近紫外380nm发光二极管的量子阱结构优化

模拟分析了有源区不同垒层对380 nm近紫外发光二极管的内量子效率、电子空穴浓度分布、辐射复合效率等产生的影响。有源区垒层材料分别选用GaN、Al0.1Ga0.9N、Al0.1Ga0.9N/Al0.15Ga0.85N/Al0.1Ga0.9N,其中3层AlGaN的厚度比分别为6 nm/8 nm/6 nm和7 nm/6 nm/7 nm。对比分析发现,与GaN垒层相比,选用AlGaN系列垒层可以将更多的载流子限制在有源区内,空穴浓度可以提高近一个数量级,辐射复合效率可以提高2～10倍;3层AlGaN垒层相对于单一AlGaN垒层,载流子分布更加均匀,辐射复合效率可以提高7倍以上,内量子效率可以提高14.5%;采用不同厚度比的3层AlGaN垒层结构可以微调能带的倾斜程度,进一步减小极化效应。可以调节合适的厚度比减小极化效应对于载流子分布及内量子效率的影响。     

器件参数对GaN基n~+-GaN/i-Al_x Ga_(1-x)N/n~+-GaN结构紫外和红外双色探测器中紫外响应的影响

研究了AlGaN层参数对GaN基n+-GaN/i-AlxGa1-xN/n+-GaN结构紫外和红外双色探测器中紫外响应的影响规律及物理机制.模拟计算发现:降低AlGaN层本底载流子浓度会增加器件的量子效率,当本底载流子浓度不能进一步降低时,可以通过减小AlGaN层的厚度以保证器件的量子效率.在材料生长和器件工艺过程中都应减少界面态.外加较小的反向偏压能大幅度提高紫外量子效率,分析表明,GaN/AlGaN/GaN形成的两个背靠背、方向相反的异质结电场是出现这些现象的根本原因.在实际器件设计中,应该根据需要调节各结构参数,以保证器件的量子效率.     

PbTe/CdTe量子阱光学性质的研究

PbTe/CdTe量子阱是一类新型异系低维结构材料,实验观察到具有强的室温中红外光致发光现象.建立了理论模型,计算了PbTe/CdTe量子阱的自发辐射率和光学增益.模型中量子阱分立能级的计算采用k·p包络波函数方法和有限深势阱近似,考虑了PbTe能带结构的各项异性和阱层中应变对能级的影响.计算了PbTe/CdTe量子阱自发辐射谱与带间弛豫和注入载流子浓度间的依赖关系,计算结果与实验观察到的光致发光峰相符合.自发辐射谱线峰位随着注入载流子浓度的增加而出现蓝移,当载流子浓度从2×1017cm-3增加到2.8×1018cm-3,基态发射峰从372 meV蓝移到397 meV,而第一激发态发射峰蓝移量为15 meV.上述蓝移现象是由载流子与载流子及载流子与声子间的相互作用引起的.与PbTe体材料相比.PbTe/CdTe量子阱结构具有更高的增益强度(提高近15倍)和更宽的增益区,因而该体系可能是实现室温连续工作的中红外激光器的理想材料.     

结构参数对GaN肖特基紫外探测器性能的影响及器件设计

研究了GaN肖特基结构(n^--GaN /n⁺-GaN)紫外探测器的结构参数对器件性能的影响机理。模拟计算结果表明:提高肖特基势垒高度和减小表面复合速率,不仅可以增加器件的量子效率,而且可以极大地减小器件的暗电流;适当地增加n^--GaN层厚度和载流子浓度可以提高器件的量子效率,但减小n^--GaN层的载流子浓度却有利于减小器件的暗电流。我们针对实际应用的需要,提出了一个优化器件结构参数的设计方案,特别是如果实际应用中对器件的量子效率和暗电流都有较高的要求,肖特基势垒高度应该≥0.8 eV,n^--GaN层的厚度≥200 nm,载流子浓度1×10¹⁷ cm^-3 左右,表面复合速率＜1×10⁷ cm/s。     

调制掺杂高迁移率晶体管

为了提高场效应晶体管的响应速度,在设计中希望采用迁移率高的材料.材料迁移率的大小决定于载流子的散射.一般在高温下,载流子主要被晶格振动所散射,即声子散射; 而在低温下电离杂质的散射起主导作用.对于高掺杂的样品,即使降低温度也不能使迁移率提高.掺杂浓度为 1017- 1018cm-3的 n型GaAs 中的电子迁移率大约是 3000—4000 cm2/V·s左右.而P型GaAs中的空穴迁移率将更低.掺杂浓度降低会使迁移率升高.当掺杂浓度为 1013-1014cm-3时,GaAs中的电子迁移率按照 Brooks-Herring-Dingle理论的计算,在300K时约为104cm2/V·s[1,2].而在十分高…     

