GaAs/GaAlAs异质NIPI超晶格的光荧光谱

异质NIPI超晶格结构的基本单元是由n型和p型的宽禁带材料薄层及插在它们中间的不掺杂窄禁带材料层组成,如nGaAlAs-不掺杂GaAs-pGaAlAs-不掺杂GaAs四层结构,其中Ⅰ代表不掺杂层.它是组分超晶格和掺杂超晶格结合,因而具有许多新的性质,例如空间电荷分离,载流子局域在未掺杂区内等.这个结构最早是由德国的Dõhler等所研究.     

掺杂GaN/AlN超晶格第一性原理计算研究

第一性原理计算方法在解释实验现象和预测新材料结构及其性质上有着重要作用. 因此, 通过基于密度泛函理论的第一性原理的方法, 本文系统地研究了Mg和Si掺杂闪锌矿和纤锌矿两种晶体结构的GaN/AlN超晶格体系中的能量稳定性以及电学性质. 结果表明: 在势阱层(GaN 层)中, 掺杂原子在体系中的掺杂形成能不随掺杂位置的变化而发生变化, 在势垒层(AlN层)中也是类似的情况, 这表明对于掺杂原子来说, 替代势垒层(或势阱层)中的任意阳离子都是等同的; 然而, 相比势阱层和势垒层的掺杂形成能却有很大的不同, 并且势阱层的掺杂形成能远低于势垒层的掺杂形成能, 即掺杂元素(Mg_Ga, Mg_Al, Si_Ga和Si_Al)在势阱区域的形成能更低, 这表明杂质原子更易掺杂于结构的势阱层中. 此外, 闪锌矿更低的形成能表明: 闪锌矿结构的超晶格体系比纤锌矿结构的超晶格体系更易于实现掺杂; 其中, 闪锌矿结构中, 负的形成能表明: 当Mg原子掺入闪锌矿结构的势阱层中会自发引起缺陷. 由此, 制备以闪锌矿结构超晶格体系为基底的p型半导体超晶格比制备n型半导体超晶格需要的能量更低并且更为容易制备. 对于纤锌矿体系来说, 制备p型和n型半导体的难易程度基本相同. 电子态密度对掺杂体系的稳定性和电学性质进一步分析发现, 掺杂均使得体系的带隙减小, 掺杂前后仍然为第一类半导体. 综上所述, 本文内容为当前实验中关于纤锌矿结构难以实现p型掺杂问题提供了一种新的技术思路, 即可通过调控相结构实现其p型掺杂.     

量子阱的光学性质

随着分子束外延（ＭＢＥ）和金属有机化合物气相沉积（ＭＯＣＶＤ）超薄层外延生长技术的发展,半导体超晶格和量子阱结构的研究工作已引起人们极大的兴趣［１－３］．这个研究领域之所以倍受重视,除了因为有明显的技术应用前景之外,还因为在物理上它提供了一个极好的、能在实验上观察量子尺寸效应的理想模型．所谓半导体超晶格、量子阶结构,通常是指两种不同（组分不同或掺杂不同）的半导体单晶薄膜周期性地交替叠合在一起?...     

应变(Ge)5/(Si)5超晶格的光学增益

本文采用具有驰豫展宽的半导体激光器密度矩阵理论计算了(Ge)5/(Si)5超晶格的线性光增益和异质结激光器的国值电流密度,从理论上定量地比较了(Ge)5/(Si)5超晶格和GaAs体材料的线性光增益和阈值电流密度。     

利用InAs/GaAs数字合金超晶格改进InAs量子点有源区的结构设计

利用分子束外延技术,通过InAs/GaAs数字合金超晶格代替传统的直接生长InGaAs层的方式,在GaAs(100)衬底上生长了InAs量子点结构并成功制备了1.3μm InAs量子点激光器.通过原子力显微镜和光致荧光谱测试手段,对传统生长模式和数字合金超晶格生长模式的两种样品进行了表征,研究发现采用32周期InAs/GaAs数字合金超晶格样品的量子点密度非常高,发光性能良好.通过与常规生长方式所制备激光器的性能对比,发现采用InAs/GaAs数字合金超晶格生长InAs量子点的有源区也可以得到高质量的激光器.利用该方式生长的InAs量子点激光器的阈值电流为24 mA,相应的阈值电流密度仅为75 A/cm2,最高工作温度达到120℃.InAs/GaAs数字合金超晶格既可以保证生长过程中源炉的温度保持不变,还可以对InGaAs层的组分实现灵活调控.不需要改变生长速度,通过改变InAs/GaAs数字合金超晶格的周期数以及InAs层和GaAs层的厚度,便可以获得任意组分的InGaAs,从而得到不同发光波长的激光器.这种生长方式对量子点有源区的结构设计和外延生长提供了新思路.     

