一、(Ga,Mn,As)/GaAs的发光谱（论文文献综述）
孙嘉敏[1]（2021）在《高迁移率Ⅲ-Ⅴ族纳米线的可控合成与性能研究》文中指出近年来,随着晶体管尺寸的不断缩小,摩尔定律已经接近极限,芯片集成密度增速也随之减缓,因此人们提出从器件集成化和系统功能多样化等方面来延续摩尔定律。其中,“探索更高迁移率的新沟道材料以及实现其全包栅结构纳米线场效应晶体管”是有效的解决方案之一。在高迁移率新沟道材料的探索过程中,Ⅲ-Ⅴ族纳米线材料受到了广泛关注,本论文聚焦高迁移率Ⅲ-Ⅴ族纳米线的可控合成与性能研究开展工作。本论文首先对一维无机纳米线进行了简单介绍,一维纳米材料具有优异的光吸收能力、优异的载流子分离与收集能力、优异的机械灵活性、丰富的表面态调控功能及良好的兼容性,在研究器件电学性能、光电性能和机械性能对维度的依赖性方面具有独特的优势。同时,通过对其尺寸和复合结构的控制,可以将其应用于电子、磁性、声学、光子学等多领域,从而在器件集成化和系统功能多样化方面促进摩尔定律的延续。这其中,Ⅲ-Ⅴ族纳米线材料具有载流子迁移率高、直接带隙、带宽窄、抗辐射能力强等特点,因此Ⅲ-Ⅴ族纳米线在场效应晶体管、逻辑电路、光电探测器、太阳能电池等应用方面,成为制备纳米级电子和光电子器件的新一代半导体材料。本论文对于涉及到的实验方法和原理进行了详细阐述。首先对Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米线的生长方法进行了简单介绍,包括“自上而下”和“自下而上”方法等。阐述了纳米线的生长机理,包括气-液-固和气-固-固机理;介绍了制备工艺的参数影响,包括温度、催化剂等在纳米线可控生长中的作用。最后介绍场效应晶体管的工作原理、性能参数与制备方法,光电探测器的工作原理与主要性能参数,互补金属氧化物半导体（CMOS）反相器的工作原理与主要性能参数等。相比Ⅲ-Ⅴ族材料的理论高迁移率,Ⅲ-Ⅴ族纳米线较低的场效应迁移率使其应用发展缓慢,主要是由于纳米线表面态、晶体质量、载流子浓度的难以控制。特别是n型器件与p型器件场效应迁移率的不匹配,限制现代电子芯片的持续小型化。因此,提高Ⅲ-Ⅴ族纳米线场效应晶体管的迁移率将推动集成电路的进一步发展。如何实现Ⅲ-Ⅴ族纳米线的可控合成、迁移率提高以及性能调控则变得至关重要,这也是本论文的研究重点。载流子迁移率主要取决于器件的制造技术和沟道半导体材料等方面。其中制造技术是非常复杂的,并且每个过程对于所制造器件的载流子迁移率都是至关重要的。另一方面,载流子迁移率也可以通过改变沟道半导体的结晶度、生长平面、载流子有效质量和载流子浓度等来进行调节。通过设计晶体生长平面,可以控制材料的极性、载流子有效质量和表面散射,从而提高场效应晶体管的迁移率。本论文通过调控Ⅲ-Ⅴ族纳米线中载流子的散射作用以及浓度实现了超高迁移率场效应晶体管。主要工作之一是发展了利用固态催化剂生长纳米线的新方法,通过控制纳米线的晶体结构减弱了载流子晶格散射作用,提高InP纳米线的电子迁移率至理论值（2000 cm2·V-1·S-1）。此外,在现代电子芯片中,p型沟道器件的载流子迁移率总是低于n型沟道,这给电子和光电子应用的持续小型化带来了挑战。因此,本论文针对p型纳米线材料也做了深入的工作,并主要以p型GaSb纳米线为例开展研究。第二项主要工作是基于GaSb的本征空穴来源,理论设计并实现催化剂对纳米线的原位轻掺杂,有效减弱了载流子的库伦散射作用,GaSb纳米线的空穴迁移率提高至理论值（1 028 cm2·V-1·s-1）,并表现出出色的红外探测能力。最后,本论文发展了利用金属-半导体结调控纳米线场效应晶体管迁移率的新方法,进一步提高GaSb纳米线器件的场效应空穴迁移率至3372 cm2·V-1·s-1。具体的工作内容展开如下:1.可控合成了电子迁移率接近理论值的InP纳米线并对其进行了电学及光电性能研究。发展了利用固态催化剂生长纳米线的新方法,通过控制纳米线的晶体结构减弱了载流子晶格散射作用,使得InP纳米线的电子迁移率达到2000 cm2·V-1·s-1,接近理论计算值,为新一代的光电探测器件提供了材料选择。InP纳米线作为一种重要的半导体纳米材料,其在典型的气-液-固生长模式下具有较多的缺陷（如孪晶、混合相等）,导致了较低的电子迁移率,限制了其在电子领域的实际应用。针对这一研究现状,在化学气相沉积过程中,本工作利用高熔点的Pd催化剂,成功实现了气-固-固生长模式,合成了沿独特的非极性生长方向的纤锌矿InP纳米线,深入研究了 InP纳米线的在特定的均一生长方向下的生长特性和优异的结晶度,计算了气-固-固生长模式下多面体形状的固态PdIn催化剂的不同晶面的表面能。具体地,PdIn固态催化剂颗粒在InP纳米线成核界面暴露出能量最低的PdIn{210}平面,其与非极性InP{2110}和{1010}平面的具有最小的晶格失配,因此合适的晶格匹配使得高度结晶的InP纳米线沿非极性方向外延生长。由于良好地控制了晶体缺陷,减弱了载流子的晶格散射作用,InP纳米线创纪录地实现了 2000 cm2·V-1·s-1的高电子迁移率,其电子浓度为1017 cm3,接近于体材料的理论值。统计的多个场效应晶体管的电子迁移率,都具有相对较高的电子迁移率（1 000-2000 cm2·V-1·S-1）,证明了该方法的易实现性。同时,成功制备了 InP纳米线顶栅场效应晶体管,器件在室温下展现出非常小的亚阈值摆幅,低至91 mV·dec-1。此外,将制备的InP纳米线应用于光电探测器时,器件的光响应度高达1 04 A·W-1（文献中报道的所有InP纳米线中最高的响应度之一）,且具有较快的上升和下降时间,分别为0.89s和0.82s。这些结果都证明了本项工作中合成的非极性方向的InP纳米线在未来的电子和光电子学领域都具体非常好的应用前景。