一、离子损伤对等离子体辅助分子束外延生长的 Ga NAs/ Ga As和Ga In NAs/ Ga As量子阱的影响(英文)（论文文献综述）
唐先胜[1]（2021）在《多量子阱结构中光生载流子输运性质的研究》文中研究指明传统的经典理论认为,半导体多量子阱结构中存在很强的量子限制效应,可以有效地对载流子进行捕获和限制,因此多量子阱结构被广泛的应用于制备电光转换器件,如发光二极管、激光器等;但是,多量子阱结构对于光激发下直接跃迁产生的载流子的强限制作用,限制了多量子阱结构在光电转换领域的应用。然而最近的实验研究发现,PIN结构（多量子阱结构被置于PN结中,以下统称为PIN结构）中的光生载流子存在强烈的逃逸现象。不论是在共振激发还是非共振激发的情况下,都有开路电压和短路电流的存在,实验上观测到了短路情况下的光致荧光峰具有80%以上的衰减,说明光生载流子可以有效地逃逸出多量子阱结构。对于作为对照的NIN结构（多量子阱结构被置于两个N区之间,以下统称为NIN结构）而言,无论是开路还是短路情况,甚至在施加了外加电压的情况下,都没有发现光致荧光峰明显降低的情况。为了进一步研究光生载流子在PIN结构中的输运和转移情况,本文采用基于泵浦-探测（Pump-Probe）技术的超快时间分辨光谱技术,对载流子的逃逸现象进行直接地观察。在共振激发的情况下进行泵浦,通过对比PIN结构、NIN结构在开路和短路情况下的光生载流子的动力学行为,得出了PIN结构中的光生载流子优先进行逃逸进入外电路,而不是进行复合的结论。而NIN结构中的光生载流子在开路和短路情况下的动力学行为基本一致。接下来,通过改变PIN结构中Ⅰ区（多量子阱区）的厚度,其光生载流子逃逸所需的路程（时间）不同。发现Ⅰ区的厚度越大,光生载流子的寿命越大,但是均小于NIN结构中的光生载流子寿命。这说明了PIN结构中的光生载流子优先进行逃逸,而不是复合。为了深入了解PIN结构和NIN结构本身的差异,以及光生载流子的输运情况的差异,本文对PIN结构和NIN结构的能带结构,内部电场强度以及光生载流子的分布情况进行了分析,得到了以下结论:PIN结构中的能带为单一方向倾斜,且内建场是均匀分布的,NIN结构中的能带为双向倾斜,内建场为非均匀分布,即使在施加的外电场之后,NIN结构的能带图和内建场与PIN结构相比仍存在很大的差别,且NIN结构相对于空穴而言,存在着一个很大的势垒,使得空穴不能逃逸出NIN结构,因此其光致荧光峰不会发生明显的衰减现象。针对这个现象,本文接下来继续对PIP型多量子阱结构（多量子阱结构被置于两个P区中间,以下统称为PIP结构）进行模拟,发现在PIP结构中,存在一个相对于电子而言很大的势垒,使得电子不能逃逸出PIP结构,因此其光致荧光峰也不会发生明显的衰减现象,相关的光致荧光实验也证实了这一结论。在模拟分析的过程中发现,尽管在NIN结构和PIN结构中存在着本质上的区别,但是在施加外电场之后,NIN结构中的某些区域与PIN结构存在着很高的相似度,这表明在施加外电场之后的NIN结构中的某些区域中的载流子也可能会进行逃逸。针对这一问题,本论文继续研究了NIN结构中存在两种类型量子阱的情况。实验表明,在施加不同方向外电场的情况下,NIN结构的光致荧光峰会发生转移现象,这表明NIN结构中的光生载流子在Ⅰ区内部会发生微弱的转移现象。本论文的研究工作有利于更好的认识和了解多量子阱结构中的光生载流子的输运行为,有利于设计新型的光电转换器件。
马晓乐[2]（2021）在《GaSb基双色红外探测材料与器件研究》文中研究指明红外探测尤其双色红外探测技术因其探测波段范围广、特征信息丰富、分辨能力强、抗干扰等优点在军事及民用领域均发挥着重要的作用。在红外探测领域,根据大气窗口通常划分为短波红外（1-3 μm）,中波红外（3-5 μm）和长波红外（8-14μm）。本文采用锑化镓（GaSb）体材料作为短波红外吸收材料,砷化铟/锑化镓（InAs/GaSb）Ⅱ类超晶格作为中波和长波红外吸收材料,利用能带模拟、分子束外延生长和器件制备工艺实现了 GaSb基短/中、短/长、中/中和中/长四种双色红外探测材料和器件。研究了外延材料的表面形貌、晶体结构和双色红外探测器的光电性能。主要研究内容如下:（1）优化了 GaSb缓冲层和InAs/GaSbⅡ类超晶格的外延生长参数,包括生长温度、Ⅴ/Ⅲ束流比和InSb界面生长时间。优化后的GaSb缓冲层和InAs/GaSbⅡ类超晶格的表面均方根粗糙度RMS分别为1.8A和1.97A,超晶格零级峰半峰宽为41.22arcsec,与衬底峰应变值为0.0347%。InAs/GaSb Ⅱ类超晶格退火实验表明,超晶格最高承受温度不得超过Tc+75℃,在Tc+60℃对GaSb体材料进行了低温生长实验,低温下优化后的束流比为Sb/Ga=7,RMS为1.79A。（2）重新生长了 10/1/5/1和18/3/5/3 M结构超晶格从而对生长参数进行了确认,对掺杂源炉温度以及对应的掺杂浓度进行了研究。通过材料外延实验的基础以及结构设计和能带模拟实现了高质量短/中、短/长、中/中和中/长双色红外探测器件的外延生长。四种器件中包含的不同结构超晶格零级卫星峰均重合,重合的零级峰半峰宽分别为 17.57arcsec、38.77arcsec、36.34arcsec 和 27.92arcsec,与衬底峰的应变值分别为0.0905%、0.0215%、0.1224%和0.030%。（3）对四种双色器件进行了工艺制备和电学光学性能测试,测试结果如下:短/中双色器件两通道的截止波长分别为1.6μm和5.02μm,器件的最大阻抗值RA与暗电流密度值J分别为1.86 × 106Ω·cm2和4.12 × 10-7A·cm-2。短波与中波通道的光学串扰分别为0.0049和0.295,峰值量子效率分别为35.86%和25.47%,峰值探测率分别为7.63 × 1011cm·Hz1/2/W和4.05 × 1010 cm·Hz1/2/W。并在器件工艺过程中进行了硫化与钝化工艺的对比,硫化与只钝化器件的侧壁电阻率分别为4.49 × 107Ω·cm和6.83 × 106Ω·cm。短/长双色器件两通道的截止波长分别为1.64μm和11.06μm,最大阻抗与面积乘积值RA为3.75×107 Q·cm2,短波通道与长波通道的峰值响应度分别为0.7 A/W和1.5 A/W,峰值量子效率分别为0.6%和17%。短波通道在1.5μm处峰值探测率为1.4 × 109cm.Hz1/2/W,长波通道在5μm处探测率达到1.052 ×1011cm·Hz1/2/W。中/中双色器件两个通道截止波长分别为3.7μm和5μm,最大阻抗与面积乘积值RA为4.96 × 106Ω·cm2,3.7μm和5μm中波通道的峰值响应度分别为0.0406 A/W和2.909 A/W,峰值量子效率分别为2.37%和35.06%,峰值探测率分别为 1.453 × 1012cm·Hz1/2/W和9.936 × 1013cm·Hz1/2/W。中/长双色器件的中波通道和长波通道的截止波长分别为4.8μm和10.5μm,最大阻抗与面积乘积值RA为2.48 × 105Ω·cm2,中波通道和长波通道的峰值响应度分别为0.2664 A/W和0.5169 A/W,峰值量子效率分别为8.12%和13.12%,峰值探测率分别为2.04 × 1012cm·Hz1/2/W和3.95 × 1012cm·Hz1/2/W。
李浩林[3]（2021）在《GaAs基量子阱纳米结构中能带调控及光学特性研究》文中提出GaAs是典型的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料,由于其直接带隙特性（1.42 e V@300 K）和优秀的电子迁移率(～8500 cm2 V-1s-1)而被广泛应用于各种发光器件和高频器件。尤其是GaAs基纳米结构在微纳器件中表现出极佳的应用前景,但目前GaAs基纳米结构仍存在一些问题需要解决。比如GaAs纳米线中的晶相控制问题,还有在比表面积更大的纳米线中更为明显的表面态问题,这严重限制了GaAs基纳米线的光学性能。GaAs基量子阱纳米线可同时作为波导和增益介质,为微纳光电器件的发展提供了新的思路。为了更好地激发量子阱纳米线器件的潜能,需要对其中载流子的分布和量子阱的能带结构展开研究。另外为了满足器件需求,往往需要对发光波长进行调制,现有的研究中多通过调节纳米线中量子阱的厚度及纳米线的长度对发光波长进行调制,但这种方式可调节范围小,对生长条件要求苛刻,提出一种更有效地波长调控方式是微纳光电器件的迫切需求。本工作中我们根据纳米线的生长原理,通过对生长过程中的参数控制,采用简单的衬底腐蚀工艺实现了GaAs基纳米线的晶相控制;还针对GaAs基纳米线表面态问题,采用湿法钝化、等离子体刻蚀、构建核壳结构的方式对GaAs纳米线进行表面改性,对比研究了不同钝化方式处理后GaAs基纳米线光学性质的变化;并且从GaAs基量子阱纳米结构中能带调控及光学特性研究出发,生长了高质量的GaAs/GaAsSb/GaAs核壳结构同轴单量子阱纳米线,并通过调节合金组分的方式实现了GaAs基量子阱纳米线中的能带结构调控。