高In组分InGaNAs/GaAs量子阱的生长及发光特性

采用分子束外延技术(MBE)在Ga As衬底上外延生长高In组分(40%)In Ga NAs/Ga As量子阱材料,工作波长覆盖1.3~1.55μm光纤通信波段。利用室温光致发光(PL)光谱研究了N原子并入的生长机制和In Ga NAs/Ga As量子阱的生长特性。结果表明:N组分增加会引入大量非辐射复合中心;随着生长温度从480℃升高到580℃,N摩尔分数从2%迅速下降到0.2%;N并入组分几乎不受In组分和As压的影响,黏附系数接近1;生长温度在410℃、Ⅴ/Ⅲ束流比在25左右时,In_(0.4)Ga_(0.6)N_(0.01)As_(0.99)/Ga As量子阱PL发光强度最大,缺陷和位错最少;高生长速率可以获得较短的表面迁移长度和较好的晶体质量。     

晶格匹配InAs/AlSb超晶格材料的分子束外延生长研究

InAs/GaSb超晶格是量子级联激光器(quantum cascade lase,QCL)和带间级联激光器(interband cascade lasers,ICL)结构中重要的组成,特别是作为ICL的上下超晶格波导层是由大量的超薄外延层(纳米量级)交替生长而成,细微的晶格失配便会直接导致材料晶体质量变差,而且每层的厚度和组分变化会强烈影响材料结构性能.论文研究验证了InAs/GaSb超晶格材料生长的最佳温度约在420℃.通过在衬底旋转的情况下生长40周期短周期GaSb/AlSb和InAs/GaSb超晶格,并采用XRD测量拟合获得了GaSb和AlSb层厚分别为5.448 nm和3.921 nm,以及InAs和GaSb层厚分别为8.998 nm和13.77 nm,误差在10%以内,获得了InAs/AlSb超晶格的生长最优条件.在GaSb衬底上生长晶格匹配的40周期的InAs/AlSb超晶格波导层,充分考虑飘逸As注入对InAs/AlSb超晶格平均晶格常数的影响,在固定SOAK时间为3 s的条件下,通过变化As压为1.7×10^-6 mbar来调整个超晶格的平均晶格常...     

超薄溶液LPE技术生长GaInAsP/InP超晶格的理论与实验

本文由有限厚度溶液及自由表面浓度和恒定表面浓度二种模型出发对LPE生长动力学过程进行了理论分析,并导出了实现薄层生长的参数控制条件,根据这一条件用LPE技术实际生长了GaInAsP/InP超晶格,570℃下用突冷法及被压缩到200μm～500μm的薄层溶液在0.2s的驻留时间内分别重复长出了5nm(Ga0.40In0.60As0.89P0.11)和10nm(InP)的超晶格,证明了用重复推拉舟的LPE系统在一定的参数条件下可以生长MQW结构.     

1 eV吸收带边GaInAs/GaNAs超晶格太阳能电池的阱层设计

使用In, N分离的GaInAs/GaNAs超晶格作为有源区是实现高质量1eV带隙 GaInNAs基太阳能电池的重要方案之一. 为在实验上生长出高质量相应吸收带边的超晶格结构, 本文采用计算超晶格电子态常用的Kronig-Penney模型比较了不同阱层材料选择下, 吸收带边为1 eV的GaInAs/GaNAs超晶格相关参数的对应关系以及超晶格应变状态. 结果表明: GaNAs与GaInAs作为超晶格阱层材料在实现1 eV的吸收带边时具有不同的考虑和要求; 在固定1 eV的吸收带边时, GaNAs材料作为阱层可获得较好的超晶格应变补偿, 将有利于生长高质量且充分吸收的太阳能电池有源区. 关键词： GaInAs/GaNAs超晶格 Kronig-Penney模型 太阳能电池     

利用In0.82Ga0.18As与InP衬底之间的应力制作结构材料的缓冲层

采用低压金属有机化学气相淀积(LP-MOCVD)技术,在InP(100)衬底上生长In0.82Ga0.18As,研究生长温度对In0.82Ga0.18As材料表面形貌、结晶质量和电学性能的影响.利用InP(100)衬底与In0.82Ga0.18As材料晶格失配所产生的应变,在不同的生长温度下应变释放程度不同,进而在In...     

应力导致InAs/In0.15Ga0.85As量子点结构中 In0.15Ga0.85As阱层的合金分解效应研究

利用固源分子束外延技术,在In0.15Ga0.85As/GaAs量子阱生长了两个InAs/In0.15Ga0.85As量子点(DWELL)样品.通过改变其中一个InAs DWELL样品中的In0.15Ga0.85As阱层的厚度和生长温度,获得了量子点尺寸增大而且尺寸分布更均匀的结果.结合光致发光光谱(PL)和压电调制光谱(PzR)实验结果,发现该样品量子点的光学性质也同时得到了极大的优化.基于有效质量近似的数值计算结果表明:量子点后生长过程中应力导致In0.15Ga0.85As阱层合金分解机理是导致量子点尺寸和光学性质得到优化的主要原因.     