半导体超晶格属性的高分辨率X射线衍射研究

详细阐述了低维半导体材料的X射线衍射的动力学理论和运动学理论从高木陶平(T-T)方程出发,基于波动光学原理,推导出任意结构的多层膜的X射线衍射振幅的递推关系式并编写X射线衍射的程序,分别用动力学和运动学衍射理论模型模拟了20层GaAlAs/GaAs超晶格的X射线衍射结果,得到超晶格样品的结构参量.     

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...     

ZnSe-ZnS超晶格的通光蚀孔及列阵研究

用MOCVD方法在GaAs衬底上生长ZnSe-ZnS超晶格.用化学腐蚀方法在GaAs衬底上开一个通光窗口,使该窗口上仅剩有1～1.8μm厚的生长层.室温下测量了蚀孔后由于化学腐蚀造成生长层表面差异的ZnSe-ZnS超晶格的吸收光谱.研究了带有生长过渡层和无过渡层的超晶格质量对其吸收光谱性能的影响.发现过渡层的存在保护了超晶格激子吸收性能.在此基础上首次采用新工艺在3×3mm2面积上把GaAs衬底金部腐蚀掉,剩下均匀、光滑的ZnSe-ZnS超晶格层,在其上做出了300×300μm2的列阵,为在ZnSe-ZnS超晶格上实现光学双稳的集成化提供了必要条件.     

InAs/GaInSb超晶格薄膜结构与电学性能

采用分子束外延(MBE)方法, 调节生长温度、Ⅴ/Ⅲ束流比等参数在(001)GaAs衬底上生长了InAs/GaInSb超晶格薄膜.结果表明:InAs/GaInSb超晶格薄膜的最佳生长温度在385~395 ℃, Ⅴ/Ⅲ束流比为5.7 :1~8.7 :1.高能电子衍射仪(RHEED)原位观测到清晰的GaAs层(4×2)、GaSb层(1×3)和InAs层(1×2)再构衍射条纹.获得的超晶格薄膜结构质量较好.随着温度的升高, 材料的载流子浓度和迁移率均上升.     

具有非局域介电函数超晶格中的电磁模

针对第1类半导体超晶格,如GaAs/GaAlAs多层交替结构,利用在低温及长波极限下有效的非局域介电函数张量,在长波极限下,根据Maxwell方程,研究了超晶格中的TM与TE电磁模,分别获得了它们的色散关系。 关键词：     

超晶格结构的离子束沟道分析

１９７０年,ＬｅｏＥｓａｋｉ和ＲａｙＴｓｕ首先提出了超晶格的概念［１］．他们从量子力学的基本理论推论出超晶格具有电子传输和光学性质的可剪裁性,并指出了可能实现的制备超晶格的方法,即把两种不同的半导体材料交替地生长在一起,形成一种超薄多层结构（组分超晶格）．随着分子束外延（ＭＢＥ）技术的完善和发展,三年后Ｌ．Ｌ．Ｃｈａｎｇ等人用ＭＢＥ方法首先成功地实现了Ｇａ＿（１－ｘ）ＡＩｘＡｓ／ＧａＡｓ组分?...     

MOCVD生长GaAs高质量掺碳研究

利用低压金属有机化合物汽相淀积(LP-MOCVD)系统,通过调节生长参量和掺杂工艺,得到了晶格质量高、表面形貌好且空穴浓度从8×10¹⁷到4×10²¹可控的掺碳GaAs外延层,最后给出一应用实例-用重掺碳的GaAs材料做级联GaInP/GaAs/Ge太阳能电池的隧道结.     

四种材料构成的超晶格能带结构的研究

本文对由AIAs,AIyGl-yAs、AIxGal-xAs和GaAs四种材料构成的超晶格价带的自旋劈裂进行了研究.通过改变材料组分和层厚,发现当超晶格单胞对其中心点是不对称结构时,对应的自旋向上和自徒向下的子带产生劈裂,而且劈裂主要发生在重空穴带和轻空穴带相互作用较强的地方.     

量子阱中激子吸收的二维性

一、半导体超晶格和量子阱最近十几年来,在半导体材料、物理、器件研究的领域中半导体超晶格和量子阱的研究十分活跃。可以这样说,这方面的研究是整个半导体领域中最大、最有前途、内容最丰富的一个生长点。什么是超晶格？众所周知,晶态固体内的原子是周期性排列的。如果用人工控制的办法能够使材料的结构以原周期的若干倍周期性地变化,这样得到的材料就叫做超晶格。目前研究得最多的超晶格材料是交替生长两种半导体薄层多?...     