通过光致发光光谱的表征研究了GaAs基量子阱纳米线的光学性质,并构建了量子阱纳米结构中载流子的分布状态以及量子阱能带结构模型,最终得到了高质量、波长可调谐的GaAs基量子阱纳米线。本论文的主要研究内容如下:（1）根据纳米线的汽-液-固生长机理,讨论了GaAs基纳米线生长过程中生长参数对GaAs基纳米线的影响机制,通过简单的衬底腐蚀工艺,实现了GaAs纳米线中的晶相控制。（2）对比研究了湿法钝化、等离子体处理、构建核壳结构三种表面钝化方式对GaAs基纳米线光学性质的影响效果,研究结果表明,湿法钝化的方式将GaAs基纳米线的发光强度提升了6倍左右,并且不会改变GaAs基纳米线的发光机制,但稳定性不佳。等离子处理对于GaAs基纳米线光学性质提升效果不大,并且会引入新的缺陷能级。采用原位生长构建的Al GaAs壳层可以有效的提升GaAs基纳米线的光学性能（发光强度提升约64倍）,并且稳定性较好。（3）使用分子束外延设备生长制备了高质量的GaAs/GaAsSb/GaAs核壳结构同轴单量子阱纳米线,研究了GaAs/GaAsSb/GaAs量子阱纳米线中的能带结构,并采用功率相关和温度相关的光致发光光谱对所生长纳米线的光学性质进行了表征,并对其能带结构和载流子分布进行了讨论,研究结果表明,在低Sb组分下GaAs/GaAsSb量子阱中呈现类Ⅱ型的能带结构,在这种结构中导带之间的能量差较小,不能有效地将载流子限制在量子阱中,阱中电子获得能量后可以跃出势阱。（4）设计制备了不同Sb组分的GaAs/GaAsSb/GaAs核壳结构同轴单量子阱纳米线,通过对Sb组分的调节实现了GaAs基量子阱纳米线中的能带调控,并采用光致发光光谱研究了不同Sb组分的量子阱纳米线的光学性质。结果表明8%和12%Sb组分的GaAs/GaAsSb/GaAs同轴单量子阱纳米线都表现为类Ⅱ型能带结构,并且在Sb组分更高的量子阱纳米表现出了更深的量子阱深度和更强的温度稳定性。
申琳[4]（2021）在《InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料发光性能优化研究》文中进行了进一步梳理半导体激光器因其体积小,波长可调节和可靠性高等优点,被广泛应用在大气监测、激光测距、空间通信、激光手术和激光美容等领域。其中2μm波段的半导体激光器在激光雷达、激光制导和航空航天等国防领域的未来发展和应用前景备受人们的关注。同时,锑化物合金材料是2μm波段半导体激光器材料的最佳选择。但是在外延制备锑化物合金材料的时候,不可避免地会引进缺陷及分子团簇,严重影响材料的晶体质量,导致材料出现局域态发光现象并且发光性能下降。相比于Ga Sb衬底,Ga As衬底有着造价低和制备工艺简单等优点。结合Ga As衬底的诸多优点,本文利用分子束外延技术制备了InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料。为了进一步提高InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料的发光性能,采用快速热退火的手段对量子阱材料进行了加工。并利用光致发光光谱和X射线衍射,系统地讨论了快速热退火对量子阱材料发光性能及结构的影响。主要研究内容如下:（1）为了实现InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料在2μm波长附近发光,设计了量子阱结构。使用分子束外延技术生长了量子阱结构中的基础薄膜材料,包括Ga Sb、InGaAsSb和AlGaAsSb合金薄膜,并使用X射线衍射进行表征,证实了外延生长的半导体薄膜材料有较高的结晶质量。（2）使用分子束外延技术制备了InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料,并研究了其发光性能。结合X射线衍射图及光致发光光谱分析,该量子阱样材料发光性能和晶体质量均良好。在室温下InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱材料的发光波长为1.96μm。同时,确定了量子阱的发光来源,光子能量为0.687 e V的发光来自局域载流子复合,光子能量为0.701 e V的发光来自自由激子复合。（3）为了提高InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料发光性能,本文开展了量子阱材料的快速热退火研究。X射线衍射测试证明了快速热退火可使量子阱材料中的原子在阱层和垒层界面发生相互扩散。这种互扩散可以提高量子阱材料的晶体质量,降低结构应变,量子阱材料的发光性能也能够得到改善。对光致发光光谱进行分析,当退火温度的升高时,发现室温光致发光光谱峰位会向短波长移动。此外,提高退火温度可以降低样品中的局域载流子复合比例,当退火温度分别为500℃和600℃时,对比局域载流子与自由激子的发光强度,后者仅为前者的22.6%。本文研究了关于锑化物半导体激光器材料的外延生长,并提高了材料的发光性能,为高性能锑化物半导体激光器的制备奠定了基础。
张继业[5]（2021）在《近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究》文中指出外部光学结构可以作为垂直腔面发射激光器（Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL）的外腔,使VCSEL的输出功率、光束质量得到提高。外部光学结构可以通过外腔镜、光栅、倍频晶体等等实现相应的功能。外腔镜和垂直腔面发射增益芯片构成光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器（Optically-pumped vertical-external-cavity surface-emitting laser,VECSEL）,采用外部光注入的方式使VECSEL产生激光激射。VECSEL综合了面发射半导体激光器和光泵浦固体激光器的优点,在实现高功率输出的同时,还能保证激光具有高的光束质量与良好的光斑形貌。同时,由于这种结构拥有一个灵活的外腔,可以在腔内放置频率转换、波长调谐或锁模功能的各种光学元件,结合半导体材料宽的激光光谱范围,这种外腔式的面发射激光器结构具有极宽的光谱覆盖范围。因此,VECSEL技术一经出现,即获得了人们的广泛关注。VECSEL用的增益芯片内部各外延层无需掺杂,避免了半导体材料掺杂带来的光吸收等问题,但是VECSEL实现高功率输出的关键在于要有高增益的内部发光区结构。本文采用PISC3D商用软件开展了980 nm波段的VECSEL最核心的多量子阱增益区设计,对量子阱增益光谱及其峰值增益与载流子浓度和温度等关系进行系统的理论优化,并对5种不同势垒构型的量子阱增益特性进行对比,采用双侧Ga As P应变补偿的发光区具有更理想的增益特性。通过Sellmeier公式,探讨了作为DBR反射镜的AlxGa1-xAs材料体系,利用传输矩阵分析了VECSEL中的DBR反射镜的反射谱以及微腔中光场强度的分布特性。经过对VECSEL器件的设计和理论仿真,VECSEL器件实现输出功率达到9.82 W,并且没有饱和;通过改变外腔镜的反射率,VECSEL的激射波长随泵浦功率漂移系数由0.216 nm/W降低至0.16 nm/W,说明了外腔镜反射率会影响VECSEL增益芯片内部热效应,进而影响VECSEL的输出功率。所制备VECSEL在两正交方向上的发散角分别为9.2°和9.0°,激射光斑呈现为良好的圆形。通过对比非线性晶体特性,确定采用LBO做倍频晶体,完成了腔内倍频实验,实现了光束质量M2小于2的488 nm蓝光超过3W的激光功率输出。在980nm波段的VECSEL的基础上,开展了1160nm波段的VECSEL器件结构的设计。由于需要采用高In组分的In Ga As材料作为量子阱,导致高应变的产生,容易产生应变积累效应。为解决应变积累效应,提出了二次应变补偿的设计结构,即先用低P组分的Ga As P作为势垒,再采用高P组分的Ga As P作为应变补偿层。在器件完成制备后,在增益芯片控温-20℃时,实现了最大激光功率1.02W的1164nm波长的激射,其在正交方向上的发散角分别为10.5°和11.9°,光斑形貌为圆形对称结构,均匀性较好。在VECSEL谐振微腔中,根据增益谱随泵浦功率的变化特性,通过增益失谐的设计,提出了一种950 nm和1000 nm波长可转换的VECSEL,实现了超过2 W的最大输出功率。随着泵浦功率的增加,光束质量M2的变化趋势在整体上是下降的。这种可切换的波长操作为仅使用线性腔实现高功率双波长发射提供了一种新的可能性。另外,针对传统的VCSEL缺少对偏振特性的控制能力,研究人员采用多种方法来稳定VCSEL的偏振状态,例如使用精细的金属交错光栅、外部光反馈、电光双折射、光子晶体和高对比度光栅等结构。然而,利用这些复杂的工艺实现VCSEL的大规模制造是非常困难的。因此,在本文中,我们通过增强氧化层的各向异性氧化,提出一种带有梭形氧化孔径的VCSEL,能够实现模式和偏振的控制。对于尺寸为2×4.6μm2和3×6μm2的氧化孔径,VCSEL的正交偏振抑制比分别为22 dB和19 dB。对于孔径为2×4.6μm2的VCSEL,在0.5 m W的输出功率下,边模抑制比超过25dB。最后,实现了单横模单偏振的VCSEL的设计和制造。
