超晶格插入层对InGaN/GaN多量子阱的应变调制作用

在InGaN/GaN异质结构量子阱内存在巨大的压电极化场,这严重地削弱了量子阱的发光效率.为了减弱量子阱内的压电极化场,通常引入应变调制插入层提升器件的发光性能.为了研究InGaN/GaN超晶格的应变调制效果和机理,实验设计制备了具有n型InGaN/GaN超晶格插入层的外延结构及其对照样品.变温光致发光谱测试表明引入n型InGaN/GaN超晶格插入层的样品发光波长更短且内量子效率提升,相应的电致发光谱积分强度也显著增加且半宽减小,说明引入超晶格应变插入层可以在一定程度上抑制影响发光效率的量子限制Stark效应.理论计算结果表明:在生长有源区量子阱前引入超晶格应变层,可以削弱有源区量子阱内极化内建电场,减弱有源区量子阱能带倾斜,增加电子空穴波函数交叠,提高发射几率,缩短辐射复合寿命,有利于辐射复合与非辐射复合的竞争,实现更高的复合效率,从而提高发光强度.本文从实验和理论两方面验证了超晶格应变调制插入层可以有效改善器件性能,为器件的结构设计优化指明方向.

硅基InGaN/GaN多量子阱微盘器件的发光、探测和数据传输

光源和探测器的集成可有效促进轻量化和小型化光电系统的发展,InGaN/GaN多量子阱器件中发光与探测共存现象为收发一体芯片的设计提供了可能。本文采用标准半导体工艺制备了硅片上集成的圆盘形InGaN/GaN多量子阱阵列器件,并对其发光、探测以及基本通信特性进行了研究。微盘型器件中的共振模式有助于提升其探测特性,同时各向同性的辐射特性有助于器件作为光源时与探测器在空间上的耦合。作为光源,该器件的开启电压为2.5 V,中心波长455 nm,-3 dB带宽为5.4 MHz。作为探测器,该器件对紫外到蓝光波段的光有响应,探测性能随波长增加而减弱,截止波长450 nm。在365 nm光源激发下,该器件具有最高开关比7.2×10^(4),下降沿时间为0.41 ms。同时,基于单个微盘器件,本文构建并演示了半双工通信系统,在不同频段实现数据传输。这项研究对于电驱动光源制备以及收发一体的光通信具有重要意义。

多量子阱钙钛矿半导体合成及光伏性能表征的综合实验设计

随着全球能源需求的持续增长和环境保护意识的加强,开发和利用可再生能源成为了当务之急。在这一背景下,钙钛矿光伏电池以其高效率和低成本的特性受到了广泛研究。本文介绍了一个综合物理实验,即多量子阱钙钛矿的合成及其光伏性能的表征。实验旨在通过合成多量子阱钙钛矿材料并评估其在光伏应用中的性能,以培养学生的科研兴趣和实践技能。实验内容包括:多量子阱钙钛矿材料的合成,采用层间插层策略引入不同尺寸的有机阳离子,以调控材料的结构与相分布;通过X射线衍射和吸收-发光光谱技术对材料的晶体结构、结晶性、光学和电学性质进行表征;制备钙钛矿光伏电池并通过电流-电压曲线评估其光电转换效率。本实验有望使学生深入理解材料物理、器件物理和光伏技术的基本概念,激发他们在新能源领域的研究兴趣,为他们未来的科研活动或职业生涯提供实践经验和技术基础。实验的设计兼顾了教学的全面性和科研的前沿性,有望在物理及相关学科的教学改革中起到积极作用。