多碱光电阴极灵敏度理论模拟

针对多碱光电阴极进行了理论建模和性能模拟,采用层状模型:Na2KSb+K2CsSb+Sb·Cs偶极层,讨论了各层厚度、掺杂离子浓度对多碱阴极能带以及光谱响应特性的影响,结果显示表面K2CsSb和Sb·Cs两层的n型掺杂较高时,能够有效降低表面亲和势,有利于光电子的输运以及逸出。Na2KSb的掺杂离子浓度并非越高越好,主要原因是掺杂离子浓度影响着内建电场强度与范围,内建电场增大使电子扩散距离增加,有更高的几率到达阴极表面,在掺杂离子浓度为1016 cm-3左右时可获得最高灵敏度。分析了厚度对阴极灵敏度的影响,对于特定波长入射光,存在最佳厚度使对应波长的灵敏度最高,且由于内建电场的影响,不同掺杂离子浓度会使最佳厚度有所不同,当内建电场较强时,阴极的最佳厚度增大。对700nm入射光,在掺杂离子浓度为1017 cm-3以及1016 cm-3时,最佳厚度分别为80nm和200nm。     

一种测量p-GaN载流子浓度的方法

提出了一种测量p-GaN载流子浓度的方法,其主要思想是利用p-n⁺结构GaN探测器长波和短波量子效率的差值随反向偏压的变化关系,找到p-GaN层刚好完全耗尽时的偏压,从而求出p-GaN层载流子浓度.模拟计算表明,该方法能够准确测量出p-GaN层的载流子浓度,而且受表面复合、欧姆接触影响很小.进一步研究了实际测量中如何选择p-GaN层厚度,计算结果表明,p-GaN层的优化厚度值随着p-GaN层的浓度增加而减小. 关键词： p-GaN 载流子浓度测量 紫外探测器     

NPB阳极缓冲层对反型结构聚合物太阳能电池性能的影响

制备了给体材料为poly(3-hexylthiophene)(P3HT),受体材料为[6,6]-phenyl-C60-butyric acid methyl ester(PCBM),器件结构为ITO/ZnO/P3HT:PCBM/NPB(0,1,5,10,25 nm)/Ag的反型体异质结聚合物太阳能电池.不同厚度的N,N′-diphenyl-N,N′-bis(1-naphthyl)-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine(NPB)阳极缓冲层被用来改善器件性能,研究了NPB阳极缓冲层对器件特性的影响.研究发现,1 nm厚的NPB改善了器件的载流子收集效率,增加了器件的短路电流与开路电压.当NPB缓冲层的厚度达到25 nm时,过厚的NPB导致串联电阻增加,使得器件特性大幅下降.通过电容-电压测试,进一步研究了不同厚度NPB对器件载流子注入与收集的影响,1 nm厚的NPB修饰并没有改善器件的载流子注入但是增加了器件对光生载流子的收集效率,过厚的NPB使得自由载流子的复合占据主导.适合厚度的NPB可以作为一种阳极缓冲层材料应用于聚合物太阳能电池提高器件特性.     

LP-MOCVD两步生长法制备的InAs0.9Sb0.1/GaAs

利用LP-MOCVD技术,采用两步生长法,在(100)GaAs单晶衬底上生长高质量的InAs0.9Sb0.1。用扫描电镜、X射线单晶衍射、Hall测量以及Raman光谱等方法对材料进行了表征。分析了缓冲层和外延层生长温度对外延层表面形貌的影响。获得了表面光亮,室温载流子浓度为1.9×1017cm-3和迁移率为6214cm2/V.s的InAs0.9Sb0.1。在室温Raman光谱中观察到InAs0.9Sb0.1中InAs(LO)的233cm-1和InSb(LO)的187cm-1两种光学声子行为。     

