砷化镓p-n结的受激发射

砷化镓的复合辐射具有高的量子效率,因此可以利用半导体p-n结正向注入来获得受激发射。我们在1963年12月31日制成了能产生受激发射的砷化镓激射器,本文报导这类砷化镓p-n结激射器的受激发射的辐射特性,包括谱线的变窄、光束的变窄以及电流达到阈值时辐射强度的陡然增加。还研究了77°K和20°K时,阈值电流的变化。 p-n结是由扩散方法制成的,在起始掺碲浓度为5×10~(17)厘米~(-3)至1.5×10~(18)匣米~(-3)的n型砷化镓中扩散锌,扩散深度为50微米。样品做成长方形,其结构示于图1。典型的样品尺寸为 0.15×     

ZnO基异质结紫外光发射器件研究进展

宽禁带半导体ZnO具有高达60 meV的激子束缚能,是一种极具潜力的短波长发光材料.在其p型掺杂存在巨大挑战的现状下,发展ZnO基异质结光发射器件不失为一种理想的选择.本文围绕p-n结型和MIS结型(金属-绝缘体-半导体)两类异质结构,介绍了ZnO紫外发光二极管(LED)和激光二极管(LD)的研究进展.针对ZnO异质结LED/LD存在的问题(如:发光效率低、稳定性差),重点介绍了通过引入ZnO单晶纳米线和金属局域表面等离激元,以及采用表面钝化等方法,改善器件性能方面的研究工作.     

钙钛矿氧化物La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3巨磁电阻p-n结

用激光分子束外延成功地制备出钙钛矿氧化物La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3 p-n结, 首次观测到钙钛矿结构氧化物p-n结电流的磁调制和巨磁电阻效应. 其巨磁电阻特性与掺杂的镧锰氧化物是非常不同的, 当温度为300, 200和150 K时, p-n结具有正磁电阻特性; 当温度为100 K时, 在低磁场条件下, p-n结呈现正磁电阻特性, 随着磁场强度的增加, p-n结变为负磁电阻特性. p-n结的磁电阻变化率?R/R0(?R = RH ?R0, R0是外磁场为0时p-n结的电阻, RH是外磁场强度为H时p-n结的电阻) 在300 K条件下, 当磁场强度为0.1和5 T时, 达到8%和13%; 在200 K条件下, 当磁场强度为5 T时, 达到41%; 在150 K条件下, 当磁场强度为1 T时, 达到40%; 在100 K条件下, 当磁场强度为0.13和5 T时, 达到10%和-60%.     

GaP:Fe的M(?)ssbauer效应和EPR谱研究

众所周知,GaP为宽禁带间接型半导体,是制作绿色发光二极管的主要材料之一;但在生长GaP单晶过程中很难避免杂质Fe的存在,这就使得用GaP制成的发光器件的效率难以提高。显然研究Fe在GaP中的行为,进而了解其对以GaP为基础制成的发光器件发光效率影响的机制,无疑在应用上有重要的意义。近年来对Fe及其它过渡元素在半导体中行为的研究,无论从实验或理论方面均取得重要进展;如Fe杂质在GaP中取代Ga晶位,处于由4个近邻P原子形成的正四面体中心,具有四方对称性旧,通过EPR(电子顺磁共振)谱和其它实验证实了Fe在GaP中的电荷态分别为3d~5,3d~7和3d~6。我们应用M(?)ssbauer谱和EPR谱方法,研究Fe注入GaP后,在GaP中的行为和相应的物理机制;观测了不同退火条件下注入样品表面杂质Fe超精细相互作用参数的变化,并与Fe扩散入GaP的情况相对比,取得一些有趣的结果。     

InGaN单结太阳电池中的浅能级杂质的理论计算和模拟

通过氢有效质量理论(HEMT)对In0.65Ga0.35N(高In组分,Eg=1.31eV)太阳电池材料进行分析,计算出其浅能级施主和受主的重要性质参数电离能:ΔED～10.8meV,ΔEA～90meV.在此基础上得到了室温条件下In0.65Ga0.35N的浅能级施主和受主强电离时的杂质浓度范围:施主9.56×108～4.57×1016cm-3,受主9.56×108～7.84×1016cm-3;并估算了产生杂质能带的最低杂质浓度:施主～1×1018cm-3,受主～5.79×1020cm-3.然后借助AMPS-1D软件对含有部分电离的浅能级施主、受主In0.65Ga0.35N单结太阳电池进行模拟,详细讨论了施主能级和受主能级对载流子的俘获对太阳电池效率的影响.本文结果为InGaN单结和多结太阳电池的掺杂(尤其是p型掺杂)和制备提供了理论参考和帮助。     