张雨茜[6]（2020）在《硅基纳米柱GaN-LED的设计、制备与仿真》文中认为GaN作为宽禁带半导体材料,具有热导率高、耐高温、耐酸碱、高硬度等特性,可用于制备蓝光、绿光、紫外光的发光器件。GaN基LED器件寿命长、可靠性高、能耗低,广泛应用于全色显示、通用照明、背光源、医疗、军事等领域,对光通信、万物互联等领域的发展至关重要。对于LED器件,外延片衬底材料的选择十分重要,Si由于成本低、尺寸大、电阻率低、热导率高且加工工艺完备,作为衬底材料备受关注。而纳米柱结构的生长能够有效地释放应力,有效地抑制GaN外延片中存在的极化效应,也可补偿硅衬底与GaN热膨胀系数差异较大带来的应力影响,提高了器件内量子效率。因此,硅基纳米柱GaN-LED的研究与应用具有广泛前景。本论文研究硅基纳米柱GaN-LED器件的设计、制备与仿真。利用Silvaco TCAD仿真软件中的Atlas模块建立硅基纳米柱GaN-LED的仿真模型,对硅基纳米柱GaN-LED的性能及结构改变进行模拟与仿真。模拟并分析了与实验结构参数相同的纳米柱LED和平面结构LED的量子阱能带结构、波函数、辐射复合率、载流子浓度、电流-电压特性曲线、光谱图等光电性能。纳米柱结构因无位错特性,缓解量子阱中的应力,有效抑制量子斯塔克效应,载流子浓度升高,阈值降低,光谱强度高,峰值波长蓝移。着重讨论分析了量子阱周期数、阱层及垒层结构厚度、In组分含量、量子阱材料对纳米柱GaN-LED器件的影响,并在设计结构时综合考虑选择最佳的参数。综合来说,4个周期纳米柱InGaN/GaN多量子阱LED器件,阱层InGaN厚度为3nm,垒层GaN厚度取10nm,可获得较好的性能。利用分子束外延技术在硅衬底上生长具有GaN缓冲层、Si掺杂的n-GaN层、InGaN/GaN多层量子阱和Mg掺杂的p-GaN层的GaN基外延层。通过扫描电子显微镜（SEM）可观察到整齐排列的纳米柱阵列。利用微纳加工技术加工获得LED芯片,对已获得的纳米柱外延片进行SOG填充、FAB刻蚀,在P-GaN层和Si衬底侧蒸镀电极,并对芯片施加电压测试电流-电压特性和PL光谱特性。纳米柱GaN-LED的阈值电压为1.5 V,在室温下的峰值波长在410nm附近。
杨贺鸣[7]（2020）在《长波/甚长波量子阱红外探测器的光电调控及性能优化研究》文中研究指明红外探测器是红外探测成像系统中最重要的核心部件之一。从二战期间第一个PbS可实用红外探测器的出现到如今正蓬勃发展的第三代大面阵、小像元、低成本、双色与多色红外光电探测器,已走过近80年的历史。量子阱红外探测器（QWIP）是第三代红外探测器,它的工作原理是基于导带中的子带间跃迁,子带间跃迁的能量刚好位于红外波段,因此在红外探测领域表现出巨大的前景。Ⅲ-Ⅴ族化合物的吸收峰在中远红外波段可调,可用于焦平面,双色和多色探测。相比于HgCdTe探测器,以GaAs/AlGaAs为代表的Ⅲ-Ⅴ族量子阱探测器拥有大面积材料均匀性好、成品率高、重复性好、材料生长和器件制备工艺成熟以及探测器响应时间短的优点,而成为近30年红外检测领域的研究热点,在军事国防和天际探测领域得到广泛应用。但量子阱探测器存在着无法直接吸收正向入射光以及探测器件量子效率低的问题。作为第三代红外探测器的重要材料体系,如何提高其性能是量子阱红外探测领域最重要的研究方向。本论文的工作围绕QWIP的性能优化进行展开。作为光电探测器的其中一种,其性能的优化可以从电子态和光子态两个方面来进行。电子态调控是对器件的工作模式优化,基于此,我们优化了InGaAs/GaAs量子阱材料的生长模式,对材料的电子输运特性和量子阱探测器的性能进行了大幅度的提高。光子态调控主要是通过集成各式各样的光耦合结构,对器件进行光场调控来提高光耦合效率。基于光子态调控,我们优化了当前广泛应用于焦平面成像的金属-介质-金属（MIM）的微腔结构,设计并成功生长和制备得到一种新型的三维自卷曲光耦合结构,从光吸收方面对探测器性能进行了优化。主要工作有:1对InGaAs/GaAs量子阱材料的生长模式进行了优化,得到了一种高增益的甚长波红外探测器。分别采用连续低温和变温模式生长得到响应波长为15μm的InGaAs/GaAs甚长波QWIP材料。研究了不同MBE生长条件对QWIP材料和器件性能的影响。研究发现采用连续低温生长方法得到的InGaAs/GaAsQWIP具有更好的材料性能,表现为更高的晶体质量以及更高的荧光强度。器件的光电性能测量显示连续低温生长法获得的器件表现出更好的探测性能,具有更低的暗电流、更高的背景极限温度、更大的光响应率以及更高的量子效率。在20K温度下,峰值响应率提高38倍,达到5.67A/W,外量子效率高达47%。分析了器件的高响应率得益于器件的B-B跃迁模式带来的高光电导增益。此外,对于工作在B-B跃迁模式下的InGaAs/GaAsQWIP,其光电导增益的值还可以通过改变器件的偏置电压来进行灵活的调控。2从提高光耦合的角度优化了器件性能,设计了一种新型长波卷曲量子阱红外探测器结构,利用分子束外延技术成功生长包含InAlGaAs（InGaAs）应变层的GaAs/AlGaAs量子阱红外探测材料。发现卷曲后的量子阱的荧光峰强度增强了4倍。悬空的中空微管可以形成Fabry-Perot腔,使～820nm的量子阱发光峰在腔内产生Fabry-Perot共振模式。测试了器件的黑体响应和光电流响应谱,这种自卷曲的三维管状QWIP的探测峰位在8.6μm,它实现了对垂直入射的红外光的直接吸收。入射光照射到微管表面后透射进入中空区,在内壁表面发生3次反射使器件对红外光进行了3次吸收,实现了光响应和荧光强度的增强。在30K温度下,其峰值响应率和量子效率比标准器件都增强了2.7倍,分别达到48.2mA/W和1.9%。3对MIM结构中因金属的存在而带来的不可避免的光耗散以及集成器件中的散热问题和器件制备工艺的复杂性进行了优化。设计了一种新型介质微腔耦合的THz-QWIP,用重掺杂半导体介质层取代MIM结构中的金属,将量子阱吸收层夹在周期性重掺杂的顶部GaAs介质光栅和重掺杂GaAs电极层之间。通过时域有限差分法理论上计算了DMC-THzQWIP的子带吸收谱和电场分布,优化了介质光栅的参数,使表面等离激元的频率被调谐到与量子阱发生共振。研究结果表明DMC-THzQWIP微腔结构可以有效地增强子带间吸收,其增强原理与MIM微腔类似。当GaAs电极层的掺杂浓度超过1019cm-3时,DMC-THzQWIP在响应波长下的子带间吸收率比标准45°器件高1个数量级,继续增大掺杂浓度到3.2×1019cm-3,可使吸收率增强20倍。
吴耀政[8]（2020）在《GaN基材料的分子束外延及其发光器件的制备与表征》文中进行了进一步梳理作为宽禁带直接带隙半导体,Ⅲ族氮化物材料体系的禁带宽度覆盖了从紫外光波段到可见波段再到近红外波段,广泛应用于固态照明器件及紫外光电子器件之中。GaN基LEDs在节能减排、环境保护等方面相比于传统照明光源有着巨大的优势。经过几十年的发展,得益于材料质量的不断提高和新型器件结构的设计,LED的发光效率得到不断地提高,被广泛应用于照明、背光源等领域。然而,如何提高长波长GaN基LEDs的发光效率,并将其应用于高分辨显示、可见光通讯等领域中,仍旧是科研工作者关注的前沿问题之一。本文采用分子束外延技术,围绕提高长波长LEDs的发光效率,尝试采用“自下而上”和“自上而下”两种方法制备微型LEDs结构和InGaN/GaN多量子阱纳米柱结构,研究了其材料外延生长机制和器件的光电特性。得到了如下结论:1.针对MBE外延GaN界面处位错难于控制这一问题,本文研究了表面Ga原子层控制、N等离子体辅助热分解以及N等离子体循环刻蚀等技术。研究结果表明:表面Ga原子层控制技术的引入,精确控制了外延过程中样品衬底表面金属原子层的厚度;N等离子体辅助热分解技术的研究,有效解决了样品衬底表面氧化层的存在;N等离子体循环刻蚀技术的探索,成功抑制了外延界面处不良微结构的产生。借助于RHEED以及TEM等表征手段证实了采用上述技术路线在自支撑GaN衬底上制备的同质GaN外延薄膜的位错密度可以降低至5×105 cm-2。2.针对绿光LED器件的发光效率低的问题,本文利用PA-MBE技术在绿光LED外延片上外延出具有n++/n+结构的GaN外延层,从而与LEDs外延片顶部p+-GaN形成p+/n++/n+结构的隧道结。利用MBE对外延层界面控制的优势以及通过对GaN外延层的重掺(≈1020/cm3)有效降低了隧道长度,提高了正向小偏压下载流子的带间隧穿概率。与传统结构的Micro-LEDs相比,隧道结的引入不仅简化了器件的制备工艺,而且还提高了器件的发光效率。在注入电流密度为32A/cm2时,隧道结Micro-LEDs和传统结构的Micro-LEDs的Droop衰减比率分别为75%和53%。3.采用PA-MBE技术在Si（111）衬底上采用Al N成核层进行自组装GaN纳米柱的生长,以及GaN纳米柱基长波长InGaN/GaN多量子阱结构的外延生长。提出采用高温退火氮化技术对低温沉积的金属Al进行处理来抑制GaN纳米柱底部寄生GaN的生长;分析并提出了该生长条件下Ga吸附原子的运动扩散模型;探索了生长温度及Ga/N比对自组装GaN纳米柱形貌的影响;通过控制不同量子阱的生长温度,实现波长在橙、红光范围的长波长复合光InGaN/GaN纳米柱多量子阱结构的制备。
