Improving the performance of a GaAs nanowire photodetector using surface plasmon polaritons

GaAs nanowires (NWs) are ideal materials for preparing near-infrared photodetectors owing to their high charge carrier mobility and direct band gap. Although the performance of GaAs NW photodetectors can be enhanced by surface passivation or doping, it still cannot meet the requirement for applications. In this paper we propose a method to greatly improve the performances of GaAs NW photodetectors by hot-hole injection via surface plasmon polaritons. In this case, the responsivity of a single GaAs NW photodetector is increased by a fact of 3.2 to 6.56 A· W^-1 by attaching capsule-like Au nanoparticles to its surface. This research uses an efficient route to improve the NW photocurrent, which is also important for the development of a high-performance near-infrared NW photodetecor.     

不同生长条件下ZnO薄膜电学性质的研究

ZnO薄膜中的高的背景电子浓度能够对p型掺杂形成补偿,从而对p型掺杂造成障碍,了解高背景电子浓度的来源有助于对p型掺杂的研究。本文采用分子束外延技术在不同真空度下在a面蓝宝石衬底上生长了一系列氧化锌薄膜,发现在低真空度下生长的样品的载流子浓度较高,为10¹⁹ cm^-3量级;而高真空度下生长的样品,其载流子浓度比低真空生长的样品显著降低,降低了3个数量级。在相同条件下生长的样品,通过不同的后处理手段进行处理后,其电子浓度未发生明显变化,说明氧空位等本征缺陷不是ZnO薄膜中电子的主要来源,高背景电子浓度应该与生长过程中非故意引入的杂质相关。通过低温光致发光表征,发现低真空度下生长的样品在低温下3.366 eV处有强的施主束缚激子发光峰,而高真空度下生长的样品的此发光峰显著变弱。由此,高电子浓度被归结为与生长过程中非故意引入的氢杂质相关。     

电子束泵浦ZnO/ZnMgO量子阱的最佳激发电压

对不同加速电压电子束泵浦下的ZnO/Zn0.85Mg0.15O量子阱的荧光光谱进行了研究。样品利用分子束外延技术在蓝宝石衬底上生长。激子隧穿使非对称双量子阱的激发效率相对于对称阱有了明显提高。非对称阱的结构设计使最佳激发电压从对称阱的7 kV降低到了更适合器件小型化的5 kV。     

退火温度对原子层沉积法制备ZnMgO薄膜结构和光学性能的影响

针对目前关于退火温度对原子层沉积法(ALD)制备ZnMgO薄膜晶体结构和光学性质影响鲜有报道的现象,进行了相应的实验研究分析。采用ALD在石英衬底上制备ZnMgO合金薄膜,对制得的样品在空气中进行不同温度的退火处理。利用X射线多晶衍射仪(XRD)、光致发光谱(PL)和紫外可见(UV-Vis)吸收光谱测试,系统的分析了不同退火温度对ALD法制备ZnMgO薄膜晶体结构和光学性能的影响。XRD测试结果表明：退火温度为600 ℃时,薄膜的晶体质量得到改善,且(100)衍射峰的强度明显增强。结合PL和UV-Vis吸收光谱的测试分析得出：退火温度为600 ℃时,能明显促进薄膜中Mg组分的增加使薄膜的禁带宽度进一步增大。从而说明适当温度的退火处理可有效的改善ZnMgO薄膜的晶体质量及光学特性。     

ZnS纳米棒阵列的结构和光学特性

采用等离子体辅助的低压金属有机化学气相沉积（LP-MOCVD）技术,在没有引入任何金属催化剂的条件下,在c平面的蓝宝石衬底上制备出高取向的ZnS纳米棒阵列。从样品的场发射扫描电镜（SEM）和透射电镜的照片（TEM）中可以看到,获得的ZnS纳米棒具有均一的直径和长度,其直径和长度约为60,400nm;X射线衍射（XRD）和选区电子衍射（SAED）谱指出获得的ZnS纳米棒为单晶的六角结构。此外,在光致发光（PL）谱中还观测到了发光峰位于335nm强的近带边发射。     

