低温AlN插入层的生长温度对AlGaN/GaN量子阱应力弛豫作用的影响

利用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)及原子力显微镜(AFM)研究了低温AlN插入层的生长温度对AlGaN/GaN量子阱应力弛豫作用的影响.结果表明,低温AlN插入层不同的生长温度会导致AlGaN/GaN量子阱不同的表面粗糙度及穿透位错密度,并且当生长温度达到640℃时样品中表面粗糙度及穿透位错密度达到最低,同时具有最高的载流子迁移率及带边发光峰强度.在不同的生长温度,低温AlN表面具有不同的表面形貌.不同的表面形貌将直接影响界面处位错主滑移系的开动及位错阻挡机制.通过分析可以得知,低温AlN不同的表面形貌是由于Al原子在不同温度下的不同的迁移机制造成.     

AlGaN基深紫外发光二极管研究进展

深紫外光源在杀菌消毒、生化检测、紫外固化、紫外通信等方面具有巨大的应用前景,基于AlGaN半导体的深紫外发光二极管(LED)因具有无毒、体积小、能耗低、寿命长、波长可调等优势,得到了广泛的关注和研究。经过近二十年的研究开发,AlGaN基深紫外LED无论是发光效率和器件寿命都得到了巨大的提升,已逐步开始商业化。然而,相对于GaN基蓝光LED,目前AlGaN基深紫外LED的效率仍旧非常低,还有很大的提升空间。本文首先介绍了深紫外LED的发展现状,并分析了导致器件效率低的原因。然后,分别从内量子效率、光提取效率以及电光转换效率三个方面对目前AlGaN基深紫外LED的研究状况进行了系统的回顾,总结了目前提高发光效率的各种手段和方法。最后对AlGaN基深紫外LED的未来发展进行了展望。     

垒层温度对InGaN量子点/量子阱复合结构内量子效率的影响

使用金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)方法生长了三个具有不同垒层温度的InGaN/GaN量子阱。由于高密度V型坑的形成,完整的量子阱结构被破坏,转变成了InGaN量子点(quantum dots, QDs)/量子阱(quantum well, QW)复合结构。通过变功率光致发光谱和变温光致发光谱,分析了在不同的垒层温度下量子限制斯塔克效应(quantum confined Stark effect, QCSE)、非辐射复合中心密度和载流子局域化效应的变化。结果表明:在较低的垒层温度下,QCSE较弱,因为在较低的温度下,V型坑的深度较深,应力释放较明显,残余应变较低;非辐射复合中心密度也随着温度的升高而逐渐增大;样品的内量子效率(internal quantum efficiency, IQE)随着垒层生长温度的升高而降低。QCSE的增强和非辐射复合中心密度的增大是垒层生长温度升高时内量子效率下降的主要因素。     

确定性固态量子光源基础材料与器件

量子光源是量子通信和光量子计算的基础模块。光子的单光子性保证了通信的无条件安全,光子的高不可分辨性保证了计算方案的复杂度。在各类固态材料候选体系中,基于半导体量子点体系的单光子源和纠缠光子源保持着量子光源品质的最高纪录,展现了巨大的潜力。分子束外延是目前最适合制备固态半导体量子点的生长方法,超高真空、超纯材料、原位监测和生长过程中参数的高度可控等特点使其优势明显。为了实现同时具备高效率、高单光子纯度、高不可分辨性和高纠缠保真度的量子光源,量子点的材料生长、外部调控、钝化技术和测量技术等都需要系统优化提升。本文将综述基于分子束外延生长实现固态量子点体系量子光源的基础材料与器件的研究进展,讨论两种常见量子点的制备原理以及外延生长中各类参数对量子点品质的影响,包括背景真空、源料纯度、衬底温度、生长速率和束流比等。本文随后简介了外部调控、表面钝化、测量技术等手段优化量子光源器件性能的技术细节和实验进展,最后对量子光源在基础科学研究和量子网络构建中取得的进展进行总结,并对其实际应用与发展前景进行展望。     