高应变InGaAs/GaAs多量子阱中的局域态问题

针对高应变InGaAs/GaAs多量子阱中存在的局域态问题,利用金属有机化合物气相外延(MOCVD)技术,设计并生长了五周期的In_(0.3)Ga_(0.7)As/GaAs高应变多量子阱材料。通过原子力显微镜(Atomic force microscope,AFM)和变温光致发光(Photoluminescence,PL)测试,发现量子阱内部存在缺陷及组分波动的材料无序性表现,验证了多量子阱内部局域态的存在及起源。同时发现在不同测试位置,局域态在低温下对光谱的影响也不同,分别表现为双峰分布和峰位“S”型变化。这进一步说明材料内部无序化程度不同,导致局域态的深度也不同。依据温度-带隙关系的拟合,提出了包含局域态的多量子阱材料的电势分布,并揭示了局域态载流子和自由载流子的复合机制。并且借助变功率PL测试,研究了在不同激发功率密度下不同深度的局域态的发光特性。

深紫外AlGaN基多量子阱结构中载流子辐射复合的局域特征

利用磁控溅射和金属有机化学气相沉积方法在c面蓝宝石衬底上生长了深紫外Al_(0.38)Ga_(0.62)N/Al_(0.55)Ga_(0.45)N多量子阱结构,并对其荧光(PL)谱进行了测量。其PL谱的激发密度依赖性测量结果表明,该量子阱的辐射过程包含了局域载流子的散射、极化场的屏蔽和局域态的填充效应;其PL谱的温度依赖性测量结果则表明,该量子阱的辐射过程包含了局域载流子的弛豫、局域载流子的热激发和自由载流子的常规热化效应。这个现象(即多种辐射复合过程的存在)在低温和弱激发测试条件下尤为显著,并且表现出该量子阱结构具有显著的局域深度非均一性和载流子的局域效果,是浅局域载流子的散射效应和深局域态的载流子填充效应共同作用所致。在较低的温度范围内,随着温度升高,该量子阱的辐射过程是由浅局域载流子的弛豫效应和深局域载流子的热激发效应共同作用的结果。这些行为被归因于阱宽起伏所诱发的局域深度的非均一性和载流子的局域效果。

GaAs多量子阱超晶格表面激光光伏效应

由于MOCVD、MBE等半导体材料生长技术飞跃发展,半导体多量子阱和超晶格的制备、研究和应用越来越引起广泛重视。GaAs多量子阱超晶格是较为成熟的一种结构。本文初次报道GaAs多量子阱超晶格表面激光辐照感生的光伏效应研究结果。实验样品是在〈001〉晶向半绝缘GaAs衬底上,MBE生长1.5μm n^+-GaAs缓冲层后,交替地周期生长两种阱宽和垒宽,不同周期数的掺硅GaAs层,构成GaAs多量子阱超晶格结构。

SiGe/Si多量子阱中垂直方向红外吸收及共振色散效应

用垂直入射的中红外光束调制非掺杂SiGe Si量子阱中光致子带间吸收 .氩离子激光器作为子带间跃迁的光泵浦源在阱中产生载流子 ,红外调制光谱用步进式傅立叶变换光谱仪记录 .实验中观察到明显的层间干涉效应及与子带间跃迁有关的色散效应 .理论和实验分析认为样品折射率变化造成的位相调制可以补偿吸收所造成的幅度调制 .

64×64元GaAs/AlGaAs多量子阱长波红外焦平面研制

报道了64×64 元GaAs/AlGaAs 多量子阱凝视型红外焦平面的研制,器件的平均响应率为RP= 7.24×105V/W,器件的平均黑体探测率为Db = 5.40×108cm ·Hz1/2/W ,峰值波长为λP= 8.2μm ,不均匀性小于20% 。

光子晶体多量子阱中的谱线分裂

用时域有限差分法研究了一维光子晶体多量子阱中的谱线分裂现象,揭示了光子隧穿多量子阱时谱线分裂的规律性。研究发现,谱线分裂是阱间相互耦合的结果,其特征不仅取决于势阱的个数,而且与垒区和阱区的几何参量密切相关.计算结果表明,对称多量子阱结构中,光子隧穿p个势阱时,单阱对应的每条透射谱线会分裂为p条,各分裂谱线互不交叠.这样在有限的禁带区域可以成倍增加光子束缚态,使信道密度最大化,光波有效带宽的使用最优化,有望在光通信超密集波分复用和光学精密测量中获得广泛应用.

