GaInNAs/GaAs量子阱的光致发光谱和光调制反射谱

研究了 Ga In NAs/Ga As多量子阱在不同温度和激发功率下的光致发光 (PL )谱以及光调制反射 (PR)谱 .发现 PL谱主发光峰的能量位置随温度的变化不满足 Varshni关系 ,而是呈现出反常的 S型温度依赖关系 .进一步测量 ,特别是在较低的激发光功率密度下 ,发现有两个不同来源的发光峰 ,它们分别对应于氮引起的杂质束缚态和带间的激子复合发光 .随温度变化 ,这两个发光峰相对强度发生变化 ,造成主峰 (最强的峰 )的位置发生切换 ,从而导致表观上的 S型温度依赖关系 .

GaInNAs/GaAs量子阱激光器的发展与未来

ＧａＩｎＮＡｓ是一种直接带隙半导体材料，在长彼长（１．３０和 １．５５μｍ）光通信系统 中具有广阔的应用前景．通过调节 Ｉｎ和 Ｎ的组分，既可获得应变 ＧａＩｎＮＡｓ外延材料，也可制 备ＧａＩｎＮＡｓ与ＧａＡｓ匹配的异质结构，其波长覆盖范围为０．９－Ｎ２．０μｍ．ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ 量子阱激光器的特征温度为 ２００ Ｋ，远大于现行 ＧａＩｎＮＡｓＰ／ＩｎＰ激光器的特征温度（Ｔ０＝５０ Ｋ）． ＧａＩｎＮＡｓ光电子器件的此优异特性，对于提高光纤通信系统的稳定性、可靠寿命具有特 别重要的意义．由于ＧａＩｎＮＡｓ和具有高反射率（高达９９％）ＡＩ（Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡｓ的分布布拉格 反射镜（ＤＢＲ）可生长在同－ＧａＡｓ衬底上，因此它是长波长（１．３０和 １．５５ μｍ）垂直腔面 发射激光器（ＶＣＳＥＬ）的理想材料．垂直腔面发射激光器是光纤通信、互联网和光信号处理的 关键器件． ＧａＡｓ基的超高速集成电路（ＩＣ）已有相当成熟的工艺．如果 ＧａＩｎＮＡｓ－ＶＣＳＥＬ 与 ＧａＡｓ－ＩＣ相结合，将使光电集成电路（ＯＥＩＣ）开拓出崭新的局面．本文还报道我们课题 组研制高质量 ＧａＮＡｓ／ＧａＡｓ超晶格和大应变

应变GaInNAs/GaAs量子阱光增益特性研究

采用近似方法对GaInNAs材料的能带结构进行了分析,并计算了应变GaInNAs/GaAs量子阱能级,在此基础上进一步计算了应变GaInNAs/GaAs量子阱的材料光增益谱。对计算结果的分析表明,应变GaInNAs/GaAs量子阱材料是一种可以应用于1300nm波段的新型长波长半导体光电子材料。

GaInNAs/GaAs量子阱太阳电池模型建立与计算

对第三代太阳电池的InGaP/GaAs双叠层模型结构进行了理论性改进,提出了将GaInNAs/GaAs量子阱结构生长于子电池GaAs的空间电荷区的模型,并对其子电池的吸收效率与量子效率进行了模拟计算,分析了此模型对提高叠层太阳电池的整体光电转换效率的可行性。

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。

基于MOCVD技术的长波AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器

采用n型掺杂背面入射AlGaAs/GaAs量子阱结构,用MOCVD外延生长和GaAs集成电路工艺,设计制作了大面积AlGaAs/GaAs QWIP单元测试器件和128×128、128×160、256×256 AlGaAs/GaAsQWIP焦平面探测器阵列。用液氮温度下的暗电流和傅里叶红外响应光谱对单元测试器件进行了评估,针对不同材料结构,实现了9μm和10.9μm的截止波长;黑体探测率最高达到2.6×109 cm.Hz1/2.W-1。将128×128 AlGaAs/GaAs QWIP阵列芯片与CMOS读出电路芯片倒装焊互连,成功演示了室温环境下目标的红外热成像;并进一步讨论了提高QWIP组件成像质量的途径。