2.可控合成了空穴迁移率达到理论值的GaSb纳米线并对其进行了电学及光电性能研究。理论设计并实现催化剂对GaSb纳米线的空穴迁移率调控,基于GaSb的本征空穴来源,通过原位轻掺杂,有效减弱了载流子的库伦散射作用,使得GaSb纳米线的空穴迁移率提高至1028 cm2.V-1·s-1,在近红外室温探测体现出较快的反应速度。本项工作首先研究了沟道材料迁移率与红外探测性能之间的关系。通过简单的表面活性剂辅助化学气相沉积方法实现了高质量的全比例可调GaAsSb纳米线的可控生长。通过对源的质量、源区和生长区的温度进行调节,实现了对GaAsxSb1-x纳米线组分、直径、生长速率等调控。随后研究了 As的比例对纳米线器件电学性能和红外探测性能的影响,对不同比例的GaAsxSb1-x纳米线场效应晶体管电学性能进行统计,结果表明,随着As 比例的增加,GaAsxSb1-x纳米线的场效应空穴迁移率逐渐降低。同时研究了 GaAsxSb1-x（x=0,0.06,0.26,0.5）纳米线的红外探测性能,随着As 比例的增加,GaAsxSb1-x纳米线红外探测器的光生电流、响应度、探测率均有下降。可以看出,提高空穴迁移率有助于提升GaSb纳米线的红外探测性能。接下来,本项工作通过原位轻掺杂的方法有效减弱了 GaSb纳米线中载流子的库伦散射作用,实现了空穴迁移率达到理论值的GaSb纳米线场效应晶体管。首先通过模拟Sn掺杂后GaSb的能带结构,载流子有效质量及计算体系形成能,预测了 Sn轻掺杂后GaSb空穴迁移率将提高。因此在本工作中,采用表面活性剂辅助化学气相沉积方法,利用Sn作为纳米线生长的催化剂和轻掺杂源,成功合成了长且直、表面均匀、结晶度高的GaSb纳米线。其单根纳米线底栅场效应空穴迁移率高达1 028 cm2·V-1·s-1,达到GaSb空穴迁移率理论值;纳米线平行阵列器件也表现出1 70 cm2·V-1·s-1的峰值空穴迁移率。通过多种表征手段对合成的纳米线进行表征,探究其空穴迁移率达到理论值的原因。Sn轻掺杂GaSb纳米线的光致发光谱相对Au催化的纳米线具有0.05 eV的红移、高分辨率透射电子显微镜观察到催化剂尖端在生长过程中逐步渗入到纳米线内部、同时高分辨率透射电子显微镜配套的能量色散X射线光谱仪检测到Sn的信号、径向刻蚀纳米线的X射线光电子能谱存在Sn信号峰等,这些都证明了 Sn在GaSb中的均匀轻掺杂。最后,本项工作研究了空穴迁移率达到理论值的GaSb纳米线的红外探测性能。在1550nm红外光和520nm可见光照射下,GaSb单根纳米线器件和纳米线阵列器件均具有优异的光电探测性能,包括几百微秒的响应时间。相比于Au催化合成的GaSb纳米线和GaAsSb纳米线红外探测器,Sn轻掺杂GaSb纳米线器件具有更快的响应速度和更高的探测能力,验证了提高空穴迁移率有助于提升GaSb纳米线的红外探测性能。总之,Sn轻掺杂的空穴迁移率达到理论值的GaSb纳米线在下一代电子设备和光电探测中具有广阔的应用前景。同时,本工作中涉及的利用合适的催化剂作为纳米线生长的轻掺杂源的方法具有普适性,对高性能纳米线可控合成提供了借鉴意义。3.利用金属-半导体结进一步提高了 GaSb纳米线场效应空穴迁移率。利用金属-半导体结发展了调控场效应晶体管迁移率的普适性方法,调控了场效应晶体管的沟道材料载流子浓度,提高了 GaSb纳米线的场效应空穴迁移率至3372 cm2·V-1·s-1,实现了高增益的CMOS反相器,为新一代微电子器件提供了借鉴意义。在所有Ⅲ-Ⅴ族半导体中,GaSb纳米线的空穴迁移率最高,上一项工作通过减弱库伦散射已经将GaSb纳米线空穴迁移率提高至理论值。然而,为了进一步提高p型半导体器件空穴迁移率以接近n型器件同等水平,本项工作通过在半导体表面沉积具有不同功函数的CMOS兼容的金属颗粒,构成金属-半导体结,调控p型半导体材料的空穴浓度和电学性能。当沉积低功函数金属Al、Sn和Ti时,GaSb纳米线场效应晶体管的峰值空穴迁移率显着提高,分别高达3372 cm2·V-1·s-1、1938 cm2.V-1·s-1和2840 cm2·V-1·s-1。构建Al-GaSb结后峰值场效应空穴迁移率是原始值的三倍,是目前报道的常温下大气环境中p沟道器件中场效应空穴迁移率的最高值。场效应空穴迁移率的大幅提高归因于金属-半导体界面向下的能带弯曲导致的半导体沟道中空穴浓度的降低。同时,GaSb纳米线场效应晶体管的其他重要电子特性,例如阈值电压和亚阈值摆幅等,也得到很好的控制。重要的是,当与n型InGaAs纳米线相连时,受益于提高的场效应空穴迁移率、合适的阈值电压和亚阈值摆幅等,制成的CMOS反相器具有良好的反相特性,实现了～18.1的较高增益。这种利用金属-半导体结调控p型材料场效应迁移率的方法具有普适性,在其他p沟道器件中得到了验证,例如p型GaAs纳米线,GaAs薄膜和二维WSe2场效应晶体管,且沟道材料的厚度越小,场效应空穴迁移率的增加效果越明显。本项工作研究的金属-半导体结可以看作提高p沟道器件场效应空穴迁移率的重要进步,促进下一代电子技术的发展。综上所述,本论文研究了高迁移率Ⅲ-Ⅴ族纳米线的可控合成,通过调控纳米线中载流子的散射作用以及浓度,实现了电子迁移率接近理论值的InP纳米线、空穴迁移率达到理论值的GaSb纳米线,以及进一步提高了 GaSb纳米线的场效应空穴迁移率,并研究了其电学性能和光电探测性能,构建起沟道材料迁移率与红外探测性能之间的关系:“高迁移率有利于实现高性能红外探测器件”。利用超高场效应空穴迁移率的GaSb纳米线实现了 CMOS反相器的应用。本论文提出的具有创新性和普适性的纳米线可控合成方法、以及提高p型材料空穴迁移率的方法,对高性能纳米线可控合成与性能研究提供了借鉴意义。
