MOCVD Al_xGa_(1-x)N/GaN超晶格结构的界面与表面表征

采用掠入射X射线反射谱技术和原子力显微镜表面形貌技术对AlxGa1-xN/GaN超晶格结构的界面与表面进行了表征,将反射谱数据与X射线衍射结果结合获得了垒层组分及阱层宽度与界面粗糙度的关系.掠入射X射线反射谱的显著强度振荡与原子力显微镜所观察到的台阶流动形貌表明了平整的界面和表面的存在.研究发现,低Al组分(x=0.15)阱宽小的样品界面与表面粗糙度最小.     

生长模式控制对MOCVD生长GaN性能的影响

采用MOCVD以Al2O3为衬底对GaN生长进行了研究．用X射线双晶衍射、电化学CV技术对GaN的结晶性能和电学性能进行了表征．研究表明,GaN的生长模式对其电学性能和结晶性能影响很大．在高温GaN生长初期,适当延长GaN的三维生长时间,能明显改善GaN薄膜的结晶性能,降低薄膜的缺陷密度和本底载流子浓度,使GaN质量明显提高．     

混合应变量子阱半导体光放大器噪声特性研究

研究了直接耦合混合应变量子阱ＳＯＡ的噪声特性，实验测定了ＳＯＡ在１３０ｍＡ偏塌流下的噪声指数为７．７ｄＢ，表明应变量子阱结构改善了ＳＯＡ的噪声性能。理论分析指出，通过消除ＳＯＡ的剩余反射，其噪声性能可以得到进一步的改善。     

闪锌矿GaN/AlGaN量子阱中激子态及带间光跃迁

基于有效质量近似,运用变分方法研究闪锌矿GaN/AlGaN量子阱中的激子态及带间光跃迁随闪锌矿GaN/AlGaN量子阱结构参数的变化关系,考虑电子与空穴在其量子阱中的有限势效应.数值计算结果显示出当量子阱的尺寸增加时,基态激子结合能和带间光跃迁能降低,而当闪锌矿GaN/AlGaN量子阱中垒层材料AlGaN中Al含量增加时,基态激子结合能和带间光跃迁能增加.     

GaN LED量子阱光发射模型

在分析GaN LED量子阱结构对载流子限制和俘获的基础上,考虑量子限制Stark效应和Franz-Kddysh效应,提出了一种基于InGaN有源区的载流子复合及光发射模型.模拟结果表明LED的光发射效率和波长依赖于有源区In组分变化引起的势能涨落和阱尺寸,并得到LED发光波长红移的原因为：非故意掺杂引入新的施主能级和受主能级,新能级之间以小于带隙的能量跃迁;Franz-Keldysh效应随阱厚的增加而加强;压电极化和自发极化形成的内电场在空间上将电子和空穴隔开,但电子和空穴波函数的交叠允许它们在较低的能级上辐射复合;以及带边吸收的影响.     

混合应变量子阱半导体光放大器噪声特性研究

研究了直接耦合混合应变量子阱 Ｓ Ｏ Ａ 的噪声特性．实验测定 Ｓ Ｏ Ａ 在 １３０ ｍ Ａ 偏置电流下的噪声指数为 ７．７ ｄ Ｂ，表明应变量子阱结构改善了 Ｓ Ｏ Ａ 的噪声性能．理论分析指出，通过消除 Ｓ Ｏ Ａ 的剩余反射，其噪声性能可以得到进一步的改善．     

应用LP—MOCVD方法研制InGaAs／InP应变量子阱LD

利用低压－金属有机化合物蒸汽沉积（ＬＰ－ＭＯＣＶＤ）的方法研究在生长过程中温度和时间对ＰＮ结结位的影响,并用它来控制ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ量子阱激光器的ｐ－ｎ结结位．探讨在ＩｎＰ材料中使用ＤＥＺｎ和Ｈ２Ｓ做掺杂源时,Ｐ型和Ｎ型的杂质浓度和ＰＮ结控制的条件,得出在０．５％压缩条件下有源区阱层ＩｎＧａＡｓ和ＩｎＰ的应变量子阱激光器（ＬＤ）．当激光器实现室温脉冲激射时,可获得峰值功率＞１０６ｍＷ、阈值电流密度为２．６ｋＡ／ｃｍ２的应变量子阱激光器     