320×256 GaAs/AlGaAs长波红外量子阱焦平面探测器

量子阱红外探测器(Quantum well infrared photodetector,QWIP)已经经历了20多年的深入研究,各种QWIP器件,包括量子阱红外探测器焦平面阵列(FPA)的研制也已经相当成熟。但是在国内,受制于整体工业水平,QWIP焦平面阵列器件的研制仍然处于起步阶段。研制了基于GaAs/AlxGa1-xAs材料、峰值响应波长为9.9μm的长波320×256 n型QWIP焦平面阵列器件,其像元中心距25μm,光敏元面积为22μm×22μm。GaAs衬底减薄后的QWIP焦平面阵列,与Si基CMOS读出电路(ROIC)通过铟柱倒焊互连,并且在65 K工作温度下进行了室温环境目标成像。该焦平面器件的规模和成像质量相比之前国内报道的结果都有较大提高。焦平面平均峰值探测率达1.5×1010cm.Hz1/2/W。

质子辐照对GaAs/AlGaAs多量子阱材料光学性质的影响

用固定能量为２０ｋｅＶ，剂量为１０１１～１０１３／ｃｍ ２ 的质子和固定剂量为１×１０１１／ｃｍ ２，能量为３０～１００ｋｅＶ 的质子，对ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ 多量子阱材料进行辐照，得到了材料的光致发光特性随质子能量和剂量的变化关系，并进行了讨论．结果表明，质子辐照对材料的光学性质有破坏性的影响，这种影响是通过两种机制引起的．相同能量的质子辐照，随着辐照剂量的增大，对量子阱光致发光峰的破坏增大．相同剂量的质子辐照，当辐照质子的射程刚好覆盖整个量子阱结构区域时，对量子阱光致发光峰的破坏最严重，当辐照质子的射程超过量子阱结构区域时，对量子阱光致发光峰的破坏反而减小．

2μm像元间距GaAs/AlGaAs量子阱红外焦平面探测器

量子阱焦平面探测器具有大面阵焦平面探测器重复性和均匀性好、成品率高、成本低等明显的产业化优势,在军民两用领域获得了广泛而重要的应用。为了尽快研制出全国产化高性能量子阱红外焦平面探测器,通过完全正向的器件设计,采用常规光刻和反应离子刻蚀方法,成功研制出87.1%的高占空比320×256长波量子阱焦平面探测器,峰值波长9μm,平均峰值探测率1.6×1010cm·Hz1/2·W-1。第一支样管的噪声等效温差为33.2mK,响应率不均应性8.9%,面阵盲元率1%。在70K温度下获得了1km和4.2km处的建筑物的清晰成像。实验结果充分显示了器件设计的正确性及研制技术的可控性。

一种具有GaInAsN/GaAs量子阱结构的三结太阳能电池的设计

该文使用传输矩阵法分析了GaInAsN/GaAs量子阱对电子的透射情况,并使用crosslight软件对GaInAsN/GaAs量子阱太阳能电池的伏安特性进行了数值模拟和分析。初步讨论了量子阱的阱宽和垒厚的变化对量子阱电池伏安特性的影响.模拟结果发现垒厚32nm、阱宽7nm的量子阱光伏性能表现良好。作为有源区,当将该量子阱加入到GaAs子电池中,InGaP/GaAs/Ge三结电池在AM0下的短路电流密度达到19.81mA/cm2,比未使用量子阱有源区的三结电池提高了20%。

垂直磁场中GaAs-Ga_(1-x)Al_xAs量子阱内类氢杂质束缚能计算

应用一维化方法和有效质量近似计算了在垂直于界面的磁场作用下量子阱内类氢杂质基态和低激发态的束缚能,并考虑到GaAs和GaAlAs中电子具有不同的有效质量和不同的介电常数,所得计算结果与实验较好相符。 量子阱;;超晶格;;GaAs;;

完全 MBE 生长的内含吸收型光栅 GaAlAs／GaAs 多量子阱增益耦合型分布反馈式半导体激光器

我们首次完全采用ＭＢＥ技术成功地制作了内含吸收型光栅的ＧａＡＩＡｓ／ＧａＡｓ量子阶增益耦合型分布反馈式半导体激光器．激光器在室温下的激射波长为８６０ｕｍ，单模单端输出光脉冲峰值功率超过２０ｍＷ．器件在至少０℃到８０℃的范围内始终保持单纵模激射．作为初步结果，条宽为５～６μｍ的氧化物条形结构器件的脉冲工作阈值电流约为７００ｍＡ．

新型GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器暗电流特性

对基于 Ga As/ Al Ga As系子带间吸收的一种新型量子阱红外探测器 ,采用 Poisson方程和 Schrodinger方程 ,计算了新器件结构的能带结构、电子分布特性 ,在此基础上采用热离子发射、热辅助遂穿模型对器件的暗电流特性进行了模拟 ,计算结果与器件实测的暗电流特性吻合得很好 ,说明热离子发射、热辅助遂穿机制是形成器件暗电流的主要构成机制 ,增加垒高、降低阱中掺杂浓度及降低工作温度是抑制器件暗电流的主要途径 ,计算结果对进一步优化器件的设计将起到重要的理论指导作用 .

