纳米线阵列高效太阳能转换的原理和研究进展

首先从热力学角度讨论减少太阳能光伏结构效率损失,特别是光学熵损失的原理和途径,然后介绍半导体纳米线阵列在降低材料使用率的同时有效实现陷光和降低发射角的结构设计,其中由直径渐变纳米线形成的非周期阵列具有可见到近红外宽波段的导模共振陷光能力,同时极低的发射角大幅度地抑制了自发辐射引起的光子损失,成为有望突破Shockley-Queisser转换效率极限的光伏结构.     

InGaAs/InP界面控制对InGaAs薄膜电学和光学性质 的影响

研究了全固态源分子束外延(MBE)生长InGaAs/InP异质结界面扩散对InGaAs外延薄膜电学和光学性质的影响.通过X射线衍射、变温霍尔测试和变温光致发光等方法对InGaAs薄膜样品进行细致研究.发现在InGaAs/InP界面之间插入一层利用As_4生长的InGaAs过渡层,能够显著改善上层InGaAs(利用As_2生长)外延薄膜的电学性能,其低温迁移率显著提高.同时荧光峰反常蓝移动消失,光学性质有所改善.研究表明利用As_4生长InGaAs过渡层,可显著降低As在InP中反常扩散,获得陡峭的InGaAs/InP界面,从而提高InGaAs材料电学和光学性能.     

非均匀GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器材料表征和器件性能研究

本文利用分子束外延（MBE）技术成功生长了GaAs/AlGaAs非均匀量子阱红外探测器材料,并对相关微结构作了细致表征。分析比较了非均匀量子阱结构和常规量子阱红外探测器性能差异,并对比研究了不同势阱宽度下非均匀量子阱红外探测器的性能变化。通过高分辨透射电子显微镜（HRTEM）结合能谱仪（EDS）对非均匀量子阱红外探测器材料微结构进行了分析,并利用二次离子质谱仪（SIMS）对非均匀势阱掺杂进行了表征。结果表明,该量子阱外延材料晶体质量很好,量子阱结构和掺杂浓度也与设计值符合较好。对于非均匀量子阱红外探测器,通过改变每个阱的掺杂浓度和势垒宽度,可以改变量子阱电场分布,而与传统的均匀量子阱红外探测器相比,其暗电流显著下降（约一个数量级）。在不同阱宽下,非均匀量子阱的跃迁模式发生改变,束缚态到准束缚态跃迁模式下（B-QB）的器件具有较高的黑体响应率以及较低的暗电流。     

晶格失配对InAs基室温中波红外探测器性能的影响

采用液相外延技术生长了InAs基室温红外探测器件材料,通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析了外延材料表面形貌、截面形貌与晶格失配的关系。分析发现,不恰当的晶体晶格常数匹配度会导致材料表面形貌变差,降低材料的结晶质量,晶格失配在0.22%左右的InAs基外延材料表面形貌较好,缺陷少,晶体质量较好。在此基础上,成功制备出室温探测率D^*为6.8×10⁹ cm·Hz^1/2·W^-1的InAs基室温中波红外探测器,这一性能与国际上红外探测器领军企业美国Teledyne Judson Technologies和日本滨松株式会社的商用InAs基红外探测器性能处于同等水平。     

InAs基室温中波红外探测器的液相外延生长

材料质量好坏对于获得高性能红外探测器至关重要。提出决定材料质量的关键点在于精准控制材料结构中层与层之间的晶格失配度，报道了晶格失配对材料质量和器件暗电流性能的影响。实验结论表明在液相外延技术生长的InAs/InAsSbP材料体系中，InAs和InAsSbP间的晶格失配不是越小越好，而是有一个最佳值。如果晶格失配偏离这个值，不管是偏大还是偏小，材料的质量都会恶化。阐述了如何调整生长参数以获得合适的晶格失配度。制备了具有适宜晶格失配度的红外探测器件，该探测器零偏压下的室温峰值探测率为6.8×10⁹ cm Hz^1/2W^-1，与国际商用InAs探测器的指标相当。