6H-SiC pn结紫外光探测器的模拟与分析

运用器件模拟软件模拟了pn结6H-SiC紫外光探测器的光响应灵敏度特性.讨论了不同掺杂浓度、不同器件结深对响应灵敏度的影响.对于p+n结器件，当受光面为p+层，且厚度约为0.2μm、浓度约为9×10.18cm-3、n层浓度约为1×1 0.16cm-3时，器件有较大的响应灵敏度，R=167.2mA/W；当受光面为n+ 层 ，且厚度约为0.2μm、浓度约为9×10.18cm-3、p层浓度约为1×10.16cm-3时，器件有较大的响应灵敏度，R=183.5mA/W.通过比较可知，模型能较好地反应实际情况，与实验数据符合较好. 关键词： 6H-SiC 紫外光探测 吸收系数 光响应灵敏度     

光电导过程中陷阱的影响

从理论上提出光折变材料中光电导过程的陷阱作用机制，给出了载流子的光激发，复合及俘获过程的动力学方程，得到了陷阱作用下的光生量子效率的解析表达式，实验上，对掺杂不同浓度的Ｃ６０（Ｃ７０）的ＰＶＫ薄膜的光生载流子量子效率随光强度的变化关系进行了测量，得到了与理论预测相一致的结果。     

量子阱光学过程的瞬态特性

当量子阱材料注入(例如光注入)大量非平衡载流子时,非平衡载流子的动力学过程可分为两个过程:一是高激发过剩非平衡载流子的快速弛豫过程,即热载流子通过发射纵向光学声子(LO声子)与晶格交换能量、释放能量.描述这个过程的主要物理量是LO声子的散射时间常数,其时间域大约为几个ps到几十个ps,取决于激发强度、量子阱宽度等.另一个过程是弛豫到导带底(价带顶)的载流子通过辐射复合放出光子,即辐射复合发光.描述这个过程的主要物理量是发光寿命。 一、量子阱中辐射复合发光 动力学过程研究 在量子阱结构中,载流子复合发光动力学过程和体材料…     

表面键合对硅(111)量子面电子结构的影响

将纳米硅薄膜看成理想的一维限制的量子面结构,通过第一性原理计算研究了不同厚度的硅(111)量子面的能带结构及态密度。随着量子面厚度的变化,在Si—H键钝化较好的量子面结构上,其带隙宽度变化主要遵循量子限制效应规律。当在表面掺杂时,模拟计算表面含Si—N键的硅(111)量子面的结果表明:在一定厚度范围内,带隙宽度主要由量子限制效应决定;超过这个厚度,带隙宽度同时受量子限制效应和表面键合结构的影响。保持量子面厚度不变,表面掺杂浓度越大则带隙变窄效应越明显。同样,模拟计算含Si—Yb键的硅(111)量子面的结果也有同样的效应。几乎所有的模拟计算结果都显示:量子面的能带结构均呈现出准直接带隙特征。     

含有量子点的双波长LED的光谱调控

本文通过对含有高In组分量子点的双波长LED进行了模拟计算, 并对器件的能带结构、载流子浓度、复合速率和辐射光谱进行了研究. 通过对器件结构的调整与对比, 发现蓝绿双波长LED的绿光量子阱中加入高In组分量子点后可以拓宽辐射光谱, 使LED光谱具有更高的显色指数, 为实现无荧光粉的白光LED提供指导. 量子点对载流子具有很强的束缚能力, 并且载流子在量子点处具有更短的寿命, 载流子优先在量子点处复合, 量子点处所对应的黄光与量子阱润湿层所对应的绿光的比例随量子点浓度的增大而增大, 载流子浓度较低时以量子点处的黄光辐射为主, 载流子浓度变大后, 量子点复合逐渐达到饱和, 绿光辐射开始占据主导. 对间隔层厚度和间隔层掺杂浓度的调节可以很方便地调控载流子的分布, 从而实现对含有量子点的双波长LED两个活性层辐射速率的调控. 结果表明, 通过对量子点浓度、间隔层厚度、间隔层掺杂浓度的控节可以很好地实现对LED辐射光谱的调控作用. 关键词： GaN 量子点 光谱调控 双波长LED     

渐变型量子阱垒层厚度对GaN基双波长发光二极管发光特性调控的研究

采用软件理论分析的方法对渐变型量子阱垒层厚度的InGaN双波长发光二极(LED)的载流子浓度分布、 能带结构、自发发射谱、内量子效率、发光功率及溢出电子流等进行研究.分析结果表明, 增大量子阱垒层厚度会影响空穴在各量子阱的注入情况, 对双波长LED各量子阱中空穴浓度分布的 均衡性及双波长发光光谱的调控起到一定作用,但会导致内量子效率严重下降; 而当以特定的方式从n电极到p电极方向递减渐变量子阱垒层厚度时, 活性层量子阱的溢出电子流 得到有效的控制, 双发光峰强度达到基本一致, 同时芯片的内量子效率下降得到了有效控制, 且具备大驱动电流下较好的发光特性.     

