InGaAs/GaAsP应变补偿多量子阱MOCVD生长

利用金属有机化学气相沉积技术在GaAs衬底上开展了大失配InGaAs多量子阱的外延生长研究。针对InGaAs与GaAs之间较大晶格失配的问题,设计了GaAsP应变补偿层结构;通过理论模拟与实验相结合的方式,调控了GaAsP材料体系中的P组分,设计了P组分分别为0,0.128,0.184,0.257的三周期In_xGa_(1-x)As/GaAs_(1-y)P_y多量子阱结构;通过PL、XRD、AFM测试对比发现,高势垒GaAsP材料的张应变补偿可以改善晶体质量。综合比较,在P组分为0.184时,PL波长1 043.6 nm,半峰宽29.9 nm, XRD有多级卫星峰且半峰宽较小,AFM粗糙度为0.130 nm,表面形貌显示为台阶流生长模式。     

GaAs/Al_xGa_(1-x)As超晶格子带间光跃迁的研究

运用Kronig-Penney模型的新形式,研究了超晶格子带间光跃迁的频率、带宽和跃迁强度,用GaAs/Al_xGa_(1-x)As多量子阱材料做了关于红外吸收的实验,理论与实验符合较好。     

Al_xGa_(1-x)As/GaAs 异质结界面上二维电子气量子霍耳效应的测量

我们利用分子束外延技术生长的 Al_xGa_(1-x)As/GaAs 调制掺杂异质结材料做成霍耳测量样品,在 T=2K 的温度下及 B=4～5T 的磁场中进行了测量,得到 i=2时的量子霍耳电阻 R_H=12906.4±0.1Ω,总误差小于8ppm.     

关于RHEED振荡技术优化GaAs(110)量子阱生长的研究

在GaAs(110)衬底上生长的半导体材料有诸多优良性能，使得在非极性GaAs(110)衬底上获得高质量各类异质结材料，成为近年来分子束外延生长关注的课题.考虑GaAs(110)表面是Ga和As共面，最佳生长温度窗口很小；反射式高能电子衍射的(1×1)再构图案对生长温度和V/Ⅲ束流比不敏感，难于通过观察再构图案的变化，准确地找到最佳生长条件.作者在制备GaAs(110)量子阱过程中，观察到反射式高能电子衍射强度振荡呈现出的单双周期变化.这意味着不同工艺条件下，在 GaAs(110)衬底上量子阱有单层和双层两种生长模式.透射电子显微镜和室温光致荧光光谱测量结果表明：在双层生长模式下量子阱样品光学性能较差，而在单层生长模式下量子阱光学性能较好，但是界面会变粗糙.利用这一特点，我们采用反射式高能电子衍射强度振荡技术，找到了一种在GaAs(110)衬底上生长高质量量子阱的可行方法. 关键词： 反射高能电子衍射 量子阱 分子束外延     

在MOCVD外延生长中V/Ⅲ比对Al_xGa_(1-x)As外延层中A1组分分布的影响

本实验首次观察到用MOCVD方法在GaAs基片上外延生长Al_xGa_(1-x)As/GaAs薄膜结构时,生长中所用的Ⅴ/Ⅲ比对外延层中Al组份x的分布的影响.当Ⅴ/Ⅲ比较低时,外延层中的Al组份出现很明显的层状阶梯形三层分布:靠近基片的一层中x值较低,而在外延层的表面层中x值较高.随着生长中所用的Ⅴ/Ⅲ比增加时,Al组份的分布趋于均匀.利用GaAs的高温热分解和Ga、As离子在晶体中的热扩散及其对外延生长的影响,对这一现象作了初步解释.     

AlGaAs/GaAs多量子阱结构中受激载流子的飞秒弛豫特性

本文介绍采用飞秒饱和吸收测量技术研究Al_xGa_(1-x)As/GaAs多量子阱结构中受激载流子的超快弛豫特性.当激发光子能量大于样品势垒层能带隙时,受激产生于势垒层和势阱层连续态中的载流子分别在130和30fs时间内离开受激态,弛豫至准平衡态.势垒中的载流子被捕至势阱束缚态的情况主要发生于热载流子的冷却和复合过程的皮秒级时间内.     

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.     