激子态和电荷转移态共存的聚合物发光器件中单重态与三重态之间的自旋混合过程

在poly[{9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorenylene)-alto-co-(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene}](PFOPV)发光材料中同时存在激子态和电荷转移态的辐射退激过程.本文制备了基于PFOPV的发光器件,并以发光和电流的磁场效应为手段研究了这2种发光过程的微观差异.实验发现,在室温下,载流子注入平衡器件的磁电致发光表现为负效应,而非平衡器件的磁电致发光表现正效应;低温下,平衡器件的磁电致发光会随着注入电流的增加出现由负到正的转变,但磁电导却始终呈现为负值.磁效应与载流子注入情况、温度和注入电流的这些依赖关系可归结为两发光过程在器件中相互竞争的结果.分析表明两过程磁效应的差异是由超精细相互作用诱导的系间窜越和反系间窜越作用共同引起的.本研究工作证明了电荷转移态对提高荧光有机发光器件的发光效率具有重要的参考价值.     

酞菁铜薄膜的高斯分布陷阱

有机固体中杂质、结构缺陷和晶界的存在,在载流子输运中起陷阱作用。因此有机固体的导电性能通常受载流子的被陷和脱陷的连续过程控制。近年来人们对有机固体陷阱的探讨很感兴趣,特别是对多晶和非品态材料中分布陷阱的研究,但对高斯型分布陷阱的实验处理一直没有得到解决。本文介绍等温衰减电流(IDC)实验用于酞菁铜(Cupc)薄膜的高斯型分布陷阱。在高场下可以忽略载流子的复合。我们推导的高斯型分布陷阱的陷阱能态分布与IDC谱关系为:     

Li掺杂p型ZnSe的分子束外延生长

宽带隙的Ⅱ-Ⅵ族半导体化合物ZnSe,室温带隙为2.7eV,是研制高效蓝色发光器件最有潜在用途的材料。要用ZnSe材料制作高质量的结型器件,关键在于外延薄膜时有意掺入一定量的杂质,使这种材料具有人为控制的导电类型。宽带Ⅱ-Ⅵ族化合物都是离子性很强的单极性材料,通常情况下,ZnSe材料只呈现n型,这种性质是由其自补偿效     

钙钛矿氧化物La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3巨磁电阻p-n结

用激光分子束外延成功地制备出钙钛矿氧化物La_0.9Sr_0.1MnO₃/SrNb_0.01Ti_0.99O₃p-n结, 首次观测到钙钛矿结构氧化物p-n结电流的磁调制和巨磁电阻效应. 其巨磁电阻特性与掺杂的镧锰氧化物是非常不同的, 当温度为300, 200和150 K时, p-n结具有正磁电阻特性; 当温度为100 K时, 在低磁场条件下, p-n结呈现正磁电阻特性, 随着磁场强度的增加, p-n结变为负磁电阻特性. p-n结的磁电阻变化率ΔR/R₀(ΔR = R_H -R₀, R₀是外磁场为0时p-n结的电阻, R_H是外磁场强度为H时p-n结的电阻) 在300 K条件下, 当磁场强度为0.1和5 T时, 达到8%和13%; 在200 K条件下, 当磁场强度为5 T时, 达到41%; 在150 K条件下, 当磁场强度为1 T时, 达到40%; 在100 K条件下, 当磁场强度为0.13和5 T时, 达到10%和-60%.     