[(SrTiO3)n/(SrTi0.8Nb0.2O3)m]20/LaAlO3超晶格的制备及其激光感生热电电压效应

采用脉冲激光沉积(PLD)镀膜技术在倾斜10°的LaAlO3(100)单晶衬底上制备了(SrTiO3)n/(SrTi0.8Nb0.2O3)m系列超晶格.在超晶格薄膜的XRD图谱中清楚地观察到周期调制的卫星峰结构.从卫星峰的分布计算了超周期,进而得到了在生长SrTiO3和SrTi0.8Nb0.2O3时的沉积速率,分别为0.78 /pulse和0.57 /pulse.在超晶格薄膜中发现了激光感生热电电压(LITV)效应,说明这种人造原子层热电堆结构具有Seebeck系数各向异性.研究发现,在SrTiO3介电层厚度n=46.8 nm,SrTi0.8Nb0.2O3导电层厚度m=19.0 nm时LITV信号的平均峰值电压最大U -P=0.7 V/mJ·mm,n=46.8 nm,m=11.4 nm时LITV信号的平均响应时间最小τ -=124 ns.     

Cu/Ti超晶格薄膜的强紫外反射性能研究

采用直流磁控溅射方法制备了一维二组元Cu/Ti周期超晶格金属薄膜 ,研究了基片温度、膜周期数、基片取向与紫外反射的关系。当基片加热温度为 470℃时 ,在硅 (10 0 )晶面上生长的 30层Cu/Ti膜 ,层间膜厚控制在1∶3、膜总厚度控制为 30 0nm时 ,所制备的超晶格薄膜在 5°入射角下对 2 0 0nm的紫外光 ,其反射率可高达 90 %。     

MOCVD-Ga0.4In0.6As0.85P0.15/InP分布布喇格反射镜的反射率

采用MOCVD方法在InP衬底上制备了高质量的四元合金Ga0.4In0.6As0．85P0.15和InP外延层,用椭圆偏光仪测得Ga0.4In0.6As0.85P0.15和InP外延层的折射率。由这两种具有不同折射率的半导体材料交替生长构成不同周期的分布布喇格反射镜(DBR)。研究了不同周期的DBR结构的反射率与波长及反射率与DBR结构周期数的关系。根据多层膜增反原理,当中心波长为1．55um时,反射率随周期数增加迅速增加,周期数为23时,反射率可达99．97％。利用MOCVD技术,通过Ga0.4In0.6As0.85P0.15/InP的交替生长,成功地获得周期数分别为3,4,7,11,15,19,23的分布布喇格反射镜(DBR)。实验结果表明,已获得表面如镜面状的二元InP外延层,而组分x,y分别为0．4,0．85的四元合金,因其处于混溶隙,外延层表面较粗糙,未获得镜面状表面。反射率的测量结果表明,反射镜的反射率随周期数的增加而升高,当DBR的周期数为23时,反射率为54．44％,与理论结果尚存在一定差距。     

InGaN/GaN超晶格厚度对Si衬底GaN基蓝光发光二极管光电性能的影响

采用有机金属化学气相沉积技术在Si(111)衬底上生长蓝光多量子阱发光二极管(LED) 结构, 通过在量子阱下方分别插入两组不同厚度的InGaN/GaN超晶格, 比较了超晶格厚度对LED光电性能的影响. 结果显示: 随超晶格厚度增加, 样品的反向漏电流加剧; 300 K下电致发光仪测得随着电流增加, LED发光光谱峰值的蓝移量随超晶格厚度增加而减少, 但不同超晶格厚度的两个样品在300 K下的电致发光强度几乎无差异. 结合高分辨X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对样品的位错密度和V形坑特征分析, 明确了两样品反向漏电流产生巨大差异的原因是由于超晶格厚度大的样品具有更大的V形坑和V形坑密度, 而V形坑可作为载流子的优先通道, 使超晶格更厚的样品反向漏电流加剧. 通过对样品非对称(105)面附近的X射线衍射倒易空间图分析, 算得超晶格厚度大的样品其InGaN量子阱在GaN上的弛豫度也大, 即超晶格厚度增加有利于减小InGaN量子阱所受的应力. 综合以上影响LED发光效率的消长因素, 导致两样品最终的发光强度相近.     

