生长温度对InAs/GaAs量子点太阳电池的影响研究

InAs/GaAs量子点的生长形貌和特性受不同生长环境和生长条件影响.本文借助光致发光光谱(PL)特性表征方法,通过实验生长,对比研究不同生长温度下获得的量子点性能,结合当前三结叠层GaInP/GaAs/C-e(2-terminal)电池存在的问题,以及该电池的设计、制作要求,分析了InAs量子点的不同生长温度对于具有量子点结构的中电池吸收的影响.     

δ掺杂Si对InAs/GaAs量子点太阳电池的影响

在InAs/GaAs量子点的自组装生长阶段,采用δ掺杂技术对量子点进行不同浓度的Si掺杂,可以使得量子点的室温光致发光峰强度大幅提高,其原因是掺杂的Si原子释放电子钝化了周围的非辐射复合中心.这种掺杂也应用到了量子点太阳电池中,结果表明电池开路电压从0.72 V提高到了0.86 V,填充因子从60.4;提高到73.2;,短路电流从26.9 mA/cm2增加到27.4 mA/cm2.优化的Si掺杂可将量子点太阳的电池效率从11.7;提升到17.26;.     

半导体纳米结构的可控生长

应用MBE技术和SK生长模式,通过对研究材料体系的应力分布设计,生长动力学研究和生长工艺优化,实现了In(Ga)As/GaAs,InAlAs/AlGaAs/GaAs和InAs/InAl(Ga)As/InP无缺陷量子点(线)的尺寸、形状、密度和分布有序性的可控生长,这对进一步的器件应用特别重要.讨论了半导体纳米结构的空间有序性分布物理起因和退火的机制.     

In原子在GaAs(001)表面的成核与扩散研究

近年来,半导体量子点特别是InAs量子点的基本物理性质和潜在应用得到了广泛研究。许多研究者利用InAs量子点结构的改变以调制其光电特性。本文采用液滴外延法在GaAs(001)表面沉积了不同沉积量的In(3 ML、4 ML、5 ML),以研究In的成核机制和表面扩散。实验发现,随着In沉积量的增加,液滴尺寸(包括直径、高度)明显增大。不仅如此,在相同的衬底温度下,沉积量越大,液滴密度越大。利用经典成核理论,计算了GaAs(001)表面In液滴形成的临界厚度为0.57 ML,计算的结果与已报道的实验一致。从In原子在表面的迁移和扩散,以及衬底中Ga和液滴中的In之间的原子互混原理解释了In液滴形成和形貌演化的机理。实验中得到的In液滴临界厚度以及In液滴在GaAs(001)上成核机理,可以为制备InAs量子点提供实验指导。     

1.55μm波长发光的自组织InAs量子点生长

通过引入较长停顿时间,采用分子束外延循环生长方法在350℃低温获得了一种横向聚合的InAs自组织量子点,在荧光光谱中观察到1.55μm波长的发光峰. 通过AFM和PL谱的联合研究,表明此低温循环生长方法有利于在长波长发光的量子点的形成.     

分子束外延生长的InAs/GaAs自组织量子点发光特性

研究了分子束外延生长的覆盖了1nm的InxAl1-xAs(x=0.2,O.3)和3nm的Ino2Gao8As复合应力缓冲层InAs/GaAs自组织量子点(QD)光致发光(PL)特性.加InAlAs层后PL谱红移到1.33μm,室温下基态和第一激发态间的跃迁能级差增加到86meV.高In组份的InAlAs有利于获得较长波长和较窄的半高宽(FWHM).对于覆盖复合应力缓冲层的QD不会使波长和FWHM发生显著变化,但可以使基态和第一激发态间的能级差进一步增大.这些结果归因于InAlAs能够有效的抑制In的偏析,减少应力,使QD保持较高的高度.同时,由于InAlAs具有较高的限制势垒,可以增加基态和第一激发态间的能级差.     

半导体GaAs—Ga0.65Al0.35As多量子阱的光谱性质及实现激光制冷的可能

我们利用光致发光(PL)和激发光谱(PLE)技术研究了GaAs量子阱的光谱性质,在GaAs量子阱的光致发光中观察到上转换发光,首次提出GaAs量子阱结构可能实现激光制冷,探索了GaAs量子阱结构的发光机理。     

半导体GaAs—Ga0.65Al0.35As多量子阱的光谱性质及实现激光制冷的可能

我们利用光致发光（PL）和激发光谱（PLE）技术研究了GaAs量子阱的光谱性质,在GaAs量子阱的光致发光中观察到上转换发光,首闪提出GaAs量子阱结构可能实现激光制冷,探索了GaAs量子阱结构的发光机理。     

半导体所在纳米线量子结构材料研究方面取得新进展

<正>中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室研究员牛智川课题组近年来深入系统地研究了In(Ga)As量子点、量子环、纳米线中量子点、纳米线中量子环的自组织外延生长、液滴外延生长方法。最近,课题组查国伟、喻颖等在研究中发现:通过优化GaAs纳米线侧壁淀积Ga液滴成核温度与晶化条件等参数,可以生长出密度与形貌可控量子点、量子环等新奇量子结构,首次发现单根纳米线侧壁形成单个"方形"量子环且具有高品质发光特性。(Nanoscale,10.1039(2013))。他们进一步生长了GaAs/AlGaAs纳米线中的GaAs量子点,以及置于AlGaAs量子环中心并覆盖AlGaAs     