随激发波长改变的SiC纳米棒的Raman光谱

用不同波长的激光激发得到了SiC纳米棒的Raman光谱,发现谱的形貌与体材料有很大差别,并且随着激发光的改变出现明显变化,认为是由于受Froeblich相互作用影响而引起的共振现象,并据此对实验结果进行了解释。     

束箔光谱研究的初步实验结果

离子束(能量从数百千电子伏到数十兆电子伏)透过薄箔(厚度约10微克/厘米~2)受激发光,曾因其所发谱线极其丰富(从可见光、紫外光直至X射线区),而在六十年代受到广泛注意。并进而用此方     

激基缔合物器件中三重态-三重态湮灭的反常温度依赖关系

激子型器件的电致发光磁效应(magneto-electroluminescence, MEL)已经被研究得比较透彻,而关于激基缔合物型器件的MEL还鲜有报道.本文制备了激基缔合物型有机发光二极管(organic light-emitting diodes, OLEDs),并测量了其在不同温度和注入电流下的MEL曲线.实验发现,激基缔合物型器件的MEL曲线由两部分组成:系间窜越过程决定的低场部分(|B|≤50 mT)和三重态-三重态湮灭(triplet-triplet annihilation, TTA)过程决定的高场部分(50mT|B|≤300 mT),表明在不同温度和注入电流下,激基缔合物型器件中始终存在可以产生延迟荧光的TTA过程.然而在某一固定注入电流下,激基缔合物型器件的TTA过程具有与激子型器件相反的温度依赖关系,即激子型器件的TTA过程在低温下发生并随温度降低而增强,但激基缔合物型器件的TTA过程在室温下发生并随温度降低而减弱.激基缔合物型器件中TTA过程的这种反常温度依赖关系很好地弥补了以往只有在低温下才能利用TTA过程来提高器件发光效率的这一不足.通过分析器件的能级结构、电流-电压-发光特性曲线和光谱可知,激基缔合物型器件中TTA过程的反常温度依赖关系与三重态激基缔合物较长的寿命和低温对激基缔合物形成的抑制有关.本文的研究结果对提高OLEDs的发光效率具有一定的指导意义.     

1.0eV GaAs基InAs量子点太阳能电池

三结InGaP/GaAs/Ge太阳能电池理论设计中加入带隙为1.0 eV的材料代替带隙为1.4 eV的GaAs中间电池有助于解决多结串联电池的电流阻塞效应实现电流匹配,然而带隙为1.0 eV的InGaAs和GaInNAs外延困难.我们利用分子束外延方法外延得到In0.15Ga0.85As量子阱,InAsdots-in-well量子点以调整太阳能电池带隙.X射线衍射谱中观察到了量子阱的多级卫星衍射峰,量子阱界面陡峭.扫描透射图显示量子点呈金字塔状,量子点的高度约为12 nm,底边长约为27 nm.由原子力显微镜图可知,量子点密度约为2×10~(10) cm~(-2).低温光致发光谱显示量子点在As4束流下呈双模分布.光电流响应谱显示InAsdots-in-well量子点太阳能电池吸收波长可以达到1300 nm,相应于带隙约为1.0 eV.器件J-V特性显示短路电流相比于GaA s标准p-i-n电池增加了37.8%.这表明该InAsdots-in-well量子点太阳能电池有望改善多结太阳能电池的设计中的电流阻塞效应,实现电流匹配,在多结太阳能电池的设计中具有广阔的应用前景.     

N掺杂ZnO的缺陷识别与物性调控

ZnO由于其室温下激子稳定存在,因此是一种具备高效发光性能的宽禁带半导体材料.然而,由于ZnO材料本征缺陷种类繁多、性质复杂,且缺乏合适的p型掺杂剂,其出色的光电性能一直未得到应用.近年来,越来越多的研究工作指出, ZnO的材料性质极大程度依赖于其中杂质缺陷的组成,因此对ZnO中缺陷的种类识别和调控手段的研究成为ZnO材料走向应用前待解决的重要问题.本文结合近年来的研究进展,介绍了ZnO中各类本征缺陷的性质和调控手段,指出了N掺杂ZnO体系中受主的主要来源,获得了抑制补偿施主和诱导浅受主的一系列有效方法.在此基础上,提出了等价元素-受主共掺技术,实现了ZnO纳米材料的p型掺杂及同质结LED,并进一步拓展了ZnO纳米材料应用于存储器和宽频光探测器.     