许佳佳[9]（2020）在《InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器制备研究》文中研究指明当探测目标的温度在近室温或更低温度时,其辐射能量的光谱分布主要处于红外长波段,此时需考虑长波红外探测技术,且长波范围8-14μm是重要的大气窗口,因此研制长波红外焦平面探测器具有重要意义。但长波探测材料带隙狭窄,制备长波红外焦平面面临的一项技术难点在于长波探测器暗电流高。InAs/GaSb Ⅱ类超晶格是一种周期性量子结构材料,具有能带灵活可调、俄歇复合寿命长、有效质量大、暗电流易抑制等特点。特别是在长波波段,II类超晶格材料均匀性好,是制备高性能长波红外焦平面的优选材料之一。本文主要围绕InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器工艺制备技术和光电性能研究展开,核心目标是降低超晶格长波红外探测器暗电流,制备出截止波长12μm的高性能大面阵长波红外焦平面探测器。主要研究内容和创新点如下:首先系统研究了氮化硅和氧化硅薄膜的生长工艺和薄膜性质。生长得到的薄膜用于InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器刻蚀时的掩蔽保护和焦平面器件台面的钝化。采用电感耦合等离子化学气相沉积（Iductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition,ICPCVD）技术生长氮化硅薄膜,薄膜性能与硅烷流量、射频功率等工艺参数相关。其中硅烷流量影响薄膜的折射率和化学键构成,RF射频功率显着影响锑化物材料上的氮化硅薄膜应力。实验最终获得了快速沉积氮化硅薄膜的优化工艺,并应用于长波超晶格器件刻蚀前的掩蔽薄膜生长,具体工艺参数为:Si H4流量45.0 sccm,N2流量38.0 sccm,ICP功率2000 W,腔体压力8.0 mtorr,温度75℃,RF功率0 W。同时获得了慢速生长氮化硅薄膜的优化工艺,薄膜的表面粗糙度低,适用于长波超晶格焦平面器件的台面钝化:Si H4流量15.5 sccm,N2流量12.5 sccm,ICP功率300 W,腔体压力8.5 mtorr,温度75℃,RF功率0 W。实验同时简要研究了在锑化物材料上ICPCVD生长氧化硅薄膜,最终用于长波超晶格焦平面器件台面钝化的氧化硅薄膜生长工艺为:硅烷流量40 sccm,N2O流量100 sccm,设备腔体工艺Presurre为8.0 mtorr,ICP功率2000 W,RF功率10 W,温度75℃。其次研究了50%截止波长为12.5μm的超晶格器件的台面蚀刻,验证了表面漏电流与超晶格台面表面的Sb相关。湿法腐蚀的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外器件,-0.05 V偏压下,60 K温度时暗电流密度为3.8×10-3 A/cm2,R0A为37.2Ω?cm2。随着温度降低,表面漏电流成为暗电流的主要部分,表面漏电流形成的机理可能是在台面表面发生了Sb2O3和Ga Sb的歧化反应,生成的半金属Sb在表面形成了漏电通道。干法刻蚀采用Cl2/N2组合的电感耦合等离子技术,在优化的刻蚀条件下,可获得优良的超晶格台面质量。其中温度是影响刻蚀结果的重要因素,随着温度升高,刻蚀速率上升,刻蚀选择比增加,台面的倾角趋于直角,器件暗电流也随着刻蚀温度提高而下降。在本论文的实验条件下,最优化的刻蚀温度是170℃,此时探测器的暗电流密度在60 K温度时为1.9×10-4 A/cm2,R0A为89.1Ω?cm2。在170 oC刻蚀时,超晶格台面表面的Ga Sb键消失,同时器件的暗电流降低,说明台面表面漏电流与与超晶格表面Ga Sb也相关。最后开展了InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外大面阵焦平面器件研制。在焦平面制备过程中发现氮化硅薄膜钝化的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面器件比氧化硅钝化的器件在小反向偏压下的暗电流低,根据文献推测氮原子可能在台面界面处与构成超晶格的原子形成了宽禁带氮化物,利于抑制窄带隙长波红外器件在表面的漏电。实验最终利用论文优化的薄膜生长、刻蚀和氮化硅钝化等工艺制备了640×512的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面器件,焦平面像元中心距30μm。焦平面器件在60 K温度下,偏压-0.05 V时,像元暗电流为9.7×10-11 A(暗电流密度为1.3×10-5 A/cm2),R0A达到838.4Ω?cm2。探测器芯片与读出电路倒焊互连成焦平面器件,在温度60 K时,焦平面的盲元率降低到了0.95%,响应率非均匀性2.8%,峰值探测率6.61×1010 cm?Hz1/2/W,噪声等效温差17.2 m K,是目前国内报道的截止波长12μm超晶格长波640×512红外焦平面的最好水平。
付永瑞[10]（2020）在《AlGaN/GaN异质结材料MBE同质外延研究》文中指出GaN材料因其宽禁带、高击穿场强、高电子饱和速度、耐高温、抗辐照等特性,并且可通过极化效应形成二维电子气（2DEG）,基于GaN异质结材料的高电子迁移率晶体管（HEMT）被广泛应用于高效电力电子器件和高频微波功率器件等领域。由于自支撑GaN衬底价格昂贵且大尺寸衬底缺少,目前商用的GaN HEMT器件大多在硅（Si）和碳化硅（Si C）等衬底上异质外延得到。异质外延引起的晶格失配和热膨胀系数失配导致外延材料中存在高密度位错缺陷,会恶化2DEG输运特性,增加器件的电流泄漏,显着降低击穿电压。近五年来,随着自支撑GaN衬底制备工艺的发展,低位错密度、大尺寸、半绝缘自支撑GaN衬底逐渐走向商业化,因此GaN异质结材料同质外延技术受到越来越多的关注。其中,分子束外延技术（MBE）具有生长速率慢、生长温度低、外延材料杂质浓度低、可在线监测的优点,能实现材料厚度的原子级调控,获得更加陡峭突变的异质结界面,在超薄势垒高铝组分异质结构和精细量子阱材料生长方面优势明显,适合氮化物半导体毫米波器件及太赫兹器件的生长制备。因此,本论文重点研究了Al GaN/GaN异质结材料的MBE同质外延生长机理和材料性能,包括GaN材料同质外延、Al GaN材料同质外延、MBE二次同质外延界面杂质去除方法、GaN同质外延材料n型掺杂、Al GaN/GaN异质结同质外延等。本论文的主要研究内容和成果如下:1.通过Ga/N比和生长温度的优化,确定了GaN材料MBE生长的最优参数窗口,分析了Ga/N比和生长温度对GaN材料性能的影响机制。在表面可观察到镓滴的临界态时,可实现最优台阶流形貌和最低位错密度的GaN材料。通过调控Si源炉温度,实现了n型GaN材料Si掺杂,Si掺杂浓度在1017cm-3～1020 cm-3范围内可控,且与Si源温度呈指数关系。2.通过AlN/GaN超晶格结构周期厚度和结构优化,实现了高铝组分Al GaN数字合金材料生长,材料表面台阶形貌明显且无裂纹。而连续法生长条件下,富镓生长条件有利于获得表面形貌光滑的Al GaN材料,且镓源和氮源固定时Al GaN材料铝组分由铝束流控制,但随着铝组分增加,材料表面形貌急剧恶化。3.通过衬底表面处理工艺和AlN隔离层结构,实现了高电子迁移率Al GaN/GaN异质结同质外延。通过镓原子清洗和等离子体氮化组合工艺使同质外延界面C和O杂质浓度降低至1017cm-3量级,采用1.5 nm的富氮模式生长的AlN隔离层有效隔离了二次外延界面Si杂质引起的寄生漏电。在掺Fe半绝缘GaN基板上获得了室温下电子迁移率为1552 cm2/Vs和电子面密度为1.1×1013 cm-2的AlGaN/GaN异质结材料。
二、离子损伤对等离子体辅助分子束外延生长的 Ga NAs/ Ga As和Ga In NAs/ Ga As量子阱的影响(英文)（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、离子损伤对等离子体辅助分子束外延生长的 Ga NAs/ Ga As和Ga In NAs/ Ga As量子阱的影响(英文)（论文提纲范文）
（1）多量子阱结构中光生载流子输运性质的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 半导体量子阱 |