The effects of InGaN layer thickness on the performance of InGaN/GaN p-i-n solar cells

InGaN/GaN p-i-n solar cells, each with an undoped In0.12Ga0.88N absorption layer, are grown on c-plane sapphire substrates by metal-organic chemical vapor deposition. The effects of the thickness and dislocation density of the absorp- tion layer on the collection efficiency of InGaN-based solar cells are analyzed, and the experimental results demonstrate that the thickness of the InGaN layer and the dislocation density significantly affect the performance. An optimized InGaN- based solar cell with a peak external quantum efficiency of 57% at a wavelength of 371 nm is reported. The full width at half maximum of the rocking curve of the （0002） InGaN layer is 180 arcsec.     

膜厚对射频磁控溅射法制备的SnS薄膜结构和光学性质的影响

利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备SnS薄膜,用X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)分别对所制备的薄膜晶体结构、组分、表面形貌、厚度、反射率和透过率进行表征分析。研究结果表明:薄膜厚度的增加有利于改善薄膜的结晶质量和组分配比,晶粒尺寸和颗粒尺寸随着厚度的增加而变大。样品的折射率在1 500~2 500 nm波长范围内随着薄膜厚度的增加而增大。样品在可见光区域吸收强烈,吸收系数达10⁵ cm^-1量级。禁带宽度在薄膜厚度增加到1 042 nm时为1.57 eV,接近于太阳电池材料的的最佳光学带隙(1.5 eV)。     

蓝宝石衬底上GaN/AlxGa1-xN超晶格插入层对AlxGa1-xN外延薄膜应变及缺陷密度的影响

室温300K下,由于Al_xGa_1-xN的带隙宽度可以从GaN的3.42eV到AlN的6.2eV之间变化,所以Al_xGa_1-xN是紫外光探测器和深紫外LED所必需的外延材料.高质量高铝组分Al_xGa_1-xN材料生长的一大困难就是Al_xGa_1-xN与常用的蓝宝石衬底之间大的晶格失配和热失配.因而采用MOCVD在GaN/蓝宝石上生长的Al_xGa_1-xN薄膜由于受张应力作用非常容易发生龟裂.GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层技术是释放应力和减少Al_xGa_1-xN薄膜中缺陷的有效方法.研究了GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层对GaN/蓝宝石上Al_xGa_1-xN外延薄膜应变状态和缺陷密度的影响.通过拉曼散射探测声子频率从而得到材料中的残余应力是一种简便常用的方法,Al_xGa_1-xN外延薄膜的应变状态可通过拉曼光谱测量得到.Al_xGa_1-xN外延薄膜的缺陷密度通过测量X射线衍射得到.对于具有相同阱垒厚度的超晶格,例如4nm/4nm,5nm/5nm,8nm/8nm的GaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格,研究发现随着超晶格周期厚度的增加Al_xGa_1-xN外延薄膜缺陷密度降低,Al_xGa_1-xN外延薄膜处于张应变状态,且5nm/5nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层Al_xGa_1-xN外延薄膜的张应变最小.在保持5nm阱宽不变的情况下,将垒宽增大到8nm,即十个周期的5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层使Al_xGa_1-xN外延层应变状态由张应变变为压应变.由X射线衍射结果计算了Al_xGa_1-xN外延薄膜的刃型位错和螺型位错密度,结果表明超晶格插入层对螺型位错和刃型位错都有一定的抑制效果.透射电镜图像表明超晶格插入层使位错发生合并、转向或是使位错终止,且5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层导致Al_xGa_1-xN外延薄膜中的刃型位错倾斜30°左右,释放一部分压应变.     

结构参数对p-i-n结构InGaN太阳能电池性能的影响及机理

研究了器件结构参数对p-i-n结构InGaN单结太阳能电池性能的影响及物理机制. 模拟结果发现: 随着InGaN禁带宽度的增加, InGaN电池的短路电流减小, 但同时开路电压增加, 当InGaN层的禁带宽度为1.5 eV左右时, 同质p-i-n结InGaN电池的效率最高, 并计算了不同厚度的i层对InGaN电池效率的影响. 进一步的计算表明, 适当采用带宽更大的p-InGaN层形成异质p-i-n结InGaN电池可以获得更高效率, 但是p-InGaN层带宽过大也会导致电池的效率急剧下降. 研究还发现, 采用禁带宽度更大的n-InGaN层可以形成背电场, 从而增加p-i-n结InGaN太阳电池的效率. 研究结果表明, 适当选择p-InGaN和n-InGaN禁带宽度形成异质p-i-n结可以提高InGaN太阳能电池效率.     