扫描隧道显微镜诱导发光的历史和进展

扫描隧道显微镜(STM)不仅可以用来观察和操纵纳米世界的一个个原子和分子, 而且其高度局域化的隧穿电流还可以用来激发隧道结发光, 能提供隧道结微腔内与各种激发及其衰变有关的局域电磁场响应和跃迁本质等信息. 这种利用STM隧穿电流的激发来研究隧道结发光特性的技术称为STM诱导发光技术(STML). 本文较为详细地介绍了该领域的研究历史、现状与发展趋势. 在简要介绍光子收集与检测等实验技术后, 概述了这一领域在金属和半导体表面方面的主要研究内容, 并针对目前广泛关注的隧道结分子发光进行了详细的阐述. 最后还简单介绍了STM诱导发光机制的理论研究, 并对整个领域的发展进行了展望, 特别是STM诱导分子发光技术对于研究单分子科学、单分子光电子学、以及纳米等离激元学的广阔前景.     

多孔硅光致发光激发谱测量与机理分析

对多孔硅光致发光光谱(PL)和光致发光激发谱(PLE)的研究可以获得许多有关多孔硅发光机理的信息。已有许多文章报道了多孔硅发光的光谱特性和多孔硅的制备条件以及后续处理之间的关系,并据此提出了不同的发光模型。也有人对多孔硅的发光特性和激发条件间的关系进行了研究,并提出多孔硅的发光和表面态或荧光中心有关。我们用不同波长的单色光作激发源,测量了多孔硅发光的光谱特性,并用连续变化波长的单色光作激发源,测量     

p-n结放电与驼峰现象

一、引言 1955年Lederhandler等发现,注入电流脉冲结束后某些p-n结开路电压的衰减并不遵从简单的规律(本文(6)式),其衰减曲线呈驼峰形状(图1)。其后若干作者对这一异常现象又作了讨论。1979年Mahan等在测量硅太阳电池少子寿命的工作中给出两个对应于曲线     

一种新型的光致发光材料的原理

人们一般所熟悉的磷光体,例如荧光灯中的发光粉,都是把较短波长的辐射(紫外线)转换成较长波长的辐射(可见光).这类磷光体符合著名的斯托克斯定律,即发光的波长永远长于激发辐射的波长.按照斯托克斯定律,激发辐射的能量应当大于发光的能量.但是近年来人们发现在基质中掺入Yb~(3 )离子和Er~(3 )离子或Ho~(3 )、Tm~(3 )离子时,出现了反常的发光现象,即发光的波长短于激发辐射的波长.这种新型发光材料可以把红外辐射转换为可见光.因为这种磷光体的发光违背了斯托克斯定律,人们就把这种磷光体称为反斯托克斯磷光体,由于激发辐射的能量小于发光的能量,所以又叫做能量向上转换磷光体,简称上转换磷光体.这类磷光体主要是稀土氟化物和复合氟化物、稀土氧化物和复合氧化物、稀土卤化物以及稀土硫氧化物等晶体做为基质,其中敏化剂是Yb~(3 )离子,激活剂是Er~(3 )、Ho~(3 )及Tm~(3 )离子.此磷光体的主要成份     

铁电-驻极体复合膜的性质和测量方法

近年来兴起了研究复合材料在热释电材料中以硫酸三甘氨酸(TGS)单晶粉末和聚偏氟乙烯(PVDF)复合薄膜最为引人注意。因复合材料具有新的物理和化学性质,在测量物性参数时若只简单地采用传统的方法,很可能引起错误。下面介绍TGS-PVDF复合热释电薄膜的热释电系数、热激电流(TSC)和介电谱的测量方法和结果。     

氮化物半导体电子器件新进展

氮化物宽禁带半导体是实现大功率、高频率、高电压、高温和耐辐射电子器件的一类理想材料.基于氮化镓(GaN)异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)是氮化物电子器件的主流结构,该结构利用高电导率二维电子气实现强大的电流驱动,同时保持了氮化物材料的高耐压能力.近年来,GaN HEMT器件主要在微波功率和电力电子2个领域得到了快速发展.本文评述了GaN微波毫米波功率器件和高效电力电子器件的若干研究进展,并提出了氮化物电子器件仍存在的问题及解决方向.