连沁[2]（2021）在《基于范德华外延碲基薄膜的光电探测器制备及性能调控研究》文中认为碲化镉（CdTe）是一种室温下带隙约为1.50 eV直接带隙半导体,吸收系数高于105 cm-1,具有较长载流子寿命及较高电子迁移率,被广泛应用于太阳能电池和光电探测器中。碲化锰（MnTe）是一种典型同相异构体半导体材料,其相结构主要有稳态六角Ni As型α相和亚稳态闪锌矿γ相。γ-MnTe具有超宽的光学带隙（～3.4 e V）和优异的电子跃迁结构（直接带隙跃迁）,在光电子器件领域中具有巨大的应用潜力。伴随光电探测器发展的深入推进,研制具有多色/宽谱、高灵敏和快响应的柔性光电探测器件成为该领域内主要研究方向之一。近年来,基于范德华外延的半导体薄膜制备技术及其应用研究受到了广泛关注。不同于传统异质外延技术,范德华外延技术制备的薄膜和衬底间主要依靠的是通常存在于二维层状材料表面的范德瓦尔斯力。该外延技术不仅可消除异质外延制备时薄膜与衬底之间严格的晶型和晶格匹配限制,抑制了由晶格失配导致的穿透位错缺陷,降低了外延薄膜中的缺陷密度;而且还可将所制备的外延薄膜转移到各种不同功能的衬底上,从而满足电子/光电子器件向多功能化、集成化、便携化以及柔性化等发展方向的要求。由于二维衬底表面无悬挂键以及极低的表面能,如何实现大面积单晶薄膜的制备是范德华外延技术面临的关键技术挑战。在本论文中,我们利用分子束外延（MBE）技术在二维层状柔性云母（mica）衬底上实现了高质量的CdTe和γ?MnTe单晶薄膜的范德华外延生长。在系统研究外延薄膜的晶体结构、表界面结构和光学性质的基础上,研制了基于该类外延体系的光电探测器,以期发展多色/宽谱、高灵敏和快响应的柔性光电探测。本论文的主要研究内容和研究结果如下:一、利用MBE技术,在二维层状柔性mica衬底上实现了CdTe和亚稳态γ-MnTe单晶薄膜大面积晶圆尺寸的外延生长。研究发现CdTe外延薄膜具有原子级平整表面和优异的晶体质量,如10μm×10μm面积扫描的AFM的均方根粗糙度（RMS）仅为1.483 nm,以及厚度为120 nm的CdTe外延薄膜的XRD摇摆曲线半峰宽（FWHM）值仅为0.05°。倒易空间Mapping和高分辨透射电镜分析结果表明,外延薄膜与衬底之间的晶向关系为,面外方向（111）CdTe||（001）mica,面内方向[112]CdTe||[100]mica,[110]CdTe||[010]mica,外延薄膜晶体结构完整,处于完全弛豫状态。所获得的亚稳态γ-MnTe单晶薄膜沿[111]晶向生长,表面平整（RMS～0.897 nm）,晶体质量优异,50 nm厚γ-MnTe外延薄膜的摇摆曲线FWHM仅为0.19°。二、设计和制备了基于范德华外延CdTe薄膜的光电导型光电探测原型器件。不同的器件沟道尺寸对探测器性能具有非常大的影响,我们通过调整器件沟道尺寸,可大幅提升光电探测器的探测灵敏度,当器件沟道长度从15μm减小到6μm,光电导增益从2.4×103%增加到1.4×104%。通过优化器件结构,实现了可见到近红外波段的超灵敏的光电探测,表现出超高的探测率(2.4×1014Jones)和响应率(834 AW-1),以及较快的响应速度（2.6 ms）。此外,CdTe/mica光电导型探测器具有出色的可弯曲性和机械耐久性,展示出在柔性和可穿戴光电子器件中的应用潜力。三、探索了CdTe范德华外延薄膜的转移技术,并完成了薄膜的大面积转移,研制出了栅极调控自支撑CdTe薄膜场效应晶体（FETs）光电探测器。该CdTe薄膜FETs具有优异的电学性能,开关比超过104,迁移率高达0.12 cm2V-1s-1,远大于CdTe单晶纳米带FETs(0.005 cm2V-1s-1)。同时,实现了栅压对FETs光电探测器件光电流的有效调控,器件开启时,其光电流增加超过105%。此外,该光电探测器还具有超高的响应率(2.7×104 AW-1)和探测率(2.08×1015 Jones),相比商用单晶Si光电探测器的探测率(1×1013 Jones)有2个数量级的提升,显示出其在可见到近红外光电探测的应用潜力。四、所制备的范德华外延薄膜表现出优越的光谱学性质。该外延薄膜具有直接电子跃迁的能带结构,室温带隙为3.12 e V,具有紫外可见到近红外宽光谱的超强吸收能力(紫外波段,其吸收系数高达106 cm-1,可见到近红外波段,其吸收系数也高于105 cm-1)。γ-MnTe薄膜在可见到近红外还有荧光发光现象,这可能源于带间Mn2+d-d轨道多重跃迁和缺陷能级跃迁。在此基础上,我们设计和研制了基于范德华外延γ?MnTe薄膜的光电探测原型器件,实现了从紫外可见至近红外的高灵敏宽波段探测。在375 nm、520 nm及830 nm波长激光照射下,其响应率分别可以达到526 AW-1,84.3 AW-1和4.5 AW-1。更为重要的是,相较于典型的紫外及宽光谱探测器件,γ-MnTe宽光谱光电探测器件显示出更高的响应率、探测率及更宽的光探测范围,而且该γ-MnTe薄膜探测器的设计和制备方法极大地简化了器件设计和工艺制成,降低了器件应用成本,有望于推动器件的实际应用。