剪切形变对硼氮掺杂碳纳米管超晶格电子结构和光学性能的影响

碳纳米管作为最先进的纳米材料之一, 在电子和光学器件领域有潜在的应用前景, 因此引起了广泛关注. 掺杂、变形及形成超晶格为调制纳米管电子、光学性质提供了有效途径. 为了理解相关机理, 利用第一性原理方法研究了不同剪切形变下扶手椅型硼氮交替环状掺杂碳纳米管超晶格的空间结构、电子结构和光学性质. 研究发现, 剪切形变会改变碳纳米管的几何结构, 当剪切形变大于12%后, 其几何结构有较大畸变. 结合能计算表明, 剪切形变改变了掺杂碳纳米管超晶格的稳定性, 剪切形变越大, 稳定性越低. 电荷布居分析表明, 硼氮掺杂碳纳米管超晶格中离子键和共价键共存. 能带和态密度分析发现硼氮交替环状掺杂使碳纳米管超晶格从金属转变为半导体. 随着剪切形变加剧, 纳米管超晶格能隙逐渐减小, 当剪切形变大于12%后, 碳纳米管又从半导体变为金属. 在光学性能中, 剪切形变的硼氮掺杂碳纳米管超晶格的光吸收系数及反射率峰值较未受剪切形变的均减小, 且均出现了红移.     

生长在Si(OO1)衬底上的超晶格(Si_2)_4/(GaAs)_4的电子能带结构及光学性质

按照Peressi等的第一性原理赝势计算得到的原子几何构形及能带边不连续值,采用紧束缚方法计算了生长在Si(001)衬底上的超晶格(Si_2)_4/(GaAs)_4的电子能带结构及光跃迁振子强度.相应于两种不同的原子几何构形:X端界面及Y端界面情况,超晶格具有不同的基本带隙.但是不管哪种情况,它们都存在能量近乎简并的两类导带底能谷——Γ能谷及△能谷,它们的价带顶都处在Γ点.X端界面超晶格的价带顶附近的状态主要由GaAs层的价态波函数组成.对于Y端界面超晶格的价带顶附近的状态,Si层和GaAs层的价态波函数     

(GaAs)_1(AlAs)_1(001)超晶格电子结构的从头计算

本文用密度泛函线性丸盒轨道原子球近似方法(DFT-LMTO-ASA)对(GaAs)_1(AlAs)_1(001)超晶格的电子结构进行了第一原理性计算。利用Lowdin微扰法在矩阵元中计入d态的影响,可使本文方法仅用阶数很小(32×32)的久期方程便可较满意地处理这个超晶格系统。计算并讨论了该超晶格的带隙,导带极小值处各本征态的分波特性以及GaAs和AlAs层间的价电子转移。我们的结果同最近用计算量大得多的从头算赝势法和完整势线性缀加平面波(FLAPW)法所得的结果进行了比较。结果表明,本文方法不仅具有合理的精度,而且有快速高效率的特点,更适于研究层数较多或结构更复杂的半导体超晶格,如(GaAs)m(AlAs)n等系统的电子结构性质。     

GaAs自旋注入及巨霍尔效应的研究

在自旋电子学研究中,一般以超晶格结构、自旋阀、隧道结来实现,另一种自旋注入典型方法是稀磁半导体材料,如GaMnAs,本文通过颗粒膜实现自旋注入,利用磁控溅射法将Fe颗粒嵌入GaAs阵体上,制备了(GaAs)₁₉Fe₈₁颗粒膜样品,在室温条件下观测到15 μΩ ·cm最大饱和霍尔电阻率,该效应比纯铁的饱和霍尔电阻率大了一个数量级,成功地实现了自旋注入. 关键词： 自旋注入 颗粒膜 巨霍尔效应     

磁性超晶格的研究

科学的新发展常常以技术的进步为先导．正是由于薄膜技术的高度发展,人们可以逐个原子层地制备薄膜和控制薄膜的生长,从而激发起科学家们去研究人造超晶格的结构．所谓超晶格是指几种不同材料按一定厚度作周期性交替生长的多层薄膜结构。一、历史概况超晶格的研究首先是从半导体材料开始的（譬如　ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ）．近年来对非晶态半导体也作过超晶格研究,如１９８３年美国ＥＸＸＯＮ公司的Ｂ．Ａｂｅｌｅｓ和Ｔ．Ｔｉ?...     

第一原理研究界面弛豫对InAs/GaSb超晶格界面结构、能带结构和光学性质的影响

通过广义梯度近似的第一原理全电子相对论计算, 研究了不同界面类型InAs/GaSb超晶格的界面结构、电子和光吸收特性. 由于四原子界面的复杂性和低对称性, 通过对InAs/GaSb超晶格进行电子总能量和应力最小化来确定弛豫界面的结构参数. 计算了InSb, GaAs型界面和非特殊界面(二者交替)超晶格的能带结构和光吸收谱, 考察了超晶格界面层原子发生弛豫的影响.为了证实能带结构的计算结果, 用局域密度近似和Hartree-Fock泛函的平面波方法进行了计算. 对不同界面类型InAs/GaSb超晶格的能带结构计算结果进行了比较, 发现界面Sb原子的化学键和离子性对InAs/GaSb超晶格的界面结构、 能带结构和光学特性起着至关重要的作用.