| 1.2.1 量子阱的发展 |
| 1.2.2 量子阱器件的发展和应用 |
| 1.3 PIN和NIN结构中光生载流子的行为 |
| 1.4 带间跃迁量子阱探测器(IQWIP) |
| 1.5 本论文的内容及结构 |
| 第2章 样品外延及加工测试方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 分子束外延 |
| 2.2.1 分子束外延的原理及特点 |
| 2.2.2 分子束外延设备介绍 |
| 2.3 样品的加工测试方法 |
| 2.3.1 高分辨X射线衍射 |
| 2.3.2 光致荧光测试系统 |
| 2.3.3 样品加工工艺 |
| 2.3.4 泵浦-探测技术 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 PIN和NIN结构中光生载流子动力学 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 量子阱结构中光生载流子的弛豫 |
| 3.3 量子阱结构中载流子的逃逸 |
| 3.4 PIN和NIN结构的光致荧光光谱 |
| 3.4.1 PIN和NIN结构材料的制备 |
| 3.4.2 PIN和NIN结构器件的制备 |
| 3.4.3 PIN和NIN结构在开路、短路情况下的光致荧光谱 |
| 3.4.4 不同Ⅰ区厚度的PIN结构在开路、短路情况下的光致荧光谱 |
| 3.5 PIN和NIN结构中光生载流子的超快光谱测量 |
| 3.5.1 PIN和NIN结构的差分反射光谱 |
| 3.5.2 不同Ⅰ区厚度的PIN结构的差分反射光谱 |
| 3.6 利用福克-普朗克方程预言逃逸率 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 对PIN和 NIN结构中光生载流子的分析比较 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 能带理论 |
| 4.2.1 能带理论的基本假定 |
| 4.2.2 紧束缚近似 |
| 4.2.3 赝势方法 |
| 4.2.4 (?)?(?)微扰方法 |
| 4.3 只存在一个量子阱的PIN和NIN结构 |
| 4.4 具有多个量子阱的PIN和NIN结构 |
| 4.5 有/无偏压NIN结构和PIN结构在光照下的载流子分布 |
| 4.6 PIP结构中的光生载流子行为 |
| 4.7 PIN结构与施加偏压后的NIN结构的相似性比较 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 量子阱中光生载流子的量子限制机制研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 样品的制备 |
| 5.3 具有双色量子阱的 PIN和 NIN结构的PL谱 |
| 5.4 施加不同偏压的NIN结构的PL谱 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）GaSb基双色红外探测材料与器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 红外探测器发展历程 |
| 1.2.1 红外探测器分类 |
| 1.2.2 红外探测器发展历程与材料体系 |
| 1.2.3 InAs/GaSbⅡ类超晶格 |
| 1.2.4 GaSb材料特性 |
| 1.3 双色红外探测器简介 |
| 1.3.1 双色红外探测器工作原理 |
| 1.3.2 GaSb基双色红外探测器研究进展 |
| 1.4 红外探测器的主要性能参数 |
| 1.4.1 噪声和暗电流 |
| 1.4.2 响应度R |
| 1.4.3 量子效率η |
| 1.4.4 等效噪声功率NEP和探测率D* |
| 1.5 本论文选题意义及主要研究内容 |
| 第2章 探测材料和器件表征方法 |
| 2.1 材料制备原理及设备简介 |
| 2.1.1 分子束外延技术原理 |
| 2.1.2 分子束外延设备系统 |
| 2.1.3 MBE的生长校准 |
| 2.2 红外探测材料性能表征方法 |
| 2.2.1 原子力显微镜AFM |
| 2.2.2 高分辨率X射线衍射HRXRD |
| 2.2.3 扫描电子显微镜SEM |
| 2.2.4 霍尔测试 |
| 2.3 红外探测器性能测试方法 |
| 2.3.1 电学特性测试I-V |
| 2.3.2 红外光谱响应测试FTIR |
| 2.3.3 黑体测试 |
| 第3章 GaSb基双色红外探测器材料生长研究 |
| 3.1 GaSb基材料MBE生长研究 |
| 3.1.1 GaSb缓冲层薄膜生长研究 |
| 3.1.2 InAs/GaSb Ⅱ类超晶格生长研究 |
| 3.1.2.1 生长温度优化研究 |
| 3.1.2.2 超晶格界面优化研究 |
| 3.1.3 InAs/GaSb Ⅱ类超晶格退火研究 |
| 3.1.4 低温GaSb bulk外延生长研究 |
| 3.1.5 M结构超晶格生长研究 |
| 3.1.5.1 中波10/1/5/1 M结构生长研究 |
| 3.1.5.2 长波18/3/5/3 M结构生长研究 |
| 3.1.6 材料载流子掺杂浓度研究 |
| 3.2 GaSb基双色红外探测器件设计与外延生长研究 |
| 3.2.1 短/中波双色器件设计与外延生长研究 |
| 3.2.1.1 器件结构设计与能带模拟 |
| 3.2.1.2 器件外延生长与结构表征 |
| 3.2.2 短/长波双色器件设计与外延生长研究 |
| 3.2.2.1 器件结构设计生长与能带模拟 |
| 3.2.2.2 器件结构表征 |
| 3.2.3 中/中波双色器件设计与外延生长研究 |
| 3.2.3.1 器件结构设计与外延生长 |
| 3.2.3.2 器件结构表征 |
| 3.2.4 中/长波双色器件设计与外延生长研究 |
| 3.2.4.1 器件结构设计与外延生长 |
| 3.2.4.2 器件结构表征 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 GaSb基双色红外探测器制备与光电性能研究 |
| 4.1 双色单元探测器工艺制备 |
| 4.1.1 制作版标 |
| 4.1.2 刻蚀台面 |
| 4.1.3 硫化与钝化 |
| 4.1.4 钝化开孔 |
| 4.1.5 制备电极 |
| 4.1.6 封装打线 |
| 4.2 器件性能研究 |
| 4.2.1 短/中波双色红外探测器性能研究 |
| 4.2.1.1 硫化与钝化器件暗电流对比研究 |
| 4.2.1.2 硫化与钝化器件侧壁电阻率对比研究 |
| 4.2.1.3 硫化器件光谱响应研究 |
| 4.2.2 短/长波双色红外探测器性能研究 |
| 4.2.2.1 器件相对光谱响应研究 |
| 4.2.2.2 器件电学性能研究 |
| 4.2.2.3 器件绝对光谱响应研究 |
| 4.2.3 中/中波双色红外探测器性能研究 |
| 4.2.3.1 器件相对光谱响应研究 |
| 4.2.3.2 器件电学性能研究 |
| 4.2.3.3 器件绝对光谱响应研究 |
| 4.2.4 中/长波双色红外探测器性能研究 |
| 4.2.4.1 器件相对光谱响应研究 |
| 4.2.4.2 器件电学性能研究 |
| 4.2.4.3 器件绝对光谱响应研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果 |
| 致谢 |
（3）GaAs基量子阱纳米结构中能带调控及光学特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究意义 |
| 1.2 GaAs基材料纳米结构及应用介绍 |
| 1.2.1 GaAs材料基本介绍 |
| 1.2.2 GaAs基纳米结构介绍 |
| 1.2.3 GaAs基纳米线的应用 |
| 1.3 GaAs基量子阱纳米线 |
| 1.3.1 GaAs基量子阱纳米线研究介绍 |
| 1.3.2 GaAs/GaAsSb量子阱中的能带结构 |
| 1.4 GaAs基纳米结构光学性质研究介绍 |
| 1.5 现有研究结果的不足 |
| 1.6 本文的主要研究内容 |
| 第2章 GaAs基纳米线的生长设备与表征手段 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 GaAs基纳米线的生长设备 |
| 2.3 形貌表征 |
| 2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)表征 |
| 2.3.2 透射电子显微镜(TEM)表征 |
| 2.3.3 能谱仪(EDS)表征 |