GaAs/AlxGa1-xAs量子阱能级结构设计与光谱分析

通过理论计算对用于量子阱红外探测器的GaAs/AlxGa1-xAs量子阱能级结构进行模拟设计,将不同生长结构的量子阱材料的光响应谱和光致荧光谱(PL)与计算结果进行比较.说明量子阱生长结构与量子阱能级结构的关系.欲使量子阱红外探测器的响应峰值在8μm附近,则需量子阱结构中阱宽为47nm,垒中Al含量为029.理论计算与测试结果符合得较好. 关键词：     

利用选择性外延法生长单芯片双波长白光InGaN/GaN多量子阱结构

为了制备单芯片无荧光粉白光InGaN/GaN多量子阱发光结构,利用选择性外延生长法在SiO2条纹掩膜板上生长出具有梯形形貌的GaN微面结构,并在该GaN微面结构上生长InGaN/GaN多量子阱结构,最终在单芯片上获得了双波长发光.结果表明:梯形GaN微面由(0001)和(11-22)面组成,两者的表面能和极性不同,并且在InGaN/GaN多量子阱生长过程中,In原子和Ga原子迁移速率不同,从而使得(0001)和(11-22)面上的多量子阱具有不同的发光波长;该性质可以使(11-22)面的微面量子阱发出蓝光(峰值波长为420nm),而(0001)面的量子阱发出黄光(峰值波长为525nm),最终形成双波长的复合白光外延结构.     

近800nm波长张应变GaAsP/A1GaAs量子阱激光器有源区的设计

张应变GaAs_(1-x)P_x量子阱是高性能大功率半导体激光器的核心有源区,基于能带结构分析优化其结构参数具有重要的应用指导意义.首先,基于6×6 Luttinger-Kohn模型,采用有限差分法计算了张应变GaAs_(1-x)P_x量子阱的能带结构,得到了第一子带间跃迁波长固定为近800 nm时的阱宽-阱组分关系,即随着阱组分x的增加,需同时增大阱宽,且阱宽较大时靠近价带顶的是轻空穴第一子带lh_1,阱宽较小时靠近价带顶的是重空穴第一子带hh_1.计算并分析了导带第一子带c_1到价带子带lh_1和hh_1的跃迁动量矩阵元.针对808 nm量子阱激光器,模拟计算了阈值增益与阱宽的关系,得到大阱宽有利于横磁模激射,小阱宽有利于横电模激射.进一步考虑了自发辐射和俄歇复合之后,模拟计算了808 nm量子阱激光器的阱宽与阈值电流密度的关系,阱宽较大时载流子对高能级子带的填充使得阈值电流密度增加,而阱宽较小时则是低的有源区光限制因子导致阈值电流密度升高,因此存在一最佳的阱宽-阱组分组合,可使阈值电流密度达到最小.本文的模拟结果可对张应变GaAs_(1-x)P_x量子阱激光器的理论分析和结构设计提供理论指导.     

基于GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱光子晶体的窄带滤波器

讨论了利用GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱构成的一维光子晶体实现窄带滤波的原理.研究了外加电场下GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱的激子吸收所导致的反常色散行为.研究发现,在反常色散材料的共振频率附近,存在一个较强色散且吸收很小的区域,该区域内的色散可以在PCs的带隙中产生一个窄的通频带,其对应的最大透过率约为0.73,全固态滤光器的带宽约为4.9 nm,并可利用外加电场进行调谐,这将为设计一种全新的固态滤波器提供指导.     

多层AlGaAs的时间分辨归一化反射率及 各向异性反射率谱在线监测及分析

通过光学在线监测技术对多层Al_xGa_1-xAs样品生长过程中的生长速率与表面结构进行了分析。描述了选取合适探测光子能量的方法并在线监测了样品生长过程中表面归一化反射率(Normalized Reflectance, NR)和各向异性反射率(Reflectance Anisotropy,RA)随生长时间的变化,得到了样品的时间分辨NR及RA曲线,利用光学干涉原理解释了NR曲线的振荡衰减特性。不同Al_xGa_1-xAs层NR曲线收敛值随Al组分的单调变化被认为是材料的折射率变化引起的,而RA值随Al组分的增加而增加说明Al原子的并入对表面光学各向异性有影响。通过拟合每一层材料的归一化反射谱振荡曲线得到了各层生长速率,与扫描电镜测试结果差别小于0.02 nm/s。对时间分辨RA曲线分析发现,生长温度对GaAs表面原子结构产生了影响。     

加偏置电场的双曲线量子阱中线性与三阶非线性光学吸收系数的计算

利用紧致密度矩阵近似方法,研究了加偏置电场双曲线量子阱中的线性与三阶非线性光学吸收系数. 得到了该系统中的线性与三阶非线性光学吸收系数的解析表达式.分析了势阱的形状、外加电场的大小以及入射光场的强度对吸收系数的影响规律. 文章以典型的AlxGa1－xAs/ GaAs双曲线量子阱为例作了数值计算.结果表明：随着势阱宽度的增加,系统的吸收系数将减小;随着外加电场的增加,系统的非对称性增加,系统的吸收系数将增加;随着外加光场强度的增加,系统的吸收系数将减小,并且当光强增加到一定值时会出现明显的饱和吸收现象,这一结论为进一步的实验研究提供了相应的理论依据.     