AlN插入层对AlGaN/GaN外延材料电学性能影响

采用MOCVD制备了带有MN插入层AlGaN/GaN异质结构外延材料,对外延材料分别进行了原子力显微镜AFM、双晶XRD以及变温HALL测试.测试结果表明:具有AlN插入层的外延材料表面非常平整,10 μm × 10 μm范围样品的表面均方根粗糙度RMS仅为0.302 nm,AlGaN势垒层衍射峰更尖锐,材料结构特性良好,大大提高了AlGaN/GaN异质结的2DEG面密度和迁移率,280 K和300 K时沟道电子迁移率分别为4736 cm2/V·s和1785 cm2/V·s,比无MN插入层的传统结构得到的结果分别提高了45.7;和23.4;.     

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     

碳化硅量子点荧光标记技术及其生物学应用

通过一步法完成SiC量子点的合成和表面改性,并对其微观结构、光学性质和理化性质进行了表征,结果表明该量子点半径小于激子波尔半径,导致了量子限制效应现象而产生光致发光,通过对其红外光谱的分析发现碳化硅量子点表面既已耦合了巯基,因此该量子点可以作为量子点标记技术中又一种新型的标记材料,然后用SiC量子水相溶液对有、无根皮苷环境下的串珠镰刀菌进行标记并长时程荧光成像,同时让已成功标记的该菌侵染苹果植株幼苗,试验表明,根皮苷能够促进串珠镰刀菌的生长,主要表现在菌落成长的速度和数量上,进一步研究发现,串珠镰刀菌生长态势随周围环境中根皮苷含量的增加而更趋旺盛,此外串珠镰刀菌对苹果幼苗侵染的动态示踪过程表明幼苗的第一感染部位为根毛区.     

ZnSe/ZnS 核壳结构量子点的制备与表征

采用外延生长法在低于 ZnS 晶体成核温度(120 ℃)的条件下,通过在ZnSe 量子点表面生长 ZnS,制备出结晶良好的 ZnSe/ZnS 核壳型量子点.通过 X 射线衍射(XRD),透射电镜分析(TEM)证实了核壳结构的生成.通过荧光光谱和紫外-可见光吸收光谱分析证实,核壳结构的形成改善了 ZnSe 量子点的荧光特性.通过改变反应温度、反应时间、反应物的用量等实验参数,可得到不同厚度ZnS壳层包覆的核壳型量子点.所制备的ZnSe/ZnS量子点具有良好的水溶性,可以分散形成稳定、澄清的水溶液.在紫外灯的照射下,溶液呈现明亮的蓝绿色荧光.     

AlGaN基宽禁带半导体光电材料与器件

AlGaN基材料是带隙可调的直接带隙宽禁带半导体材料,是制备紫外(UV)光电子器件的理想材料.经过数十年的研究,目前已经在异质衬底外延生长AlGaN基材料、高效掺杂等方面取得了巨大进展.以此为基础,AlGaN基紫外光电器件制备领域也得到长足发展.在本综述中,主要介绍了高质量AlGaN基材料的MOCVD外延生长方法、掺杂方法以及近年来在紫外发光、紫外探测器件方面取得的进展.     

A review of III-nitride research at the Center for Quantum Devices

In this paper, we review the history of the Center for Quantum Devices’ (CQD) III-nitride research covering the past 15 years. We review early work developing III-nitride material growth. We then present a review of laser and light-emitting diode (LED) results covering everything from blue lasers to deep UV LEDs emitting at 250 nm. This is followed by a discussion of our UV photodetector research from early photoconductors all the way to current state of the art Geiger-mode UV single photon detectors.     

Cu掺杂硅量子点的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法,对Cu掺杂H钝化硅量子点的形成能、态密度、磁性和光学性质进行了计算,考虑了Cu占据硅量子点替代和间隙的不同位置.结果表明:Cu趋向占据硅量子点表面的六角形间隙位置.Cu掺杂硅量子点引入了杂质能级,带隙变窄.由于Cu的d态p态和Si的p态耦合,导致Cu替代掺杂硅量子点具有铁磁性,且在低能区出现了一个较强的吸收峰.     