| 2.4 光致发光光谱(PL)表征 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 GaAs纳米线的生长及表面处理 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 GaAs纳米线生长中的晶相控制 |
| 3.2.1 GaAs纳米线的生长 |
| 3.2.2 衬底腐蚀工艺对GaAs纳米线的形貌的影响 |
| 3.2.3 衬底腐蚀工艺对GaAs纳米线光谱表征的影响 |
| 3.2.4 衬底腐蚀工艺对GaAs纳米线晶体结构的影响 |
| 3.2.5 衬底腐蚀工艺对GaAs纳米线晶相控制的机理 |
| 3.3 GaAs纳米线的表面处理 |
| 3.3.1 湿法钝化对GaAs纳米线光学性质的影响 |
| 3.3.2 等离子体处理对GaAs纳米线光学性质的影响 |
| 3.3.3 核壳结构对GaAs纳米线光学性质的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 GaAs基单量子阱纳米线生长及光学性质研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 GaAs/GaAsSb/GaAs单量子阱纳米线生长 |
| 4.3 GaAs/GaAsSb/GaAs单量子阱纳米线形貌表征 |
| 4.4 GaAs/GaAsSb/GaAs单量子阱纳米线中的能带结构 |
| 4.5 GaAs/GaAsSb量子阱纳米线PL光谱表征 |
| 4.5.1 GaAs/GaAsSb量子阱纳米线低温PL光谱表征 |
| 4.5.2 单量子阱中激发功率相关的PL谱 |
| 4.5.3 单量子阱中温度相关的PL谱 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 GaAs基量子阱纳米线中组分调控及光学性质表征 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 GaAs/GaAsSb量子阱纳米线中的组分调控 |
| 5.3 不同Sb组分量子阱纳米线的形貌表征 |
| 5.4 不同Sb组分量子阱纳米线的PL光谱 |
| 5.4.1 不同Sb组分量子阱纳米线的低温PL光谱 |
| 5.4.2 不同Sb组分量子阱纳米线的功率相关PL光谱 |
| 5.4.3 不同Sb组分量子阱纳米线的温度相关PL光谱 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论及创新点 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（4）InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料发光性能优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 量子阱半导体激光器的研究进展 |
| 1.3 热退火对合金结构及发光性能的影响 |
| 1.4 GaAs衬底的选择 |
| 1.5 本论文主要研究内容 |
| 第2章 实验方法及材料表征方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 分子束外延技术 |
| 2.3 快速热退火处理 |
| 2.4 材料表征方法 |
| 2.4.1 X射线衍射技术 |
| 2.4.2 光致发光技术 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基础材料的生长及表征 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 外延生长的原理及过程 |
| 3.3 GaAs衬底的预处理 |
| 3.4 GaSb薄膜材料的外延生长及表征 |
| 3.5 InGaAsSb薄膜材料的外延生长及表征 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱结构外延生长与表征 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 量子阱结构的质量分析 |
| 4.3 量子阱材料的发光性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 快速热退火对量子阱材料质量及发光性能的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 快速热退火对合金质量的影响 |
| 5.3 快速热退火对合金发光性能的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表论文与研究成果清单 |
| 致谢 |
（5）近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 光泵浦垂直外腔面发射激光器 |
| 1.2.1 VECSEL的由来 |
| 1.2.2 VECSEL的优势 |
| 1.2.3 高功率输出的研究进展 |
| 1.2.4 VECSEL的应用 |
| 1.2.5 VECSEL的研究意义 |
| 1.3 电泵浦垂直腔面发射激光器 |
| 1.3.1 VCSEL研究进展 |
| 1.3.2 VCSEL发展与应用 |
| 1.3.3 单模单偏振VCSEL的研究意义 |
| 1.3.4 单模单偏振VCSEL的研究现状 |
| 1.4 本论文的研究目的与研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 VECSEL外延结构设计 |
| 2.1 激光操作原理 |
| 2.2 VECSEL的工作原理 |
| 2.3 外腔:形状和设计 |
| 2.4 增益区的设计 |
| 2.4.1 应变量子阱结构模拟 |
| 2.4.2 量子阱的应变 |
| 2.4.3 增益区的数值模拟 |
| 2.5 DBR反射镜设计 |
| 2.6 周期性谐振增益结构 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 VECSEL外延生长和制备 |
| 3.1 外延生长技术 |
| 3.1.1 VECSEL的外延生长 |
| 3.1.2 外延生长后特性测试 |
| 3.2 VECSEL封装技术研究 |
| 3.2.1 外延片清洗 |
| 3.2.2 表面金属化 |
| 3.2.3 焊接封装 |
| 3.2.4 外延片衬底刻蚀工艺 |
| 3.3 PL光谱和反射谱 |
| 3.4 VECSEL的热管理研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 980nm VECSEL实验研究 |
| 4.1 980nm高功率VECSEL |
| 4.1.1 VECSEL的泵浦方式 |
| 4.1.2 VECSEL输出特性 |
| 4.2 VECSEL倍频特性的研究 |
| 4.2.1 倍频基本原理 |
| 4.2.2 倍频实验研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 1160 nm VECSEL实验研究 |
| 5.1 1160nm VECSEL基本概述 |
| 5.2 应变量子阱结构模拟 |
| 5.3 器件结构设计 |
| 5.4 输出特性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 波长可转换的高功率VECSEL |
| 6.1 双波长VECSEL基本概述 |
| 6.2 器件的性质 |
| 6.3 输出特性分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 面发射激光器的模式控制 |
| 7.1 VCSEL设计 |
| 7.1.1 器件结构描述 |
| 7.1.2 VCSEL的特性参数 |
| 7.1.3 各向异性侧氧化分析 |
| 7.2 器件制备工艺流程 |
| 7.2.1 光刻技术 |
| 7.2.2 刻蚀工艺 |
| 7.2.3 选择性氧化工艺 |
| 7.2.4 工艺流程 |
| 7.3 测试结果与分析 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 总结 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 论文工作的创新点 |
| 8.3 论文展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）硅基纳米柱GaN-LED的设计、制备与仿真（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 GaN-LED的发展历史 |
| 1.1.2 纳米柱GaN-LED国内外研究状况 |
| 1.1.3 纳米柱的制备工艺 |
| 1.2 硅衬底GaN基 LED技术 |