刘青明[3]（2021）在《InGaN/GaN多量子阱中缺陷对其结构和性能的影响研究》文中进行了进一步梳理氮化镓（GaN）基发光二极管（LED）具有光电效率转换高、体积小和寿命长等优点,广泛应用于固态照明和背光源,引领了第三代照明技术革命,取得了巨大的经济效益。GaN基LED中的多量子阱（MQWs）结构是实现电-光转换的核心,其晶体质量直接决定了 LED的光电性能。由于基于异质衬底外延GaN基薄膜以及氮化铟（InN）和GaN间物理化学性质差异较大等因素,使得InGaN/GaN MQWs中存在缺陷种类较多以及缺陷水平较高的问题。更重要的是,由于缺陷的复杂性、表征仪器的局限性以及理论计算的假设和修正处理等多方面因素,导致目前对MQWs中部分缺陷的认识仍存在一定的局限性,缺陷处载流子的输运、缺陷对光学特性的影响机理等基础性科学问题尚未完全解决。深入研究点缺陷的产生机制及其相关光学特性,对调控缺陷密度和提高LED光电性能有较大的帮助。本论文通过金属有机气相化学沉积设备外延GaN基LED,主要围绕GaN基LED MQWs中的点缺陷和V-pits缺陷问题,通过高分辨X射线衍射仪、双球差矫正电镜、光致发光谱仪等表征了样品的晶体质量、界面质量和发光性能,研究了缺陷的产生机制、对InGaN/GaN发光特性的影响以及缺陷的调控方法:（1）研究了蓝光和绿光LED原位老化过程中的发光性能和MQWs的结构变化。蓝光LED老化后光致发光谱（PL）的积分强度下降了 17.1%,InGaN量子阱层出现了呈不连续状态分布的In间隙原子,分析认为:由于In-N键能小于Ga-N,在压应力和加剧的晶格振动共同作用下,In原子更容易偏离正常晶格位置而进入间隙,形成了 In间隙原子缺陷,在In间隙原子缺陷处形成了非辐射复合中心,导致PL积分强度的下降。绿光LED老化后发光强度下降了 36.8%,峰值波长红移了 1.1 nm,观察老化后MQWs的原子像发现了 InGaN阱层中的间隙原子和阱层驰豫现象;分析认为,量子限制效应减弱、量子限制斯塔克效应（QCSE）增强以及缺陷引起的非辐射复合密度增加是发光强度下降和峰值波长红移的主要原因。（2）研究了 V-pits中AlGaN的晶体质量以及绿光InGaN/GaN MQWs中V-pits对其发光特性的影响。扫描透射（STEM）和能谱（EDS）结果表明:V-pits中AlGaN的Al组分分布不均匀、高Al组分区域的晶体质量和侧壁AlGaN/GaN界面质量较差。分析认为:Al原子在半极性面生长存在的各向异性、较低的Al原子迁移率、AlN和GaN间的失配应力以及非最优的AlGaN生长工艺共同导致AlGaN在V-pits侧壁中的生长质量较差。研究绿光MQWs中V-pits对其发光特性影响发现:室温下,V-pits附近峰值波长比c面峰值波长红移了 4.6 nm,80 K下,V-pits附近出现了双峰现象,且随温度升高,V-pits附近峰值波长的红移和蓝移量明显大于c面。分析认为:V-pits附近c面MQWs更高的In组分和更强的局域态导致峰值波长红移和双峰现象的出现,随温度升高,限制在侧壁的载流子隧穿至c面MQWs,导致V-pits附近峰值波长发生较大的红移和蓝移。。（3）研究了基于V-pits调控方法生长多波长MQWs,实现了 MQWs的三基色发光。在具有V-pits的n-GaN上继续生长MQWs,PL测试结果表明,MQWs中分别出现了峰值能量为2.603 eV、2.326 eV和2.077 eV的发光峰,分别对应蓝光、绿光和红光。表面和截面的SEM和TEM表征发现,MQWs表面出现了 3D岛和V-pits,侧壁MQWs中的In分布不均匀。分析认为:蓝光、绿光和红光发光峰分别来源于侧壁MQWs、c面MQWs和c面中的3D岛。此外,研究了插入层厚度对多波长MQWs的发光性能影响,随着高温插入层厚度增加PL的积分强度下降,这可能是由于MQWs弛豫度增加以及侧壁MQWs面积占比减小导致的。（4）研究了 GaN基LED原位电学下的结构和电学特性的变化,研究发现MQWs中出现缺陷以及漏电流较大,分析认为,MQWs表面杂质的迁移和钨探针施加的外力诱导MQWs中缺陷的产生;缺陷引起的热效应导致电流减小。
高雪[4]（2020）在《半导体和有机物材料的自旋注入研究》文中研究表明半导体自旋电子学领域的研究可以将半导体与磁性材料的优势结合在一起。甚至可以在单个芯片上集成存储,检测,逻辑和通信等不同的功能。氮化镓（GaN）是具有高热稳定性的宽带隙半导体,通常被用于光电,高频和高功率微电子领域。GaN具有弱的自旋轨道相互作用,并且具有较长的自旋弛豫时间,这使得GaN成为一种非常适合半导体自旋电子学研究的材料。与无机自旋电子器件相比,有机自旋电子器件也非常吸引人,因为有机材料的电荷载流子的自旋寿命长,而且其成本相对较低,并且具有柔性和化学多样性。近年来,关于半导体自旋电子学和有机自旋电子学的研究引起了人们极大的兴趣。在本论文中,我们研究了包含砷化铟（InAs）/砷化镓（GaAs）量子点和铟镓氮（InGaN）/GaN量子阱的自旋发光二极管（Spin-LED）中的自旋注入。此外,我们还研究了有机多铁性隧道结的铁电性能。首先,我们研究了包含单层p掺杂InAs/GaAs量子点（QD）的spin-LED,在零施加磁场下,其发射光的圆偏振度（Pc）高达18%。与偏置电压的依赖关系表明,在10K时,偏置电压为2.5V（对应于6μA）时,自旋偏振度达到最大值。此外,温度对Pc也有很强的影响,在60K-80K温度范围前后Pc有显着变化。最后,我们从辐射复合时间τr和自旋弛豫时间τs之间的竞争关系讨论了偏振度与偏压和温度的依赖关系。对p掺杂InAs/GaAs QD spin-LED的自旋弛豫机制的理解有助于进一步提高spin-LED的器件性能。另外,我们在GaN上实现了具有垂直磁各向异性的自旋注入结的外延生长,并研究了 GaN spin-LED的自旋注入过程。我们研究了 Fe/MgO和Co/MgO两种自旋注入结。首先,通过使用原位反射式高能电子衍射仪和原子力显微镜研究了温度对MgO生长的影响。然后,我们研究了 Fe或Co在MgO/GaN上的生长。与Fe/MgO相比,Co/MgO自旋注入结具有明显的垂直磁各向异性。此外,我们通过第一性原理计算来了解Co/MgO（111）界面上的垂直磁各向异性的起源。最后,在n-i-p型GaNLED结构上生长了 Co（0001）/MgO（111）自旋注入结并制备了 GaN spin-LED器件。