InGaAsP多量子阱激光二极管及其组件的γ辐射效应

本工作进行多量子阱激光二极管及其组件的γ辐照实验研究,总剂量(以Si计)达5.5×104Gy。结果表明:多量子阱激光二极管抗γ射线辐照能力很强,在实验总剂量下,裸管形式的多量子阱激光二极管的P-I特性I、-V特性及中心波长基本未变化。而多量子阱激光二极管组件因包含光学窗口、耦合透镜及光纤等附属光学元件,这些附属元件受γ辐照后光学性能下降,最终导致激光二极管组件输出光功率随总剂量增大而下降,停止辐照后,不需加偏置,在室温下即能发生退火,使得斜率效率逐渐回升。

硅衬底InGaN多量子阱材料生长及LED研制

利用低压金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统在Si(111)衬底上生长了InGaN 多量子阱LED外延片.为克服GaN与Si衬底之间巨大的晶格失配与热失配,引入了AlN低温缓冲层及富镓的GaN高温缓冲层,在Si(111)衬底上获得了无龟裂的InGaN 多量子阱LED外延材料.在两英寸外延片内LED管芯的工作电压在3.7～4.1V之间,电致发光波长在465～480nm之间,87%的LED管芯的反向漏电流不大于0.1μA,输出光强为18～30mcd.

具有超晶格应力调制结构的绿光InGaN/GaN多量子阱的发光特性

研究了具有InGaN/GaN超晶格(SL)插入结构的绿光InGaN/GaN多量子阱(MQW)的发光特性。结构测试表明,SL插入结构并没有引起MQW中平均In组份的增加,而是改变了In组份的分布,形成了高In组份的量子点和低In组份量子阱。其电致发光(EL)谱和光致发光(PL)谱均出现了双发光峰。我们认为这两个峰分别来自于量子点和量子阱,且存在着载流子从阱向点转移的输运机制。最后变温PL积分强度的Arrhenius拟合表明,SL插入结构并没有在MQW中引入新的缺陷,使其发光效率下降。

a-Si/SiO_2多量子阱材料制备及其晶化和发光

本文研究用等离子体增强化学气相淀积（ＰＥＣＶＤ）方法淀积ＳｉＯ２和非晶硅（ａ－Ｓｉ）时淀积速率和薄膜折射率与淀积条件的关系．选择合适的淀积条件制备了ａ－Ｓｉ／ＳｉＯ２多量子阱结构材料．用激光扫描退火方法使其晶化，当ａ－Ｓｉ和ＳｉＯ２层厚度分别为４ｎｍ和６ｎｍ时，形成了颗粒大小为３．８ｎｍ的硅晶粒．晶化后的样品在１０Ｋ下可以观察到较强的光荧光发射，三个峰值波长分别为８１０、８２５和８４５ｎｍ．

高Al组分AlGaN多量子阱结构材料发光机制探讨

紫外LED的发光功率和效率还远不能令人们满意,波长短于300 nm的深紫外LED的发光效率普遍较低。厘清高Al组分Al Ga N多量子阱结构的发光机制将有利于探索改善深紫外LED的发光效率的新途径、新方法。为此,本文通过金属有机气相外延技术外延生长了表面平整、界面清晰可辨且陡峭的高Al组分AlGa N多量子阱结构材料,并对其进行变温光致发光谱测试,结合数值计算,深入探讨了Al Ga N量子阱的发光机制。研究表明,量子阱中具有很强的局域化效应,其发光和局域激子的跳跃息息相关,而发光的猝灭则与局域激子的解局域以及位错引起的非辐射复合有关。