| 1.2.1 GaN基 LED衬底的发展 |
| 1.2.2 硅衬底GaN基 LED技术 |
| 1.3 课题研究的背景和意义 |
| 1.4 课题研究的主要内容 |
| 第二章 硅基纳米柱GaN-LED的基本原理及理论模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 GaN基 LED的基本原理 |
| 2.2.1 GaN基 LED的结构 |
| 2.2.2 GaN基 LED的发光原理 |
| 2.3 物理模型及方程 |
| 2.3.1 载流子能带及输运模型 |
| 2.3.2 复合理论 |
| 2.3.3 量子阱结构模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 硅基纳米柱GaN-LED的制备与光电性能研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 实验设备及装置 |
| 3.3 硅基GaN纳米柱结构生长 |
| 3.3.1 GaN基外延层的结构设计 |
| 3.3.2 GaN纳米柱的生长 |
| 3.4 硅基GaN纳米柱LED的微纳加工制备 |
| 3.5 硅基纳米柱GaN-LED的光电特性及分析 |
| 3.5.1 硅基纳米柱GaN-LED的 IV特性 |
| 3.5.2 硅基纳米柱GaN-LED的光谱特性 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 硅基纳米柱GaN-LED的仿真分析 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 半导体工艺和器件仿真工具Silvaco TCAD |
| 4.3 硅基纳米柱GaN-LED的仿真分析 |
| 4.3.1 模型建立 |
| 4.3.2 纳米柱结构与平面结构性能对比 |
| 4.3.3 量子阱周期数对纳米柱GaN-LED性能的影响 |
| 4.3.4 量子阱结构厚度对纳米柱GaN-LED性能的影响 |
| 4.3.5 量子阱层In组分对纳米柱GaN-LED性能的影响 |
| 4.3.6 量子阱材料对纳米柱GaN-LED性能的影响 |
| 4.3.7 模拟仿真结果分析及优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本论文工作总结 |
| 5.2 未来进一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（7）长波/甚长波量子阱红外探测器的光电调控及性能优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 红外探测技术 |
| 1.2 量子阱红外探测器(QWIP)概述 |
| 1.2.1 量子阱红外探测器的工作原理 |
| 1.2.2 量子阱红外探测器的光耦合方式 |
| 1.2.3 量子阱红外探测器的偏振探测 |
| 1.3 长波/甚长波QWIP |
| 1.3.1 长波和甚长波量子阱探测器概述 |
| 1.3.2 长波和甚长波量子阱探测器的研究进展 |
| 1.4 THz量子阱红外探测器概述 |
| 1.4.1 THz技术和应用 |
| 1.4.2 THz量子红外探测器的研究进展 |
| 1.5 本论文的主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 量子阱红外探测器的理论与实验研究方法 |
| 2.1 理论模拟方法 |
| 2.1.1 时域有限差分法(FDTD) |
| 2.1.2 有限元法(FEM) |
| 2.2 材料的MBE生长和器件的工艺制备流程 |
| 2.2.1 量子阱材料的分子束外延(MBE)生长 |
| 2.2.2 器件的工艺制备流程 |
| 2.3 量子阱红外探测器件的性能表征 |
| 2.3.1 材料的光致发光(PL)光谱 |
| 2.3.2 器件的伏安特性(I-V) |
| 2.3.3 器件的黑体响应谱测试 |
| 2.3.4 器件的光电流(PC)谱测试 |
| 2.3.5 器件的噪声与探测率 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 高性能甚长波InGaAs/GaAs量子阱红外光电探测器的MBE材料生长和器件研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 样品结构设计和器件制备 |
| 3.2.1 甚长波InGaAs/GaAs QWIP材料的结构设计 |
| 3.2.2 甚长波InGaAs/GaAs QWIP的材料生长 |
| 3.2.3 甚长波InGaAs/GaAs QWIP器件的工艺制备 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 样品的结构和光学表征 |
| 3.3.2 器件的电学测试 |
| 3.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 三维卷曲长波量子阱红外探测器(QWIP)的制备和性能研究 |
| 4.1 三维自卷曲微管概述 |
| 4.2 三维卷曲长波QWIP的设计和制备流程 |
| 4.2.1 三维卷曲QWIP的材料结构设计 |
| 4.2.2 三维卷曲QWIP的工艺流程与制备 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 三维卷曲微管的光学特性 |
| 4.3.2 三维卷曲长波QWIP的电学测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于重掺杂介质微腔耦合的太赫兹(DMC-THz)量子阱红外探测器(QWIP) |
| 5.1 引言 |
| 5.2 计算方法和模型 |
| 5.3 计算结果与讨论 |
| 5.3.1 高掺杂的DMC-THz QWIP的光吸收率和光学模式特性 |
| 5.3.2 重掺杂DMC-THz QWP的光吸收率与结构参数的依赖关系 |
| 5.3.3 重掺杂DMC-THz QWIP的光吸收率的角度依赖关系 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.3 后续展望 |
| 攻读博士学位期间研究成果及其它 |
| 致谢 |
（8）GaN基材料的分子束外延及其发光器件的制备与表征（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 氮化物半导体材料概述 |
| 1.1.1 氮化物半导体材料的发展历史 |
| 1.1.2 氮化物半导体材料的基本性质 |
| 1.2 氮化镓基发光二极管研究现状 |
| 1.2.1 氮化镓基发光二极管发展的制约因素 |
| 1.2.2 几种氮化镓基发光二极管的改进方案概述 |
| 1.3 长波长、高光效氮化镓基发光二极管MBE外延难点及研究现状 |
| 1.3.1 GaN薄膜二次外延技术 |
| 1.3.2 GaN纳米柱及GaN纳米柱基InGaN/GaN量子阱结构 |
| 1.4 论文结构与研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 分子束外延技术及常用的表征技术简介 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 氮化物分子束外延系统及其外延原理 |
| 2.3 测试表征方法简介 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 分子束同质外延GaN薄膜的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 分子束外延高质量GaN薄膜技术的研究 |
| 3.2.1 表面Ga原子层控制技术 |
| 3.2.2 表面及界面处理技术 |
| 3.3 分子束外延n型GaN薄膜的研究 |
| 3.3.1 样品的制备及形貌表征 |
| 3.3.2 样品的电学性能测试及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 隧穿结Micro-LEDs的制备及其特性的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 隧道结绿光LEDs结构的外延生长及Micro-LEDs器件的制备 |
| 4.2.1 隧道结绿光LEDs的外延生长 |
| 4.2.2 隧道结绿光Micro-LEDs器件的制备 |
| 4.3 隧道结Micro-LEDs性能分析 |
| 4.3.1 Micro-LEDs结构在提高LEDs调制带宽上的影响 |
| 4.3.2 隧道结Micro-LEDs结构漏电特性研究 |
