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;.     

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.     

偏压对Ge/Si单量子点电流分布的影响

采用扫描探针显微镜(SPM),对离子束溅射自组装生长的Ge/Si量子点的电学性能进行分析.实验结果表明,施加正向偏压于圆顶形量子点上时,由于表面氧化物的生成,扫描区域的电流信号是不可恢复的.施加负向偏压时,单量子点区域的电流分布特征保持环状,且电流剖面图呈双峰结构,随着负向偏压的增大,各个电流峰顶部形状由尖锐变为截平,呈现出饱和的趋势.通过对电流值大小分布的统计,证实了Ge/Si量子点的电流传导主导机制为热电子发射.     

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。     

K、Ti掺杂Mg2Si电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理方法,对本征Mg₂Si以及K和Ti掺杂Mg₂Si的几何结构、电子结构和光学性质进行计算分析。计算结果表明本征Mg₂Si是带隙值为0.290 eV的间接带隙半导体材料,K掺杂Mg₂Si后,Mg₂Si为p型半导体,电子跃迁方式由间接跃迁变为直接跃迁,Ti掺杂Mg₂Si后,Mg₂Si为n型半导体,仍然是间接带隙。K、Ti掺杂后的静介电常数ε₁(0)从20.52分别增大到53.55、69.25,使得掺杂体系对电荷的束缚能力增强。掺杂后,吸收谱和光电导率均发生红移现象,这有效扩大了对可见光的吸收范围,此外可见光区的吸收系数、反射系数以及光电导率都减小,导致透射能力增强,明显改善了Mg₂Si的光学性质。     

热注入法合成PbX(X=S,Se)量子点的结构和性能研究

采用热注入的方法在空气氛围中合成PbX(X=S,Se)量子点,液体石蜡和磷酸三丁酯(TBP)作为不同的溶剂优化PbSe量子点的合成;使用六甲基二硅硫烷(TMS)作为硫源合成了第一激子吸收峰在900 ～ 1500 nm分布的PbS量子点.通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和吸收光谱等测试手段对合成的物质进行成分与光学性能分析表征,对比研究了Ⅳ-Ⅵ族化合物量子点在成核过程中的差异.结果表明在相同的实验条件下PbS量子点的反应条件相对温和,量子限域效应明显;而PbSe量子点的合成对环境的要求更加严苛,反应温度更高,量子点的尺寸分布更宽.     

利用Al/AlAs中间层调控GaAs在Si(111)上外延生长的研究

为了实现Ⅲ-V器件在硅基平台上单片集成,近年来Ⅲ-V半导体在硅衬底上的异质外延得到了广泛研究。由于Ⅲ-V半导体与Si之间大的晶格失配以及晶格结构不同,在Si上生长的Ⅲ-V半导体中存在较多的失配位错及反相畴,对器件性能造成严重影响。而Si(111)表面的双原子台阶可以避免Ⅲ-V异质外延过程中形成反相畴。本文利用分子束外延技术通过Al/AlAs作为中间层首次在Si(111)衬底上外延生长了GaAs(111)薄膜。通过一系列对比实验验证了Al/AlAs中间层的插入对GaAs薄膜质量的调控作用,并在此基础上通过低温-高温两步法优化了GaAs的生长条件。结果表明Al/AlAs插层可以为GaAs外延生长提供模板,并在一定程度上释放GaAs与Si之间的失配应力,从而使GaAs薄膜的晶体质量得到提高。以上工作为Ⅲ-V半导体在硅上的生长提供了新思路。     

PbS量子点/MoO3纳米带复合材料的低温气敏性能研究

采用液相法制备PbS量子点修饰MoO3纳米带复合材料.利用XRD、FESEM、TEM、EDS等表征手段分析样品组成、结构与形貌,分别将MoO3纳米带、PbS量子点、PbS量子点/MoO3纳米带组装成陶瓷管气敏元件并测试其对NH3的气敏性能.结果表明,在低温(20~100 ℃)下PbS量子点/MoO3纳米带复合材料对NH3具有良好检测能力,最低测试限为10 ppm.由于PbS量子点均匀分布在MoO3纳米带表面可形成异质结界面,这可有助于电子、空穴的分离,从而显著改善电子传输性能和气敏特性.