多量子阱垒结构优化提高GaN基LED发光效率研究

为了解决由于极化效应引起的漏电流影响发光效率的问题,以k.p理论为基础建立多量子阱模型,分析研究了GaN基LED中不同的InGaN/InGaN多量子阱发光层势垒结构.基于化合物半导体器件的电学.光学和热学属性的有限元分析,设计与优化多量子阱中靠近P型AIGaN电子阻档层倒数第二层势垒,显著提高了光输出功率,减少漏电流.数值模拟分析表明,改良多量子阱势垒能够大幅提高高亮度,高功率器件结构光电特性.     

GaN基量子阱激光器交叉饱和特性的计算与分析

通过分析GaN能带结构和跃迁矩阵元,对GaN基量子阱激光器的交叉饱和特性作了理论上的计算与分析．并给出了TE和TM模自身交叉与相互交叉的交叉饱和系数的曲线,分析了能带结构和载流子面密度对交叉饱和特性的影响。发现相互作用的两光场频率相等时,两光场的交叉饱和系数出现峰值,两光场频率不等时相应的交叉饱和系数远小于峰值;同时发现在交叉饱和系数峰值处,不同载流子面密度将对交叉饱和系数产生不同的影响,因此,载流子面密度的改变可影响交叉饱和系数。     

纤锌矿AlN/GaN/InN/GaN/AlN量子阱的界面和局域光学声子

基于介电连续模型和Loudon单轴模型,采用转移矩阵法讨论纤锌矿AlN/GaN/InN/GaN/AlN量子阱的界面和局域光学声子模.结果表明在GaN阱区引入InN纳米凹槽使纤锌矿AlN/GaN/AlN量子阱的光学声子发生较大变化.对给定波矢,在不同的频率范围内,存在两种界面光学声子模和两种局域光学声子模.声子色散关系和静电势分布表现出较AlN/GaN/AlN单量子阱更为复杂的形态.     

纤锌矿结构的GaAlN/GaN量子阱中电子激发态极化的压力效应

研究了GaN／GaAlN量子阱内电子的激发态极化（EESP）的压力效应,计算中考虑了纤锌矿结构材料的晶格常数、形变势的各向异性。以及内建电场（IEF）的作用．结果表明：电子势垒高度随压力下降;电子基态有效质量随压力下降而电子的第一激发态有效质量随压力上升;EESP强度随压力缓慢上升;电子极化的偶极矩随Al浓度非线性下降．一般情况下,EESP对IEF的影响可忽略,但当掺杂浓度n足够大（n〉10^19／cm^3）时,EESP可屏蔽IEF．     

HgTe量子阱中的量子自旋霍尔绝缘态

近来,理论研究预言量子霍尔效应,在外加磁场为0的情况下物质出现的一种全新的量子态可以在HgTe/（Hg,Cd）Te量子阱中实现。我们制造了低密度高迁移率的样品结构,在样品中我们可以通过外加栅极电压调节载流子从n型穿过绝缘区到p型。对于宽度d〈6.3nm的薄量子阱,绝缘区在低温下具有常规的难以察觉的微小电导。然而,对于厚的量子阱（d〉6.3nm）,在绝缘层中也出现接近2e2/h的剩余电导,其中e是电子电荷,h是Planck常数.剩余电导与样品宽度无关,证明这是由边缘态引起的.此外剩余电导可以被微小的外加磁场所破坏.在临界厚度d=6.3nm处发生的量子相变也与磁场诱发的绝缘-金属转变互相独立.这些观察结果为量子自旋霍尔效应提供了实验证据。     

AlN/GaN量子阱中光学声子所限制的电子迁移率

在介电连续模型和单轴模型的框架下,采用雷-丁平衡方程理论,考虑量子阱中界面光学声子模和局域体光学声子模的影响,分别计算了纤锌矿型和闪锌矿型AlN/GaN量子阱中电子平行于异质结界面方向的迁移率,给出迁移率随阱宽的变化关系,并讨论了结构各向异性效应对电子迁移率的影响.     