ZnO纳米棒中WGM紫外受激辐射特性及其横向尺寸依赖

基于气相传输法制备六方对称截面棒状纳米氧化锌样品,室温下以中心波长355 nm的纳秒脉冲激光激发样品,研究激发光强与样品横向尺寸对其受激辐射的影响.提高激发光强,受激辐射模的模式和模间间隔稳定、光强迅速增加后趋饱和、中心波长在450 kW/cm2强激励条件下连续红移;增加样品横向尺寸,受激辐射阈值下降、中心波长兰移、Q值提高而模式间隔下降.理论分析表明受激辐射具有典型WGM特征,激发条件的影响源于激子间非弹性碰撞复合发光和Mott相变后的库仑屏蔽效应、能级重整和无辐射复合有关;横向尺寸影响源于导模约束因子增加、弯曲损耗降低和腔长对纵模的影响.     

In/Mg掺杂ZnO纳米锥电子结构及场发射性能

以第一性原理计算方法为基础,研究了不同构型的ZnO-NC(氧化锌纳米锥),得到了五种稳定的几何结构,电子结构分析表明Zn-Zn(4P)的场发射性能最优.在此基础上,进一步研究了In/Mg掺杂Zn-Zn(4P)体系的场发射性能,结果表明:掺杂使结构稳定性增强,相比掺Mg和未掺体系,掺In提高了LDOS(局域态密度)峰值且峰位更靠近EF(费米能级),尖端电子密度增大;根据Mulliken电荷、HOMO(最高占据分子轨道)-LUMO(最低未占据分子轨道)能隙及有效功函数的计算,可知In-In(4P)具有更优异的场发射性能.     

Material optimisation for AlGaN/GaN HFET applications

An optimisation of some growth parameters for the epitaxy of AlGaN–GaN based heterostructure field effect transistors (HFET) at low pressure in a new 3 _* 2″ MOVPE reactor is presented. Some possible processes for the growth of semi-insulating buffers have been identified and are described. TEM analysis shows that the insulating character is not due to a high density of dislocations, whereas SIMS analysis shows that classical impurity (Si, O and C) concentrations are in the same range as in conductive undoped layers. Further studies are needed to identify the traps responsible for the compensation of the GaN layers. The properties of the two-dimensional electron gas (2DEG) located at the AlGaN–GaN interface can be tuned by modifying the characteristics of the AlGaN layer and of the insulating buffer. The best mobility (1500 cm² V⁻¹ s⁻¹ for n6×10¹² cm⁻²) is obtained when using a thick buffer layer, whereas the sheet carrier density is found to increase with the Al content in the undoped supply layer and reaches 1.1×10¹³ cm⁻² for a composition of 24%.     

DKDP Crystals for Electrooptic Devices

The deuterated homologue of potassium dihydrogen phosphate crystals (DKDP) was grown by a modified transport method. Experimental results concerning electrooptic characteristics of these single crystals used in construction of a Q-switch and a four-crystals modulator are presented. An infrared extension of KURTZ -ROBINSON model electrooptic effect is also given.     

In situ optical monitoring of AlGaN thickness and composition during MOVPE growth of AlGaN/GaN microwave HFETs

Real-time spectral reflectometry has been implemented to monitor the MOVPE growth of AlGaN/GaN microwave HFET structures. The aim is to monitor and control the thickness and composition of the thin AlGaN layer during growth. In order to extract useful information from the in situ spectra the optical constants of AlGaN as a function of alloy composition are required at the growth temperature (1050°C). As the first step to obtaining the high temperature optical constants, a room temperature spectroscopic ellipsometry study (energy range 1.65–4.95 eV) has been carried out on thin AlGaN films of various thickness (30 and 100 nm) and aluminium content (0.15 and 0.25). The multilayer model of each sample from the ellipsometry study is used to generate a reflectance spectrum which is compared with the in situ spectral reflectometry spectrum of the same sample acquired at room temperature to verify the technique. Further work is in progress to model the bandgap and optical constants of GaN and AlGaN at growth temperature.