《Journal of Alloys and Compounds》：Experimental characterization of near-infrared absorption properties of InAs/GaAs quantum dots
编辑推荐：
本研究通过光谱椭偏仪、态填充光谱及元素分布定量分析，提取了不同覆盖层厚度下InAs/GaAs量子点的有效光学常数（折射率n、消光系数k、吸收系数α），评估了5层量子点在太阳能电池中的光电流密度贡献，并验证了该方法可显著减少计算量，为量子点器件光学吸收研究提供参考。
作者：包一迪 | 陈晓玲 | 季春雪 | 赵晓阳 | 刘文 | 王晓东
中国科学院半导体研究所半导体集成技术工程研究中心，北京 100083，中国
摘要
III-V族量子点（QDs）的实际光学吸收特性对其在光电和光伏器件中的应用至关重要。直接实验测定相关参数对于研究其物理机制和提高QD器件的性能非常重要。本研究通过结合光谱椭圆偏振法（SE）、态填充光谱和元素分布定量分析，成功提取了不同盖层厚度下InAs/GaAs QD层在近红外范围内的有效光学常数（折射率n、消光系数k和吸收系数α）。在此基础上，我们评估了5层InAs/GaAs QD对太阳能电池光电流密度的贡献，引入QD层的有效光学常数显著减少了计算工作量。本研究提出的方法和结果可以为QD器件的光学吸收研究提供参考。
章节摘要
引言
III-V族量子点（QDs）由于其类原子的离散能级，在光电和光伏领域具有广泛的应用前景[1]。通过调节生长条件来控制QDs的结构，以定制适用于不同器件的独特且高质量的电学和光学性能，目前引起了广泛关注[2]。光学吸收是III-V族QDs的重要特性之一，已被用于多种应用的研究[3]、[4]、[5]、[6]。
实验
我们使用SKY FW-VI-60分子束外延（MBE）系统在半绝缘GaAs(100)衬底上生长InAs/GaAs QDs。不同样品的生长结构列于表1中。具体的生长步骤如下：首先，将衬底置于600 ℃下10分钟以去除表面氧化物；然后，将温度调整至580 ℃，在衬底上生长200 nm的GaAs缓冲层。对于样品S1，在温度降至480 ℃时，生长了2.1层InAs。
结果与讨论
图1(a)显示了样品S1的原子力显微镜（AFM）图像，扫描范围为1.5 μm2。形态学特征表明形成了InAs QDs，表面密度为3.0×101? cm?2。图1(b)的直方图显示了对图1(a)中QDs高度的统计分析结果。在没有盖层的情况下，QDs高度分布的峰值约为9 nm。使用532 nm的激光激发样品S1，激光束通过50倍物镜聚焦在样品表面。
结论
在本研究中，我们利用光谱椭圆偏振法成功提取了具有不同盖层厚度的单层InAs/GaAs QDs的有效光学常数（折射率n、消光系数k和吸收系数α）。这些光学常数数据的可靠性通过5层和10层InAs/GaAs QD样品的拟合结果得到了验证。该研究还定量分析了5层InAs/GaAs QDs对光电流的增强潜力。
作者贡献声明
季春雪：研究、数据分析。
陈晓玲：数据可视化、数据处理。
刘文：指导、概念构思。
赵晓阳：研究。
包一迪：初稿撰写、数据可视化、验证、方法论研究、数据分析、概念构思。
王晓东：撰写与编辑、指导、资源协调、方法论制定、资金申请、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：62474175）和中国科学院科学仪器开发项目（项目编号：PTYQ2024BJ0003）的支持。