GaAlN/GaN量子阱中电子的激发态极化

考虑了纤锌矿结构材料的各向异性造成的内建电场的作用，计算了GaN／GaAlN量子阱内电子的激发态极化．结果表明．电子偶极矩改变随Al浓度的增加非线性减小．一般情况下激发态极化产生的电场强度远小于内建电场．可忽略不记，但当n取较大值(10^19／cm^3以上)时，即材料被重掺杂时，激发态极化产生的电场强度对内建电场的影响不能忽略．     

纤锌矿GaN/AlN量子阱中束缚极化子能量

采用改进的Lee-Low-Pines(LLP)变分方法,处理纤锌矿GaN/AlN量子阱材料中电子与受限长波光学声子的相互作用,给出束缚极化子基态能量和结合能随量子阱宽度L的变化关系.在数值计算中考虑了纤锌矿GaN和AlN构成的方量子阱材料中长波光学声子模的各向异性.结果表明,束缚极化子基态能量和结合能随阱宽L的增大而减小,阱宽较小时减小的速度比较快,阱宽较大时减小的速度比较慢,最后缓慢地接近GaN体材料中的三维值.纤锌矿GaN/AlN量子阱材料中电子-声子相互作用对束缚极化子能量的贡献比较大,该值远大于闪锌矿GaAs/AlAs量子阱材料中的相应值.作为对比,给出闪锌矿GaN/AlN量子阱材料中束缚极化子基态能量和结合能随阱宽的变化关系.     

InGaN/GaN耦合量子阱结构光电性质改善的物理机制

利用数值模拟方法,研究InGaN/GaN耦合量子阱结构光电性质相对传统量子阱结构光电性质改善的物理机制。模拟结果显示,与InGaN/GaN传统量子阱相比,耦合量子阱结构的电压 电流特性得到有效改善,获得较高发光强度和光输出功率。其光电性质改善的主要机制是:InGaN/GaN耦合量子阱结构能够减小电场强度、势垒高度和厚度,从而加强阱中载流子隧穿效应,改善有源区载流子分布均匀性,同时,阱层中电子 空穴波函数重叠率也得到提高。     

量子阱混杂对AlGaInP/GaInP有源区光致发光特性的影响

研究了不同扩散温度下Zn杂质扩散诱导量子阱混杂对AlGaInP/GaInP有源区发光特性的影响规律。当扩散时间为20 min时随着扩散温度从520℃升高到580℃,激光器外延片扩散窗口处的光致发光谱波长蓝移量从13 nm增加到65 nm,且相对发光强度减小,但PL谱的半高宽变化复杂,既有增加又有减小。较高温度和较长时间的扩散条件会对有源区的发光特性造成灾变性破坏。     

纤锌矿GaN/AlN量子阱中的极化子

采用Lee-Low-Pines(LLP)变分法,讨论了纤锌矿(闪锌矿)GaN/AlN无限深量子阱材料中电子-定域长波光学声子相互作用,给出纤锌矿量子阱中自由极化子的基态能量、第一激发态能量和跃迁能量随阱宽的变化关系.数值计算中考虑了纤锌矿材料的各向异性,结果表明,极化子能量随阱宽的增大而减小,当阱宽较宽时,趋近于体材料的三维值.纤锌矿(闪锌矿)GaN/AlN量子阱材料中,电子-定域长波光学声子相互作用对极化子能量的贡献比闪锌矿GaAs/AlAs量子阱材料中的相应值大得多.因此,讨论GaN/AlN量子阱材料中电子态问题时应考虑电子-定域声子相互作用.