然而,在偏振分辨的电致发光谱测量中未检测到圆偏振光发射。这可能是由于在Co/MgO界面处形成的氧化层或是由于未优化的GaN LED结构导致。最后,我们研究了基于掺杂有四氧化三铁（Fe3O4）纳米颗粒的聚偏二氟乙烯（PVDF）势垒的有机多铁性隧道结。有机多铁性隧道结最近吸引了很多关注,因为它们可以结合自旋电子学,有机电子学和铁电电子学的优点。我们成功地制备了La0.6Sr0.4MnO3/PVDF:Fe3O4/Co有机多铁性隧道结,结果表明,在PVDF势垒层中加入Fe3O4纳米颗粒可以显着改善该有机多铁性隧道结的铁电性能。PVDF:Fe3O4基有机多铁性隧道结在10K时显示出约450%的高隧穿电致电阻（TER）,是纯PVDF基有机多铁性隧道结的6倍。此外,两种极化态之间的高能量势垒（14meV）保证了含有Fe3O4纳米颗粒的有机多铁性隧道结具有更好的热稳定性,即使在室温下也能保持100%的TER。含有PVDF:Fe3O4纳米复合材料的有机多铁性隧道结的铁电性能的提高将促进有机多铁性隧道结在记忆电阻器和自旋电子学中的应用。
黄元琪[5]（2020）在《掺杂氧化镓外延薄膜的生长、相变及物性调控研究》文中研究说明氧化镓（Ga2O3）,一种直接带隙的超宽禁带半导体材料,在电力电子器件,如日盲光电探测器、场效应晶体管、发光二极管、信息存储器、气敏传感器、透明导电电极等领域中有着巨大的应用前景。在Ga2O3的五种同分异构体（α,β,γ,ε和δ）中,β相最常见,稳定性最好,研究最为广泛。然而,β-Ga2O3的单斜结构使其在主流衬底上的外延质量较难提高,其本征的n型导电特性也在一定程度上限制了它在功率器件方面的发展。因此,发掘其它亚稳相在不同领域中的应用潜力,以及实现高质量外延薄膜的相可控生长,是Ga2O3材料进一步发展的必经之路。掺杂工艺是调节晶格应力、诱发结构相变、提高结晶质量、优化物理特性的一种行之有效的应用技术。本论文采用激光分子束外延法和金属有机化学气相沉积法两种生长技术,制备了不同生长条件下的Fe、Mn、Mg掺杂Ga2O3外延薄膜。系统地探究了掺杂浓度、衬底温度、沉积室压强和热退火处理对薄膜的结晶质量、相变过程和基本物性的影响。为不同晶相的Ga2O3外延薄膜在不同领域中的应用前景,提供了可靠的理论和实验依据。主要的研究成果如下:（1）采用激光分子束外延法,通过调节Fe掺杂浓度、衬底温度和生长氧压,成功地在蓝宝石衬底上实现了β-Ga2O3和γ-Ga2O3外延薄膜的相可控生长。首次报道了如何使用X射线衍射的极图测试方法,对β-Ga2O3和γ-Ga2O3两种晶体结构进行有效的、低成本的、无损的相变分析。通过Fe掺杂对空位缺陷浓度和薄膜结晶质量进行调控,成功提高了 Ga2O3薄膜的半绝缘特性,多数高质量的外延薄膜在150 V的外置偏压下,仍能保持纳安级别的电流值。通过第一性原理计算和实验数据相结合,证实了 Fe掺杂γ-Ga2O3材料在稀磁半导体方面的巨大应用潜力。在掺杂浓度为9.62 at%的γ-Ga2O3:Fe薄膜中,观察到了约5.73μB/Fe的室温饱和磁矩值,其领先于目前大多数的文献报道。（2）采用激光分子束外延法,在蓝宝石衬底上制备了不同掺杂浓度的γ-（Ga1-xMnx）2O3薄膜。薄膜的结晶质量、室温铁磁性和日盲光电探测性能,都随着掺杂浓度的升高,先增强后减弱。研究结果发现,当x=0.04时,薄膜拥有最大的饱和磁化强度。当外加磁场平行＆垂直于样品表面时,其饱和磁矩值分别为1.54&0.35μB/Mn,表现出了明显的磁各向异性。同时,基于该γ-（Ga0.96Mn0.04）2O3薄膜制备的日盲光电探测器,具有最低的暗电流,最大的光暗比和最短的响应时间。其优异的物理特性,主要来自于Mn掺杂对薄膜的晶体结构、带隙及载流子的调控作用。（3）探索了生长温度、沉积室压强和后位退火对ε-Ga2O3薄膜的晶体结构、结晶质量和基本物性的影响。在制备得到的ε-Ga2O3外延薄膜上进一步生长了微量Mg掺杂的ε-Ga2O3薄膜,并对其基本物性进行了研究。其中,基于非故意掺杂的高质量ε-Ga2O3外延薄膜制备的肖特基型Au/ε-Ga2O3/Au日盲光电探测器,在外置偏压为5 V时,暗电流仅为19.7 pA,R250 nm/R280nm和R250nm/R400 nm的抑制比分别可达4.2 × 102和1.3 × 104,表现出了优异的波长选择性;在5μW/cm2和40μW/cm2的光照强度下,其光暗比分别可达6.03 × 102和1.82 × 104,说明该器件对微弱的光源信号具有较好的探测能力,证实了 ε-Ga2O3外延薄膜在日盲光电探测器方面可观的应用前景。
聂需辰[6]（2019）在《光致金属—绝缘体瞬态转变的时间分辨研究》文中进行了进一步梳理近年来,在理论和实验方面,金属-绝缘体转变（MIT）都是国内外凝聚态物理研究的热点课题之一,从掺杂半导体到超冷原子,再到强关联电子体系,然而,其相关物理机制至今依然存有很大争议。随着超短脉冲激光技术和非平衡态准粒子动力学理论的迅速发展,超快时间分辨光谱技术已被广泛的应用到凝聚态物理的各个研究领域,如金属和半导体（过渡金属二硫化物）等传统物理体系以及铁基高温超导体,Mott-Hubbard绝缘体和过渡金属氧化物（铜氧化物高温超导体和锰氧化物庞磁电阻材料）等强关联电子体系。目前,超短激光脉宽已经可达几到几百个飞秒甚至阿秒量级,快于电子、晶格振动（声子）和磁激发等自由度之间相互作用的特征时间,可在亚皮秒时间尺度上激发产生非平衡态并实时监测准粒子（分为单粒子激发和集体模激发）的超快动力学过程,为利用超短激光脉冲诱导和操控新的非平衡态打下了良好基础。