具有新型有源区的量子级联探测器(特邀)

量子级联探测器是一种光伏型的子带间跃迁红外探测器,通过厚度渐变的啁啾量子阱中台阶状的子带分布,产生内建电场,使得有源区中的光生载流子定向输运,器件工作时无需外加偏压,避免了暗电流噪声的产生,能够实现室温长波红外响应。由于子带间跃迁吸收系数小、具有偏振选择性,量子级联探测器目前存在响应率低、对正入射响应无响应、探测率对温度敏感等问题。针对这些问题,本文介绍三种新型量子级联探测器有源区的设计,包括量子点/阱耦合、束缚-微带斜跃迁和小能量台阶有源区,在中波、长波和甚长波波段展现出优良的器件性能。     

1550nm波长PNP型InGaAsP-InP异质结晶体管激光器材料设计与外延生长

基于器件模拟仿真,设计了一种PNP型1.5μm波长多量子阱InGaAsP-InP异质结晶体管激光器材料外延结构,并采用金属有机化学气相沉积外延生长.其中基区采用N型Si掺杂.因为扩散系数小,比较P型Zn搀杂具有较高的稳定性,因而较NPN结构外延材料容易获得高质量的光学有源区.由于N型欧姆接触比P型容易获得,基区搀杂浓度可以相对较低,有利于减小基区光损耗和载流子复合,从而获得较低的阈值电流和较高的输出光功率.所获得的外延材料呈现较高光-荧光谱峰值和65.1nm较低半峰宽.测试结果显示了较高的外延片光学质量.     

Q有机聚合物材料中光生载流子传输的跳跃输运

本文描述了跳跃模型在有机聚合物光折变材料中空间电荷场理论上的应用.在Feinberg针对无机光折变晶体提出的电荷传输过程模型-跳跃模型(Hopping Model)基础上,根据有机聚合物光折变材料的特点,考虑了光生载流子产生过程中的电子空穴对的复合过程(对复合和双分子复合过程)和激发光场的频率(即激发光子的能量)对光生载流子产生的影响,给出了有机聚合物材料中光生载流子产生的量子效率和光生载流子的分布密度及其跳跃率的新表示,完成外加调制光场和静电场同时作用下有机聚合物材料中光生载流子传输的跳跃方程,得到空间电荷场建立的动态过程和稳态时的解析表达式及其数值计算结果.     

势垒硅掺杂对GaN基LED极化电场及其光电性能的影响

势垒硅掺杂对InGaN量子阱中的电场及LED器件的光电性能有着重要的影响。采用6×6 K·P方法计算了不同势垒硅掺杂浓度对量子阱中电场的变化,研究表明当势垒硅掺杂浓度>1e¹⁸ cm^-3时,阱垒界面处的电场强度会变大,这主要是由于硅掺杂浓度过高导致量子阱中界面电荷的聚集。进一步发现随着势垒掺杂浓度的升高,总非辐射复合随之增加,其中俄歇复合增加,而肖克莱-霍尔-里德复合随之减少,这是由于点陷阱的增大形成了缺陷能级。电流电压曲线表明势垒掺杂可有效改善GaN基LED的工作电压,这归于掺杂浓度的提高改善了载流子的传输特性。当掺杂浓度为1e¹⁸ cm^-3时,获得了较高的内量子效率,这主要是由于适当的势垒掺杂降低了量子阱中界面电荷的损耗。     

N型掺杂应变Ge发光性质

应变锗材料具有准直接带特性,而且与标准硅工艺兼容,成为实现硅基发光器件重要的候选材料之一.本文基于vandeWalle形变势理论,计算了应变情况下半导体Ge材料的能带结构以及载流子在导带中的分布;通过分析载流子直接带和间接带间的辐射复合以及俄歇复合、位错等引起的非辐射复合的竞争,计算了N型掺杂张应变Ge材料直接带跃迁的内量子效率和光增益等发光性质.结果表明,张应变可有效增强Ge材料直接带隙跃迁发光.在1.5%张应变条件下,N型掺杂Ge的最大内量子效率可以达到74.6%,光增益可以与III-V族材料相比拟.