Zn1-xCdx S合金薄膜的结构和光学性质

采用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,在普通石英衬底上制备出不同Cd组分(0．02,0．44,0．59,0．83,0．91)的Zn1-xCdxS合金薄膜材料。X射线测量表明样品为单一取向的纤锌矿结构,并且随着x的增加衍射峰位基本成线性地从ZnS衍射峰向CdS衍射峰移动。此外,在PL谱中还可以看出随着样品中Cd含量的增加,发光峰从3．66eV红移到2．43eV。根据发光峰位与Zn1-xCdxS中x的变化关系,推导出它们之间的关系近似为Eg(Zn1-xCdxS)=3．61-1．56x 0．38x^2。还探讨了不同Cd组分薄膜材料的X射线衍射峰半峰全宽以及发光峰半峰全宽的变化。     

包埋于氮化硅薄膜中的硅团簇的光致发光特性

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在低温下制备了富硅氢化氮化硅薄膜。利用红外吸收(IR)谱,光电子能谱(XPS)和光致发光(PL)谱,研究了在不同温度下退火的薄膜样品的结构和发光特性。在经过低温退火的薄膜中观测到一个强的可见发光峰。当退火温度较高时,随着与硅悬键有关的发光峰消失,可见发光峰位发生了蓝移。讨论了退火对薄膜中硅团簇的形成及其对发光的影响。根据Raman谱,计算了氮化硅薄膜中硅团簇的尺寸大小。通过实验结果和分析,我们认为PL谱中较强的室温可见发光峰来自于包埋于氮化硅中的硅团簇。     

变分法计算ZnO量子点中激子的基态能

ZnO是一种新型宽禁带直接带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,室温激子束缚能高达60meV,远大于室温热离化能(26meV),因此ZnO是适于室温或更高温度下使用的高效紫外发射材料。ZnO半导体量子点材料与体材料相比具有崭新的光电特性,特别在紫外激光器件方面,与ZnO的激子特性密切相关,因此理论上对ZnO量子点中激子的基态能(束缚能)的研究就显得十分必要。采用有效质量近似(EMA)方法,提出新的比较简单的尝试波函数,并用变分法对ZnO量子点的激子基态能进行了计算。将计算结果与我们用固态热分解法制备的ZnO量子点的实验结果进行了比较,发现与实验结果非常吻合;与Y．Kayanuma的理论计算结果进行了比较,二者的计算结果也基本一致。说明选取的尝试波函数简单有效,可用于计算其他半导体量子点材料,具有一定的实用价值。     

基于时域有限差分法的Au纳米天线增强消光特性研究

利用时域有限差分法研究了Au纳米天线对GaSb纳米线的消光增强.通过分析不同形状Au纳米阵列的电场特性和光学特性,发现三角形为最优结构,并具有高强度共振吸收峰和高的电场增强倍数.分别对三角形尺寸和纳米线的间距进行调节,结果表明:随着尺寸由70nm增加到210nm,消光峰位从783nm单调增加到1 638nm,峰位强度和电场增强倍数逐渐增加,尺寸为210nm时的增强倍数为70nm时的6倍;随着间距由80nm增加到130nm,消光峰位从1 655nm减小到1 460nm,峰位强度和电场增强倍数略微减小.因此可通过先调节间距再调节尺寸的方法来设计Au纳米天线结构.     

GaSb基PECVD法制备SiO2薄膜的应力研究

为了实现在GaSb衬底上获得低应力的SiO₂薄膜,研究了等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）在晶格失配较大的GaSb衬底上沉积SiO₂薄膜的应力情况。通过改变薄膜沉积时的工艺条件,如反应温度、射频功率、反应压强、气体流量比,并基于曲率法模型,对镀膜前后的曲率半径进行了实验测量,利用Stoney公式计算相关应力值并绘制应力变化曲线。详细讨论了PECVD工艺条件的改变对SiO₂薄膜应力所产生的影响。同时通过在Si衬底上沉积SiO₂薄膜,对比分析了导致薄膜应力产生的因素及变化过程。实验结果表明,在沉积温度为300℃、射频功率为20 W、腔体压强为90 Pa、气体流量比SiH₄/N₂O为125/70 cm³·min^-1的工艺参数下,PECVD法在GaSb衬底上沉积的SiO₂薄膜应力相对较小。