本文在自行搭建的超快时间分辨反射率装置的基础上,对半导体GaAs和钛氧化物Ti407中的光致金属-绝缘体转变等超快动力学过程进行了相关研究。具体工作内容如下:1.研制了超快时间分辨反射率装置,并利用自相关二次谐波产生法对其时间分辨能力进行了测定,为光致金属-绝缘体转变的实验研究奠定了基础。2.研究了半导体GaAs中载流子动力学随温度的演化。发现瞬态反射率变化△R/R会随着温度的变化而发生正负翻转,在室温附近是正的,对应着自由载流子金属态,而在低温下却变为负的,可以归结为激子绝缘态,此时系统瞬态电学性质主要由激子来主导。另外,在合适温度下通过改变光激发强度也能够诱导系统从自由载流子金属态（△R/R>0）向激子绝缘态（△R/R<0）发生瞬态转变,这是一种典型的光致金属-绝缘体转变,其临界转变温度可以高达230 K,远远高于之前利用时间分辨光致发光谱技术所发现的49 K。3.在6 K低温下,研究了半导体GaAs中激子超快动力学随激发强度的演化。在弱激发区域（n<nc～2 × 1024光子/m3）,弛豫过程主要由激子-声子耦合来主导,激子在泵浦光辐照区域是随机分布的,并且平均激子间距Rd大于激子直径Re,随着光激发强度的不断增大,当n>nc时,一个亚皮秒时间尺度的快速激子-激子弛豫通道将会出现,此时激子波函数部分的重叠在一起（Rd≤Re）,强的激子-激子耦合使得激子的产生效率变低,将导致一个短暂存在的电子-空穴等离子体态。本实验所得临界密度值nc比光致发光谱和太赫兹实验所得结果大了一到两个数量级。4.研究了半导体GaAs中瞬态室温激子动力学随激发强度的演化。实验发现室温（300 K）下通过增大激发强度F可以观察到瞬态激子:当F<Fc～0.21mJ/cm2时,光激发可有效产生大量自由电子-空穴对,导致一个载流子’峰’特征的存在,对应着自由载流子金属态（△R/R>0）;当F>Fc时,光激发所产生的自由电子-空穴对达到饱和,此时在△R/R曲线上会出现一个新的’dip’结构,其将在亚皮秒时间尺度内快速衰减到自由载流子’峰’特征,对应着激子-自由载流子共存态。5.研究了过渡金属氧化物Ti4O7中准粒子超快动力学随温度的演化。实验结果表明,随着温度的升高,钛氧化物Ti4O7在临界温度Tc1处由有序的双极子低温绝缘相（LI）转变为无序的双极子高温绝缘相（HI）,在临界温度Tc2处进一步地转变为自由载流子金属相（M）,时间分辨反射率的振幅和弛豫时间在临界温度Tc1和Tc2处均具有明显的斜率变化,这与Ti4O7的特征两步相变过程相对应。此外,实验结果清晰表明,Tc1和Tc2会随着泵浦功率的增加而减小,意味着在多晶Ti4O7中利用光可有效地调控其金属-绝缘体转变。
刘昊[7]（2019）在《低维异质结构与新型Ⅲ-Ⅴ族半导体发光器件的研究》文中认为半导体低维异质结构早已成为构筑高性能半导体发光器件的基石,该领域的前沿创新研究经久不衰地持续了几十年,但研究热点已从早期的二维的量子阱、超晶格转变至一维的量子线（或更广义的纳米线）和零维的量子点。特别是,基于自组织量子点的新型半导体发光器件因电注入工作容易、具备某些特有的优异性能譬如高温度稳定性并且具有重要的应用前景而尤为受到关注。然而,目前绝大多数量子点发光器件譬如量子点激光器依赖分子束外延（MBE）生长,金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长量子点激光器的进展则大幅滞后且与MBE生长存在显着差距,仅有少数几个国外研究组掌握MOCVD生长量子点激光器的核心技术,鉴于MOCVD所拥有的半导体器件产业化优势,在国内深入系统开展量子点激光器的MOCVD生长研究具有十分重要的意义。除激光器外,基于半导体低维异质结构的发光器件中另外一种重要的类型是超辐射发光二极管（超辐射管）,当前基于半导体低维异质结构的超辐射管作为光纤陀螺等系统的光源对于系统性能的提高起着不可替代的作用,开展超辐射管的研究对光纤陀螺等实际应用具有重要价值。此外,半导体低维异质结构除了前述的几种整数维度外,近年来本实验室提出了能级弥散这一新颖的概念,继而发展出分数维度电子态系理论,即半导体异质结构中不仅仅存在前述的三维、二维、一维、零维等整数维度,还存在着介于这些整数维度之间的分数维度,譬如介于二维与三维之间、介于一维和二维之间等等。分数维度理论的提出者还发现,这一理论有望引入超辐射管中并充分发挥其优势——分数维度半导体异质结构较整数维度异质结构会显着提升超辐射管的性能,并且此发现已经得到初步的实验证实,这样就亟需运用分数维度电子态系理论指导超辐射管的设计与性能优化。基于上述这一科学认知,为验证分数维度电子态系理论在超辐射管中的优越性,进而运用该理论指导超辐射管的设计与优化,我们首先需要进行相应的典型整数维度超辐射管的制备,掌握超辐射管的制备工艺等,从而为进一步研制分数维度超辐射管打下基础。本论文以半导体低维异质结构为出发点,依托科技部国际合作项目以及国家自然科学基金项目,在分数维度电子态系理论方面取得了新的进展,在实验方面重点围绕Ⅲ-Ⅴ族量子阱和量子点展开,进行了二维的量子阱、零维的量子点等整数维度下激光器及超辐射管的研究工作,这既为MOCVD生长量子点器件积累了技术经验,也为后续进行分数维度（譬如从二维到三维、从零维到三维等）超辐射管或其他相关器件的研究奠定了基础。本论文已开展的研究工作以及主要的结果如下:1.研究了在应用不同线型（指数线型和洛伦兹线型）的弥态允率密度函数的情形下电子态密度曲线的变化。针对指数线型和洛伦兹线型两种弥散线型对电子态密度进行了计算分析,对于不同的弥散宽度值绘制了电子态密度曲线,并进一步阐述了实际情况中可能的复合弥散线型,为基于能级弥散的分数维度理论的进一步发展提供了支持。2.