InGaN/GaN多量子阱热退火的拉曼光谱和荧光光谱

通过拉曼光谱及荧光光谱测量研究了采用低压金属有机化学沉积(MOCVD)方法生长的InGaNGaN多量子阱高温快速热退火处理对量子阱光学性质的影响。观测到退火后InGaNGaN量子阱的拉曼光谱E2,A1(LO)模式的峰位置出现了红移,而且该振动峰的半高宽也有微小变化。温度升高退火效果更明显。退火使量子阱内应力部分消除,同时In,Ga原子扩散出现相分离使拉曼谱表现出变化。在常温和低温下的光荧光谱表明,退火处理的量子阱发光主峰都出现了红移;而且低温退火出现红移,退火温度升高相对低温退火出现蓝移;同时在低温荧光光谱里看到经过退火处理后原发光峰中主峰旁边弱的峰消失了。讨论了退火对多量子阱光学性质的影响。

GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光管材料制备及表征

超辐射发光二极管(SLD)具有不同于半导体激光器和普通发光二极管的优异性能。为了制备高功率半导体超辐射发光管,并且得到比较大的光谱宽度、大的单程增益和抑制电流饱和,我们研究设计了具有850nm辐射波长的GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光二极管结构,采用分子束外延(MBE)方法进行了材料制备。同时利用X射线双晶衍射,变温(10～300K)光致发光(PL)等方法检测分析了外延薄膜的结构和光电特性。在光致发光谱线中我们得到了发射波长850nm的谱峰,谱峰范围跨跃800～880nm,双晶回摆曲线结果显示了设计的结构得到实现。在注入电流140mA时,器件输出光谱的半峰全宽可以达到26nm,室温下连续输出功率达到6mW。

InGaN/GaN多量子阱LED电致发光谱中双峰起源的研究

研究了MOCVD生长的具有双发射峰结构的InGaN/GaN多量子阱发光二极管(LED)的结构和发光特性.在透射电子显微镜(TEM)下可以发现量子阱的宽度不一致,电致发光谱(EL)发现了位于2.45eV的绿光发光峰和2.81eV处的蓝光发光峰.随着电流密度增加,双峰的峰位没有移动,直到注入电流密度达到2×104mA/cm2时,绿光发光峰发生蓝移,而蓝光发光峰没有变化.单色的阴极荧光谱(CL)发现绿光发射对应的发光区包括絮状区域和发光点,而蓝光发射对应的发光区仅包含絮状区域.通过以上的结果,我们认为蓝光发射基本上源于InGaN量子阱发光,而绿光发射则起源于量子阱和量子点的发光.

单负材料组成光子晶体的多量子阱结构

通过传输矩阵法,对负介电常数材料和负磁导率材料组成一维光子晶体的多量子阱结构的共振隧穿特性进行了研究。结果表明,该结构中存在不受入射角和偏振模式影响的全方向共振隧穿模,其数量可以通过调节结构周期数来实现。共振峰的品质因子可以由外部障碍光子晶体的厚度比例调整。在研究单负材料损耗时,发现电损耗对低频处共振模影响大,而磁损耗对高频和低频处都有较大影响。

垂直入射Si_(0.7)Ge_(0.3)/Si多量子阱光电探测器

报道了正入射 Si0 .7Ge0 .3/Si多量子阱结构光电探测器的制作和实验结果 .测试了它的光电流谱和量子效率 .探测器的响应波长扩展到了 1 .3μm以上波段 .在 1 .3μm处量子效率为0 .1 % .量子效率峰值在 0 .95μm处达到 2 0 % .

多量子阱空间光调制器二维列阵

用MBE技术生长GaAs／AlGaAs多量子阱材料，研制出8×8独立寻址反射型空间光调制器列阵，对列阵的光反射谱、光电流谱、电场调制特性及电学特性进行了全面的测试，并对列阵的均匀性进行了分析．