基于阳极氧化铝纳米光栅的薄膜硅太阳能电池双重陷光结构设计与仿真

本文提出了表面和底部均带有阳极氧化铝(AAO)纳米光栅的薄膜硅太阳能电池双重陷光结构,利用FDTD软件仿真研究了AAO纳米光栅的周期、厚度和占空比对薄膜硅太阳能电池短路电流密度的影响,并对AAO结构参数进行了优化.仿真结果表明,表面AAO最佳结构参数是周期440 nm,厚度75 nm,占空比0.5,底部AAO最佳结构参数是周期380 nm,厚度90 nm,占空比为0.75.双重AAO组合陷光结构可有效增加薄膜硅太阳能电池在280—1100 nm范围内的光吸收,吸收相对增强可以达到74.44%.     

Zn1-xMgxO电子结构及光学性质的第一性原理GGA+U方法研究

Mg掺杂ZnO形成的固溶体Zn_1-xMg_xO（ZMO）（0 ≤ x ≤ 0.25）是一种带隙较宽、电子学性质可调控的半导体材料,在薄膜太阳电池及光电设备的透明电极等方面具有重要的应用价值。基于密度泛函理论下的第一性原理超软赝势方法,采用GGA+U计算了ZMO的电子结构和光学性质。计算结果表明,随着x值的增加,ZMO的禁带宽度由x=0时的3.32 eV增加到x=0.25时的3.78 eV;光吸收边及反射谱和能量损失谱均发生明显蓝移,峰值存在于紫外光区。计算结果与实验结论相符合。     

Optical characterization of amorphous Ga50Se45S5 films

The transmission spectra of thermally evaporated Ga₅₀Se₄₅S₅ films were measured over the wavelength range 300–900 nm. A simple method, suggested by Swanepoel, was used for the determination of the optical constants and thickness of the films. Increasing the thickness of the film beyond 450 nm does not affect the optical constants. The dependence of the absorption coefficient on the photon energy (hν) at the edge of the absorption band is well described by the relation hν=β(hν−E_opt)² with an optical gap equals 2.4 eV. A good fit of the experimental points with Tauc relation indicates that non-direct transition is the most probable mechanism responsible for the photon absorption inside the investigated film.     

Substrate temperature influence on the properties of nanostructured ZnO transparent ultrathin films grown by PLD

Zinc oxide films of 40 nm thickness have been deposited on glass substrates by pulsed laser deposition using an excimer XeCl laser (308 nm) at different substrate temperatures ranging from room temperature to 650 °C. Surface investigations carried out by using atomic force microscopy have shown a strong influence of temperature on the films surface topography. UV-VIS transmittance measurements have shown that our ZnO films are highly transparent in the visible wavelength region, having an average transmittance of ∼90%. The optical band gap of the films was found to be 3.26 eV, which is lower than the theoretical value of 3.37 eV. Besides the normal absorption edge related to the transition between the valence and the conduction band, an additional absorption band was also recorded in the wavelength region around 364 nm (∼3.4 eV). This additional absorption band may be due to excitonic, impurity, and/or quantum size effects. Photoreduction/oxidation in ozone of the ZnO films lead to larger conductivity changes for higher deposition temperature. In conclusion, the ozone sensing characteristics as well as the optical properties of the ZnO thin films deposited by pulsed laser deposition are strongly influenced by the substrate temperature during growth. The sensitivity of the films towards ozone might be enhanced significantly by the control of the films deposition parameters and surface characteristics.     

非晶硅太阳电池结构模拟设计

为了从理论上分析提高非晶硅太阳能电池的转化效率,运用微电子和光子结构分析一维器件模拟程序模拟非晶硅太阳电池a-SiC∶H/a-Si∶H/a-Si∶H结构,分析比较了不同前端接触透明导电层的功函数ФITO、禁带宽度、本征层厚度、掺杂浓度、缺陷态密度等因素对太阳电池性能的影响.模拟得到,在功函数达到5.1 eV,禁带宽度1.8 eV,本征层厚度265 nm等最优化条件下,非晶硅太阳能电池转化效率达到9.855%,比一般非晶硅太阳能电池转化效率高近2%.     

Properties of PbTe/EuTe short period superlattices and their application to laser diodes

Short period superlattices (SPSLs) consisting of PbTe (E_g=0.3eV) and EuTe (E_g-2.0eV) were prepared on KCl (100) substrates by alternate growth of the PbTe (100 Å) and Eu (less than a few atomic layers) using a hot-wall technique. The structural properties were studied through x-ray diffraction and electron-probe micro analysis. The band gap of the SPSL, depending on average Eu (EuTe) composition, was determined by optical transmission measurement. It was found that the band gap of the SPSL of a small EuTe composition increases very sensitively with the EuTe composition, while that of a large EuTe composition depends only on the period length, resulting from the quantum size effect due to large band gap of EuTe (barrier). Results of magneto resistance measurements of the SPSL are also presented. A multiple quantum-well (MQW) laser was fabricated using the SPSL for barrier layers in the MQW active region and cladding layers. The laser operated up to 160 K (pulsed).