| 4.3.3 隧道结Micro-LEDs结构光电特性分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 自组装GaN纳米柱的制备及GaN纳米柱基InGaN/GaN多量子阱结构的制备与表征 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 自组装GaN纳米柱的制备及生长机制分析 |
| 5.2.1 金属Al退火温度对纳米柱形貌的影响 |
| 5.2.2 金属Al沉积时间对纳米柱形貌的影响 |
| 5.2.3 N/Ga比对纳米柱形貌的影响 |
| 5.3 InGaN/GaN多量子阱纳米柱的制备与表征 |
| 5.3.1 高In组分InGaN纳米柱的制备与表征 |
| 5.3.2 长波长复合光InGaN/GaN多量子阱纳米柱的制备与表征 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 攻读博士期间发表学术论文、参加学术会议和申请专利情况 |
| 致谢 |
（9）InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器制备研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 红外辐射 |
| 1.2 红外探测器 |
| 1.2.1 红外探测器的发展 |
| 1.2.2 红外探测器按探测波长分类 |
| 1.2.3 红外探测器按材料技术类型分类 |
| 1.3 锑化物超晶格红外探测器 |
| 1.3.1 基本概念和性质 |
| 1.3.2 Ⅱ类超晶格红外探测器在国内外的发展 |
| 1.3.3 Ⅱ类超晶格长波红外探测器的技术特点和难点 |
| 1.4 本论文的研究目的和内容构成 |
| 第2章 超晶格材料生长和器件工艺及表征方法 |
| 2.1 材料生长和表征 |
| 2.1.1 分子束外延 |
| 2.1.2 外延材料表征 |
| 2.2 InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波器件工艺 |
| 2.2.1 介质薄膜生长 |
| 2.2.1.1 薄膜生长技术发展 |
| 2.2.1.2 ICPCVD法生长薄膜 |
| 2.2.2 器件台面蚀刻 |
| 2.2.2.1 湿化学腐蚀 |
| 2.2.2.2 反应离子刻蚀 |
| 2.2.3 器件台面钝化 |
| 2.2.3.1 硫钝化和ALD钝化 |
| 2.2.3.2 介质薄膜钝化 |
| 2.3 测试和表征技术 |
| 2.3.1 测试和表征设备及原理 |
| 2.3.2 红外焦平面测试系统 |
| 2.4 计算分析 |
| 2.4.1 暗电流计算分析 |
| 2.4.2 红外焦平面测试分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 ICPCVD生长介质薄膜研究 |
| 3.1 ICPCVD生长氮化硅介质薄膜 |
| 3.1.1 硅和砷化镓衬底上氮化硅薄膜生长 |
| 3.1.1.1 硅烷流量对氮化硅薄膜的影响 |
| 3.1.1.2 RF功率对氮化硅薄膜的影响 |
| 3.1.1.3 ICP功率对氮化硅薄膜的影响 |
| 3.1.2 锑化镓衬底上氮化硅薄膜生长 |
| 3.1.2.1 硅烷流量对氮化硅薄膜的影响 |
| 3.1.2.2 RF功率对氮化硅薄膜的影响 |
| 3.1.2.3 ICP功率对氮化硅薄膜的影响 |
| 3.2 ICPCVD生长氧化硅介质薄膜 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 长波InAs/GaSb Ⅱ类超晶格台面蚀刻 |
| 4.1 长波InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料生长 |
| 4.1.1 外延材料结构 |
| 4.1.2 外延材料生长 |
| 4.1.3 外延材料表征 |
| 4.2 长波InAs/GaSb Ⅱ类超晶格台面腐蚀 |
| 4.2.1 湿法腐蚀过程对台面的影响 |
| 4.2.2 湿法腐蚀对器件电学性能的影响 |
| 4.3 长波InAs/GaSb Ⅱ类超晶格台面刻蚀 |
| 4.3.1 ICP气体流量对刻蚀结果的影响 |
| 4.3.2 ICP温度对刻蚀结果的影响 |
| 4.3.3 ICP功率对刻蚀结果的影响 |
| 4.3.4 ICP刻蚀对器件电学性能的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面制备和性能测试 |
| 5.1 长波超晶格红外焦平面器件制备 |
| 5.1.1 焦平面器件制备工艺 |
| 5.1.2 焦平面器件光电性能测试 |
| 5.2 长波超晶格红外焦平面测试 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（10）AlGaN/GaN异质结材料MBE同质外延研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 GaN基异质结材料的性能优势及器件应用 |
| 1.2 GaN异质结材料同质外延研究背景 |
| 1.3 AlGaN/GaN异质结材料的MBE研究进展 |
| 1.4 本论文研究内容 |
| 第二章 分子束外延技术 |
| 2.1 分子束外延(MBE)生长技术 |
| 2.2 PA-MBE系统介绍 |
| 2.2.1 超高真空系统、衬底加热器和液氮冷却系统 |
| 2.2.2 固态蒸发源,氮等离子体辅助射频源 |
| 2.2.3 原位分析系统 |
| 2.2.4 PA-MBE系统生长氮化物材料的优势 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 GaN材料MBE同质外延研究 |
| 3.1 GaN材料的MBE生长机理 |
| 3.2 GaN材料MBE同质外延Ga/N比优化 |
| 3.3 GaN材料MBE同质外延生长温度优化 |
| 3.4 自支撑GaN衬底上GaN材料MBE同质外延研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 AlGaN材料MBE外延研究 |
| 4.1 AlGaN材料MBE生长机理 |
| 4.2 AlGaN材料组分调控 |
| 4.3 AlGaN材料生长速率调控 |
| 4.4 AlGaN材料表面形貌优化 |
| 4.5 AlGaN材料数字合金生长技术研究 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 自支撑GaN衬底上AlGaN/GaN异质结生长 |
| 5.1 GaN同质外延材料Si掺杂研究 |
| 5.2 GaN同质外延界面杂质去除方法研究 |
| 5.3 AlGaN/GaN异质结MBE生长研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、离子损伤对等离子体辅助分子束外延生长的 Ga NAs/ Ga As和Ga In NAs/ Ga As量子阱的影响(英文)（论文参考文献）
- [1]多量子阱结构中光生载流子输运性质的研究[D]. 唐先胜. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所), 2021(01)
- [2]GaSb基双色红外探测材料与器件研究[D]. 马晓乐. 云南师范大学, 2021(08)
- [3]GaAs基量子阱纳米结构中能带调控及光学特性研究[D]. 李浩林. 长春理工大学, 2021(01)
- [4]InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料发光性能优化研究[D]. 申琳. 长春理工大学, 2021
- [5]近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究[D]. 张继业. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(03)
- [6]硅基纳米柱GaN-LED的设计、制备与仿真[D]. 张雨茜. 南京邮电大学, 2020(02)
- [7]长波/甚长波量子阱红外探测器的光电调控及性能优化研究[D]. 杨贺鸣. 华东师范大学, 2020(05)
- [8]GaN基材料的分子束外延及其发光器件的制备与表征[D]. 吴耀政. 南京大学, 2020(12)
- [9]InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器制备研究[D]. 许佳佳. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2020(03)
- [10]AlGaN/GaN异质结材料MBE同质外延研究[D]. 付永瑞. 西安电子科技大学, 2020(05)