量子点结构的生长技术是QDIP研究的基础。低维半导体结构的发展很大程度上依赖于材料先进生长技术（分子束外延技术、金属有机化合物化学气相沉积技术等）和精细加工工艺（聚焦电子、离子束和X射线光刻技术等）的进步。上个世纪90年代，人们开发了无损伤的低维半导体材料的制备方法，就是利用不同材料的晶格失配而产生的应力，通过Stranski-Krastanow(S-K)生长模式来获得无缺陷、无位错和尺寸均匀的量子点，即所谓的自组织生长量子点的方法。这为制备满足器件要求的量子结构带来了希望。随着科学技术的发展，人们又提出了很多新的制备方法。其中包括：（a）在部分掩膜衬底上原位生长量子点（由于掩膜受光刻精度的限制，所以降低了人们对此工艺的兴趣）；（b）采用偏向衬底或高指数面衬底，一定晶向的衬底提供的横向周期性将会影响吸附原子的生长动力学过程从而导致不同的应力弛豫机制；高指数面的表面再构可使量子点的空间分布有序化。这两种方法的难点是器件后期工艺要求特殊控制。（c）应力缓冲层法，先在衬底上生长适当厚度的应力缓冲层后，再生长量子点。由于应力缓冲层的引入改变了应力场的分布，使量子点形成于富In区或凸起点的上方。从外延生长的角度来分，共有三种生长模式：层状生长，即FM模式；岛状生长，即VM模式；层状加岛状生长，即S-K模式。不同的生长模式主要由表面能、界面能和晶格失配度的大小确定的。（1）若失配度较小且外延层表面能和界面能之和小于衬底的表面能，则外延生长为层状的FM模式；（2）若失配度较大且外延层的表面能与界面能之和大于衬底的表面能，则外延生长为岛状的VW模式；（3）当外延层的表面能与界面能之和，在开始时小于衬底的表面能，则外延层初始为2D层状生长（浸润层），随着浸润层厚度的增加，体系的应变能也在增加，当浸润层厚度达到一临界值时，则由平面生长转变为岛状生长，即形成量子点。这时，应变发生弛豫，应变能减小，表面能增加，总能量减小，这就是S-K生长模式。所以说量子点的形成是应变能弛豫的一种方式，用这种方法可以获得无位错、尺寸较均匀的量子点，即所谓的自组织量子点。

InAs(InGaAs)/GaAs 结构是QDIP 研究初期常见的一种结构，它的特点是结构简单，生长操作容易，理论基础丰富，经常用于QDIP 理论的实验论证。缺点是受带隙的影响，探测率很难得到继续提高。目前，这一结构的

QDIP 的探测率不超过1010 cmHz1/2W-1，探测波长一般在4~13 μm 范围内。

引入AlGaAs 暗电流阻挡层结构是InAs(InGaAs)/GaAs 结构的改进型，它的理论基础是AlGaAs 阻挡层对暗电流的阻挡效果大于对光电流的阻挡效果。如果设计得当，AlGaAs 阻挡层确实可以起到减小暗电流同时对光电流也影响不大的效果，但是由于暗电流和光电流具有相同的电子跃迁通道，所以一般情况下是很难使两种效果同时达到的。

引入InGaAs 应力缓解层结构主要研究单位是南加州大学。引入InGaAs 应力缓解层有两个好处，一方面，引入InGaAs 应力缓解层可以有效减小量子点和隔离层的内部应力，减少了缺陷，提高了晶体质量，从而可以增加光电响应；另一方面，在量子点上面覆盖一层InGaAs 等于是在量子点的一侧插入一个量子阱，该量子阱不但可以降低量子点内激发态的能量，从而降InAs 低暗电流，而且还可以为电子提供量子阱内的电子能级，电子可以从量子点内的能级先跃迁到量子阱内，然后隧穿出隔离层形成光电流。

DWELL 结构的主要研究单位为美国新墨西哥大学。DWELL 结构红外探测器是目前研究的比较有前景的一类。DWELL 结构两个优点：一是通过引入量子阱可以降低量子点内电子的能级，从而降低暗电流，二是通过改变量子阱的宽度和量子点在量子阱内的不对称性可以方便地调节响应波长。本文在这些研究基础上进一步研究了该结构的器件性能和理论模拟方法。

InAs/InGaP 结构的主要研究单位为美国西北大学。InAs/InGaP 结构QDIP 目前具有QDIP 中的最高探测率，而且也实现了FPA的红外成像。由于InAs 和InGaP 具有较大的导带差，所以电子从量子点内的束缚态跃迁到隔离层的连续态需要很大的能量，所以该类型探测器具有近红外和中红外的探测波长，同时热激发电子导致的暗电流也很小，这造成了该探测器具有高的近、中红外探测率。

光致发光谱或光荧光（PL）是研究QDIP的基础手段之一。在说明PL测试之前，先需要说明傅立叶光谱仪的测试原理。迈克尔逊干涉仪是现代傅里叶变换光谱仪的核心部件，它是一种振幅分割的双光束干涉系统，如图2.4所示，具有以下特点：两光束的光程差易于改变；光路中使用分光板，入射光的一半经固定镜，另一半经运动镜反射；环状干涉条纹一直延伸到无穷远处；等厚干涉条纹则是由于两个镜子间的光学联系引起的，在调节仪器时必须注意到这两种干涉条纹。根据迈克尔逊干涉仪运动镜的移动（即光程差），我们就可获得干涉图，然后经傅立叶变换，就得到了我们所看到的光谱分布。同时，我们还可以看到得到的光谱分还只与光的调制部分有关，与不发生调制的部分无关。半导体量子点的发光主要是指辐射复合光发射，它是除热平衡的黑体辐射以外的第部分光辐射，是光吸收过程的逆效应。光吸收（或称光激发）导致的光发射常称为光致发光或光荧光（PL），其测量原理是：当激发光源发出hv > Eg 的光照射到被测样品表面时，由于激发光在材料中的吸收系数很大（通常大于104 cm-1），通过本征吸收，在材料表面约1 μm以内的区域里激发产生大量的电子－空穴对，使样品处于非平衡态。这些非平衡载流子一边向体内扩散，一边发生复合。通过扩散，发光区将扩

展到深入体内约一个少子扩散长度的距离。电子－空穴对通过不同的复合机构进行复合，其中的辐射复合就发出叠加在热平衡辐射上的光发射，称为荧光。荧光在逸出表面之前会受到样品本身的自吸收。荧光逸出表面之后，会聚进入单色仪分光，此后经探测器接收转变成电信号并进行放大和记录，从而得到发光强度按光子能量分布的曲线，即光致发光谱。