R面、C面蓝宝石上生长的InGaN多层量子点的发光性质研究

采用表面钝化和MOCVD低温生长在蓝宝石(0001)面(即C面)和蓝宝石(1102)面(即R面)上形成了InGaN量子点,并构成了该量子点的多层结构.原子力显微镜测试的结果表明单层InGaN量子点平均宽约40nm,高约15nm;而多层量子点上层的量子点则比单层的InGaN量子点大.R面蓝宝石衬底上生长的InGaN量子点和C面蓝宝石衬底上生长的InGaN量子点相比,其PL谱不仅强度高,而且没有多峰结构.这是由于在C面蓝宝石衬底上生长的InGaN/GaN多层量子点沿生长方向[0001]存在较强的内建电场,而在R面蓝宝石衬底上得到的多层量子点沿着生长方向[1120]没有内建电场.InGaN量子点变温光致发光(PL)谱研究发现量子点相关的峰有快速红移现象,这是量子点系统所特有的PL谱特征.用在R面蓝宝石上生长的InGaN量子点作有源层有望避免内建电场的影响,得到高量子效率且发光波长稳定的发光器件.     

InGaAs应变减少层对InAs量子点发光波长红移的影响

用有限元法对InAs/GaAs量子点材料的应变分布进行了研究,特别强调了三元化合物In0.2Ga0.8As应变减少层对各个应变分量的影响。在应变减少层作用下沿着平行生长方向和垂直于生长方向的应变分量增强;对电子结构有重要影响的静水应变和双轴应变分量也得到了增强。采用八带k.p理论,研究了在有应变减少层的条件下,应变对带边的影响,计算结果表明,与没有应变减少层相比,应变导致带隙变窄,定性解释了实验观察到的发光波长红移现象。通过调整相关参数,可以采用应变减少层技术实现光纤通信系统用的长波长发射激光器。     

砷化镓中广延缺陷的光致发光研究

采用大视场光致发光和电致发光实时光谱成像快速检测GaInP/GaAs/GaInP双异质结样品及太阳能电池器件GaAs层中孤立的广延缺陷,并运用不同激光功率对样品进行激发,基于广延缺陷的空间分辨光致发光光谱成像行为探讨了砷化镓中载流子的扩散特性.实验结果表明,当激发光功率密度较小时,由于激发点附近点缺陷的非辐射复合竞争降低了光生载流子的平均寿命,从而使得扩散长度急剧减小.只有当激发光功率密度超过一个阈值使得点缺陷态饱和后,载流子的长距离扩散才能变为可能.此外,根据光激发一维扩散模型求解扩散方程得出对比函数的指数表达形式,并由广延缺陷区域光致发光强度的径向分布导出对比函数值,通过函数拟合估算出砷化镓样品的有效扩散长度.     

水热法合成Cu-In-Zn-S量子点及其荧光性能研究

通过水热法制备了Cu-In-Zn-S (CIZS)四元量子点,采用X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、荧光分光光度计(PL)研究了不同反应温度和Cu/In摩尔比对CIZS量子点的物相组成、显微形貌以及荧光性能的影响,同时利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对CIZS量子点的表面性质进行表征.结果 表明,量子点颗粒在水溶液中呈类球型并且具有良好的分散性,粒径大小为3～4 nm.合成的CIZS量子点具有优异的荧光性能,随着反应温度的升高,量子点的荧光强度逐渐增强;当反应温度为110℃时,量子点的荧光强度最高;然而,过高的反应温度造成了In2S3杂质相的形成,荧光强度随之降低.此外,随着Cu/In摩尔比的减小,CIZS量子点的发光峰位由675 nm蓝移至644 nm,同时量子点的荧光强度逐渐提高;当n(Cu)/n(In)=1∶7时,荧光强度达到最高值.同时,量子产率(QYs)达到最大值6.2;.基于CIZS量子点的LED成功实现发光,其中显色指数达81.2,发光效率为36.8 lm/W,表明了CIZS量子点在照明领域良好的应用前景.     