制备了基于典型量子阱的激光器与超辐射管,包括1.3μm波段InP基量子阱以及1.1μm波段GaAs基InGaAs量子阱,取得了一些重要的实验结果,为进一步制备性能更加优异的介于二维到三维间的分数维度超辐射管奠定了基础。（1）采用InGaAsP啁啾量子阱作为有源区,进行了激光器和超辐射管的制备。脊宽10μm、腔长2mm的激光器阈值电流密度为0.8kA/cm2,同样脊宽与长度采用弯曲波导的超辐射管在350mA时功率为5.9mW,光谱半宽为27nm。（2）采用A1GaInAs量子阱作为有源区,进行了激光器和超辐射管的制备。脊宽10μm、腔长2mm的激光器阈值电流密度为460A/cm2,同样脊宽与长度采用弯曲波导的超辐射管功率达到30mW以上,光谱半宽在10nm左右。（3）利用MOCVD进行了 InGaAs多量子阱器件结构的生长,然后制备了相应的发光器件,发光波长位于1.1μm处。脊宽10μm、腔长2mm的激光器阈值电流密度为450A/cm2。在超辐射器件制备中,我们比较了不同波导形状（弯曲、倾斜等）对于超辐射的影响,脊宽10μm、长度2mm的采用倾斜基础上弯曲波导的超辐射管功率达到20mW以上,光谱半宽在10nm左右。3.制备了基于典型量子点的激光器与超辐射管,在器件性能优化方面进行了深入的探索并取得了重要的进展,为进一步制备性能更加优异的介于零维到三维间的分数维度超辐射管提供了技术支撑。此外还在硅衬底上生长了高质量的多层量子点,为后续利用MOCVD生长硅衬底上的分数维度器件打下了一定的基础。（1）MOCVD生长并制备了 GaAs基InAs量子点激光器。首先利用MOCVD开展InAs量子点的生长条件优化,比较了单层/多层、InGaAs底层/盖层、Ⅴ/Ⅲ等对于量子点的影响,利用优化后的条件生长出了光致发光波长接近1.3μm的多层量子点,量子点密度达到4X 1010/cm2。之后利用此多层量子点作为有源区进行了激光器结构的生长并制备了量子点激光器,在分别采用无偏角及2°偏角的衬底上均实现了量子点激光器的室温连续激射,激光器的脊宽均为10μm,腔长均为2mm。由于器件工作在激发态,波长明显短于1.3μm。无偏角衬底上的激光器阈值电流密度为700A/cm2,激射波长位于1.19μm处;2°偏角衬底上的阈值电流密度为950A/cm2,激光器波长位于1.16μm。（2）基于MBE工艺,制备了两种不同外延结构的InAs/GaAs量子点激光器和超辐射管,其中基于第一种外延结构制备的激光器激射波长位于1.3μm处,阈值电流密度低至117A/cm2;采用弯曲波导的超辐射管在室温脉冲条件下工作,发光波长位于1.3μm处,光谱宽度在20nm以上,功率达到10mW以上。基于第二种外延结构制备的激光器激射波长位于1.27μm,阈值电流密度低至118A/cm2;采用直波导镀膜的超辐射管在室温连续电流下工作,发光波长位于1.27μm,光谱宽度在10nm左右,功率在3mW以上。（3）生长了 Si衬底上InAs/GaAs多层量子点。利用MOCVD设备在获得高质量Si基GaAs外延层的基础上,对Si上多层量子点的生长进行了优化实验。将GaAs/Si“三步法”异变外延生长技术与GaAs基多层量子点生长技术相结合,生长出了发光波长位于1.3μm波段的Si基InAs/GaAs多层量子点,通过原子力显微镜测试发现生长出的量子点形貌很好,密度较高,可达5 × 1010/cm2,通过光致发光谱测试发现其发光性能较好。
王颖[8]（2019）在《Ⅲ-Ⅴ族半导体量子点和量子阱复合结构纳米材料光学特性研究》文中研究说明Ⅲ-Ⅴ族半导体量子点和量子阱组合构成的复合结构低维材料具有更为灵活的能带结构调控能力和新颖的物理特性,己经被广泛应用于激光器、红外探测器、电光调制器、太阳能电池等光电子器件。深入研究半导体量子点和量子阱复合结构低维材料的光电特性及载流子动力学机制,对于提高纳米光电器件的性能和拓展其应用领域具有重要的意义。本论文围绕Ⅰ型能带结构InAs/GaAs量子点和I型能带结构InGaAs/GaAs量子阱的点加阱（QDW）耦合注入复合结构,II型能带结构GaSb量子点与GaAs基和InP基InGaAs/GaAs、GaAs/AlGaAs、InGaAs/InAlAs等几种I型能带结构量子阱组成的QDW和点在阱中（DWELL）复合结构,系统研究了复合结构的分子束外延生长条件和优化方法,利用多种测试手段对复合结构进行了形貌、组份和光学性能表征,深入分析阐述了复合结构的独特光学特性及载流子动力学等相关物理机制,所取得的创新性成果主要有:1.调控InP基InGaAs/InAlAs量子阱阱宽,实现了荧光波长范围覆盖光通信波段,通过研究量子阱界面效应为制备最佳量子阱异质结构提出了针对性的优化方案。对构建复合结构所需的GaAs基InAs/GaAs量子点、GaSb/GaAs量子点和InP基InGaAs/InAlAs量子阱的外延生长条件进行了实验优化。通过控制量子点的生长条件得到面密度合适、尺寸均匀的量子点。调控InP基InGaAs/InAlAs量子阱阱宽实现了荧光波长范围覆盖通信波段,实验测量结合理论模拟分析证实界面不完善对量子阱发光性能有显着影响,通过研究量子阱界面效应为制备最佳量子阱异质结构提出了针对性的优化要求。2.实验发现InAs/GaAs量子点和InGaAs/GaAs量子阱构成的QDW复合结构中存在特殊的载流子双共振隧穿机制。以InAs/GaAs量子点和InGaAs/GaAs量子阱构成QDW复合结构,量子阱承担载流子收集和储存层任务,将收集的载流子隧穿转移到QDs中,荧光谱测量和能级理论计算分析表明,复合结构中存在特殊的载流子双共振隧穿机制,即从量子阱的基态E0QW到QDs的第五激发态Es和从量子阱的第一激发态E1QW到量子点浸润层能级EWL。这种双共振隧穿引起了载流子的更快速转移和注入效率的提高,导致量子阱荧光寿命减小了一个量级,量子点荧光增强近3倍而载流子寿命却几乎没有改变。