AlGaAs/GaAs多量子阱红外探测器暗电流特性

介绍了 AlGaAs/GaAs 多量子阱红外探测器(QWIP)暗电流与噪声的关系和降低暗电流的途径;基手湿法化学腐蚀工艺制作了300μm×300μm台面单元器件,并用变温液氦杜瓦测试系统在不同温度下对红外探测器暗电流进行了测试并分析。在温度小于40 K 时,随着温度的改变暗电流没有明显的变化;当温度大于40 K 时,暗电流随着温度的升高迅速变大,正、负偏压下 QWIP 暗电流具有不对称特性。

退火后无应变Ga_(1-x)In_xN_yAs_(1-y)/GaAs量子阱的带隙

针对快速热退火引起的N最近邻原子环境的变化,建立了热平衡态下Ga1-xInxNyAs1-y合金中各二元化合键的统计分布模型.并将理论计算得到的N周围平均In原子数r引入到BAC经验模型中,对退火后的Ga1-xInxNyAs1-y体材料带隙进行了计算.最后,利用讨论BAC模型中电子波函数边界条件的方法,计算了无应变Ga1-xInxNyAs1-y/GaAs量子阱的带隙.

GaAs/AlAs量子阱中受主束缚能和光致发光

从实验和理论上，研究了量子限制效应对GaAs／AlAs多量子阱中受主对重空穴束缚能的影响。实验中所用的样品是通过分子束外延生长的一系列GaAs／AlAs多量子阱，量子阱宽度为3—20nm，并且在量子阱中央进行了浅受主Be原子的δ-掺杂。在4，20，40，80，120K不同温度下，分别对上述样品进行了光致发光谱测量，观察到了受主束缚激子从基态到激发态的两空穴跃迁，并且从实验上测得了在不同量子阱宽度下受主的束缚能。理论上应用量子力学中的变分原理，数值计算了受主对重空穴束缚能随量子阱宽度的变化关系，比较发现，理论计算和实验结果符合地较好。

MOVPE生长Al_（0．35）Ga_（0．65）As／GaAs量子阱结构的光致发光

用常压ＭＯＶＰＥ系统，采用ＡｓＨ３、国产ＴＭＧａ和ＴＭＡＩ生长了ＡＩ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ／ＧａＡｓ多量子阱结构．在１１Ｋ下，宽度为１０Ａ的阱ＰＬ半峰竞最窄为１２ｍｅＶ，表明量子阱结构具有陡峭的界面．光致发光（ＰＬ）测试结果显示，较低的生长速率和适当的生长中断时间有利于改善ＰＬ半峰宽．

快速热退火对高应变InGaAs/GaAs量子阱的影响

用固态分子束外延技术生长了高应变In0.45Ga0.55As/GaAs量子阱材料.研究了快速热退火对高应变InGaAs/GaAs量子阱材料光学性质的影响.本文采用假设InGaAs/GaAs量子阱中的InGa原子扩散为误差函数扩散并解任意形状量子阱的薛定谔方程的方法,对不同退火温度下InGaAs/GaAs量子阱室温光致发光峰值波长拟合,得到了In原子在高应变InGaAs/GaAs量子阱中的扩散系数以及扩散激活能(0.88eV).

GaN_xAs_(1-x)/GaAs单量子阱发光性质及带阶研究

用光荧光谱 (PL )研究了 Ga Nx As1 - x/ Ga As单量子阱 (SQW)的光跃迁性质和带阶 .通过研究积分荧光强度与激发强度的关系及光谱峰值位置与温度的关系 ,发现 Ga Nx As1 - x/ Ga As单量子阱中的发光是本征带 -带跃迁 ,并且低温发光是局域激子发光 .通过自洽计算发现它的导带带阶 (ΔEc)与氮含量的关系不是纯粹的线性关系 ,其平均变化速率 (0 .110 e V / N% )比文献中报道的要慢得多 (0 .15 6～ 0 .175 e V / N% ) ,此外发现 Qc(=ΔEc/Δ Eg)随氮含量的变化很小 ,可以用 Qc≈ x0 .2 5 来表示 .还研究了 Ga Nx As1 - x/ Ga As单量子阱中氮含量的变化对能带弯曲参数 (b)

大应变In_(0.3)Ga_(0.7)As/GaAs量子阱激光器的生长和研究

金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长应变InGaAs/GaAs量子阱,应变缓冲层结合生长中断改善量子阱的PL谱特性.用该量子阱制备的激光器有很低的阈值电流密度(43 A/cm^2)和较高的斜率效率(0.34W/A,per facet)。