引入Si掺杂层调控InGaAs/GaAs表面量子点的光学特性

在InGaAs/GaAs表面量子点(SQDs)的GaAs势垒层中引入Si掺杂层,以研究Si掺杂对InGaAs/GaAs SQDs光学特性的影响。荧光发光谱(PL)测量结果显示,InGaAs/GaAs SQDs的发光强烈依赖于Si掺杂浓度。随着掺杂浓度的增加, SQDs的PL峰值位置先红移后蓝移; PL峰值能量与激光激发强度的立方根依赖关系由线性向非线性转变;通过组态交互作用方法发现SQDs的PL峰位蓝移减弱;时间分辨荧光光谱显示了从非线性衰减到线性衰减的转变。以上结果说明Si掺杂能够填充InGaAs SQDs的表面态,并且改变表面费米能级钉扎效应和SQDs的荧光辐射特性。本研究为深入理解与InGaAs SQDs的表面敏感特性关联的物理机制和载流子动力学过程,以及扩大InGaAs/GaAs SQDs传感器的应用提供了实验依据。     

VB法生长低位错GaAs单晶

用于激光二极管(LD)和发光二极管(LED)的GaAs晶片,要求其具有低的位错密度(EPD).为了获得低位错密度的GaAs晶片,必须先得到低位错密度的体单晶.我们采用垂直布里奇曼(VB)法分别得到了2英寸和3英寸的GaAs单晶,单晶长度可达10cm,平均位错密度5000cm-2.通过改变加热器结构,改善轴向和径向的温度梯度,优化了生长时的固液界面,得到的单晶长度达20cm,平均位错密度为500cm-2,最大位错密度小于5000cm-2.     

量子点材料的制备及应用研究进展

量子点具有发光效率高,光、热及化学稳定性好,简单的加工和成膜的特点,因此在各种光电器件方面具有广泛的应用前景,使其成为当今研究的热点.本论文从量子点的制备方法入手,全面综述了不同体系量子点的制备工艺及研究进展,重点分析了核壳量子点材料体系与制备手段对量子点生长机制、发光原理与性能提高的影响,总结了光电器件用量子点材料最佳材料体系和制备方法.通过国内外量子点材料和器件应用的研究进展对比分析,综合分析了高效量子点绿色制备与绿色应用的关键技术和面临的挑战,结合量子点在光电、催化、安全、生物等领域的应用,对其技术发展前景进行了展望.     

激发功率密度和阱层厚度对极化InGaN/GaN多量子阱光致发光性能的影响

用MOCVD技术在c面蓝宝石衬底上生长了具有不同阱层厚度的InGaN/GaN多量子阱结构,研究了阱层厚度和激发功率密度对多量子阱光致发光(PL)性能的影响.结果表明,随着激发功率密度的增加,PL的峰值波长会出现不同程度的蓝移,且阱层越厚,蓝移的越明显.PL的峰值波长随着激发功率密度和阱厚的变化关系可以用光生载流子对极化场的屏蔽效应和带隙填充效应来解释.阱最薄的样品(1.8 nm)由于其极化效应最弱,电致发光谱具有最高的发光强度,但其发光波长较短仅有430 nm.     

SiO2复合CsPbI3量子点提高其相稳定性和抗湿性

无机卤化物钙钛矿量子点(CsPbX3,X=Cl,Br,I)是近两年才兴起并迅速成为研究热点的一类半导体材料,在发光二极管、背光显示、太阳能电池等领域具有广泛的应用前景.通过高温共沉淀的方法合成了CsPbI3量子点和CsPbI3/SiO2纳米复合物,并通过X射线粉末衍射仪,透射电子显微镜,荧光光谱仪等表征手段对它们的物相,形貌和光学性能等进行了测试分析.结果表明:立方晶系CsPbI3量子点的晶体结构极其不稳定,很容易从立方晶系转变为正交晶系.而通过复合技术制备的CsPbI3/SiO2纳米复合物呈现出三维网状结构,对CsPbI3量子点起到了保护作用,提高了立方晶系CsPbI3的物相稳定性和抗湿性,有望进一步拓展该材料在潮湿环境领域的应用.     

溶剂热法合成CsPbBr3量子点的研究

由于具有高量子效率、单色性好以及发光颜色在可见光范围内可调等特性,以CsPbX3(X=Cl、Br、I)为代表的钙钛矿量子点正在受到越来越多的关注.文中采用了溶剂热法,在低沸点且可作为分散剂的正己烷中直接合成了CsPbBr3量子点.研究表明,该方法制备的CsPbBr3量子点为典型的立方钙钛矿结构,其粒径均匀,大小在15 nm左右.该CsPbBr3量子点在400 nm紫外光的照射下发出很强的绿色荧光,中心波长为514 nm,半峰宽仅为18 nm,具有很好的单色性.通过制备条件的优化,获得该CsPbBr3量子点的最佳温度在90℃左右.通过简单的和Cl或I的原位离子交换作用,该CsPbBr3量子点发光波长可以在415～670 nm之间任意调节.     

高效氟代联蒽类深蓝光材料的合成及OLED性能

为了开发新型多功能的蓝光电致发光材料与器件,设计并合成了一系列氟取代联蒽类材料(BAnFs),通过改变吸电子基团的取代模式,进而调节其光物理性能、热稳定性和能级.以CBP为主体、BAnFs为掺杂的器件表现出高效的深蓝光发光性能,对应的色坐标为CIE (0.15, 0.08),特别是对BAn-(3,5)-CF3器件的电流效率为3.05 cd/A,最大外量子效率(EQE)高达5.02;.同时BAnFs材料可作为高性能的蓝光主体材料,其EQE为3.56;~5.43;.因此,BAnFs可作为新型高性能的多功能蓝光发光材料.