz-Keldysh振荡的傅里叶变换研究. , 2000, 49(9): 1821-1828. doi: 10.7498/aps.49.1821

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