纤锌矿GaN/AlxGa1-xN量子阱中极化子能量

采用LLP变分方法研究了纤锌矿GaN/Al_xGa_1-xN量子阱材料中极化子的能级,给出极化子基态能量、第一激发态能量和第一激发态到基态的跃迁能量与量子阱宽度和量子阱深度变化的函数关系。研究结果表明,极化子基态能量、第一激发态能量和跃迁能量随着阱宽L的增大而开始急剧减小,然后缓慢下降,最后接近于体材料GaN中的相应值。基态能量和第一激发态到基态的跃迁能量随着量子阱深度的增加而逐渐增加,窄阱时这一趋势更明显。纤锌矿氮化物量子阱中电子-声子相互作用对能量的贡献比较大,这一值(约40meV)远远大于闪锌矿(GaAs/Al_xGa_1-xAs)量子阱中相应的值(约3meV)。因此讨论GaN/Al_xGa_1-xN量子阱中电子态问题时应考虑电子-声子相互作用。     

MOCVD外延生长AlGaAs组份的在线监测

利用反射各向异性谱( RAS)和反射谱在线监测了AlxGa1-xAs样品的金属有机化合物汽相淀积(MOCVD)外延生长过程.通过在线监测得到的RAS和反射谱可以敏感地反映出AlxGa1-xAs外延层组份发生的变化,从而优化外延生长工艺.实验表明,反射谱中的振荡周期可以在线计算组份和生长速率,利用反射谱中的振荡的第一个最...     

GaAs/Al1-xAs表面单量子阱原位光调制反射光谱研究

关键词：     

压力及屏蔽对无限深量子阱中施主结合能的影响

对GaAs/Al_xGa_1-xAs和GaN/Al_xGa_1-xN无限深量子阱系统,考虑压力及屏蔽效应,利用变分方法数值计算这两种系统中的杂质态结合能。给出了结合能随阱宽和压力的变化关系,同时讨论了有无屏蔽时的区别。结果表明,结合能随压力增大而增大,随阱宽增大而减小;屏蔽效应随着压力的增加而增加,并且显著降低了杂质态的结合能。     

双三角量子阱中不对称性及掺杂浓度对电子拉曼散射的影响(英文)

在有效质量近似下,从理论上研究了非对称双三角量子阱的拉曼散射。推导了导带子带间电子跃迁的微分散射截面表达式,以GaAs/AlxGa1-xAs材料为例进行了数值计算。结果表明,散射光谱不仅与掺杂浓度有关,而且与双量子阱的不对称性有关,随着量子阱不对称性的增加或掺杂浓度的减少,散射峰发生了红移。本工作对设计新型微电子和光电子器件有一定的指导意义。     

磁场中耦合量子线的三阶非线性光学吸收率

本文研究了磁场中耦合量子线的三阶非线性光学吸收率,并且利用密度矩阵算符理论导出了三阶非线性光学吸收率的解析表达式.最后,以GaAs/Al_xGa_1-xAs耦合量子线为例作了数值计算,并绘出了三阶非线性光学吸收率与磁场B,光子能量h-ω以及间隔D之间的依赖关系.     

新型MIp~+-Al_(0.3)Ga_(0.7)As/p-n-n~+-GaAs太阳电池的设计与I-V特性理论分析

为充分利用太阳光的短波部分,将AlxGa1-xAs设计为电池的又一个光伏工作层,并引入固定负电荷,建立界面感应势垒,形成MIp -AlGaAs感应结,有效降低界面对光生电子的复合。以制作工艺简单的p -AlGaAs／p-GaAs界面,将感应结与p／n-GaAs部分连接起来,构成新型高效率复合结构MIp -Al0.3Ga0.7As／p-n-n -GaAs太阳电池。其I-V特性理论研究绐果表明,选择合适的负电荷面密度数和Al0.3Ga0.7As层的掺杂浓度,即:建立合适高度的感应势垒,可显著降低界面复合速度近8个数量级。优化设计得到的整个电池的效率为31.5％,较传统的窗口层电池有明显提高。