3.以Ⅱ型GaSb/GaAs量子点和I型InGaAs/GaAs量子阱构成人造Ⅱ型能带QDW复合结构,实验发现量子点浸润层（WL）对QDW内空穴的快速隧穿转移至关重要。以Ⅱ型GaSb/GaAs量子点加I型InGaAs/GaAs量子阱外延生长构成人造⒈型能带QDW复合结构,这种复合结构利用Ⅰ型量子阱直接带隙、吸收截面大的特点,可将其作为电子储存层和空穴注入层,使空穴通过隧穿或转移等方式注入到量子点中。实验发现WL具有快速转移QW空穴到量子点的能力,但是实验也证明复合结构中的WL可以表现出较强的激子局域化效应,在一定程度上削弱量子点的空穴俘获效率。因此提出构建高质量QDW复合结构必须优化GaSb量子点WL,抑制其激子局域化效应。4.提出了QDW和DWELL复合结构优化方案,获得了较Ⅰ型量子阱直接跃迁显着增强的Ⅱ型能带复合结构材料发光。对GaSb/AlGaAs量子点和GaAs/AlGaAs量子阱构成的QDW复合结构进行优化,通过增加量子点面密度和引入宽带隙AlGaAs势垒层等一系列改进措施,成功抑制WL对载流子的局域化,提高了空穴隧穿注入量子点效率,获得了较Ⅰ型量子阱直接跃迁显着增强的Ⅱ型量子点发光。在此基础上,还制备了AlGaAs势垒包围GaSb/GaAs量子点的DWELL复合结构,这种嵌入式复合结构所形成的特殊能带调控使载流子俘获更为直接有效,获得比QDW复合结构更强的Ⅱ型量子点发光。5.以InP基GaSb/InAlAs量子点和InGaAs/InAlAs量子阱构成的QDW复合结构,获得超过2μm的Ⅱ型量子点发光。组合InP基GaSb/InAlAs量子点和InGaAs/InAlAs量子阱外延生长获得QDW复合结构,通过调控QDW复合结构中量子点、量子阱和间隔层等相关参数,可以实现较大的带隙调节范围,当GaSb/InAlAs量子点和InGaAs/InAlAs量子阱的发光波长都调控到～1.5μm时,QDW复合结构发光波长可超过2μm。同时发现,QDW中Ⅱ型GaSb量子点发光强度均显着强于单层GaSb/InAlAs量子点或InGaAs/InAlAs量子阱。通过对以上几种半导体量子点和量子阱组成的QDW和DWELL复合结构的实验研究,证明与单一量子阱和单一量子点结构相比,复合结构的设计与制造拥有更多的选择,量子点尺寸、量子阱阱宽、各层材料组份、间隔层厚度和势垒层材料选择等,都可作为调控复合结构载流子布居、隧穿转移、辐射复合波长和寿命等光学特性的途径,用于改善或定制光电器件的性能。因此,半导体量子点和量子阱构成的复合结构是有效实行能带工程、改善和调控半导体低维量子结构材料物理特性、拓宽低维量子结构纳米材料应用领域的一种有效方案。
吴征远[9]（2019）在《半极性Ⅲ族氮化物材料外延与发光研究》文中提出Ⅲ族氮化物（InN,GaN,A1N）是纤锌矿结构的极性晶体、相互之间存在较大晶格失配,在其异质结构有源层内会形成强极化场,导致电子与空穴空间分离;此外由于InN与GaN之间的原子间距,平衡蒸气压和形成焓有巨大差异,c面高铟InGaN面临铟掺入效率低、铟团聚、相分离、高密度缺陷等问题,制备的长波段光电器件工作效率与寿命低。在GaN的非极性或半极性面上外延有源层结构材料,可消除或大幅减小生长方向的极化场,从而提高内量子效率,抑制GaN基器件在大功率工作条件下的效率下降问题,为大功率下工作效率下降的难题提供了一种可行的解决途径。近年来,由于半极性（1122）GaN原子面具有低极化场、铟掺入效率高、生长窗口大与光学增益高等优点引起强烈的研究兴趣。随后研究表明半极性（1122）面有潜力外延低极化场、高质量的高铟InGaN层,从而用于制备高光效长波段光电器件。但是半极性（1122）GaN缺乏低成本大尺寸的同质外延衬底,异质外延薄膜又有高密度结构缺陷与粗糙表面问题;因此半极性（1122）GaN基长波段光电器件的工作效率仍然较低。本文针对半极性材料面临的问题,采用金属有机化合物化学气相外延技术、表征与仿真方法展开半极性（1122）III族氮化物材料外延与发光研究,具体研究内容如下:1、采用非对称岛斜面生长方法（AISG）提高半极性GaN薄膜和InGaN量子阱的晶体质量与发光性能。采用AISG生长方法外延的薄膜穿透位错与底面堆垛层错密度为8 × 107 Cm-2与5 × 103cm-1（1122）面X射线衍射曲线半高宽为91 arcsec（X射线衍射方向为c轴）与293 arcsec（X射线衍射方向为m轴）,为国际上最好结果之一。在AISG半极性（1122）GaN薄膜上外延的高铟InGaN/GaN量子阱界面陡峭,铟组分均匀,光效高,发光波长为540nm。量子阱的变温CL谱（温度从80K到120K）与变功率PL谱中没有发现发光峰位的蓝移,表明在AISG半极性（1122）GaN薄膜上可外延高质量、低极化场的绿光波段InGaN/GaN量子阱。2、采用原位选择性填充富镓镓氮岛技术提高半极性GaN薄膜和InGaN量子阱的晶体质量与发光性能。原位选择性填充富镓镓氮岛技术可以有效阻断半极性GaN薄膜-c 区域与岛间合并边界处的高密度穿透位错与底面堆垛层错传播。（1122）面X射线衍射曲线半高宽为100 arcsec（X射线衍射方向为c轴）与580arcsec（X射线衍射方向为m轴）。以该薄膜为衬底制备的InGaN/GaN量子阱呈现橙绿双波段发光,发光波长为600nm与520nm。变功率光致发谱表明InGaN量子阱双发光峰位没有位移,表明InGaN/GaN量了阱中没有极化场。3、采用氮化硅预处理改善半极性（1122）GaN薄膜晶体质量。硅预处理蓝宝石表面可有效抑制GaN三维成岛生长与岛间合并阶段产生的穿透位错与底面堆垛层错。（1122）面X射线衍射曲线半高宽为110 arcsec（X射线衍射方向为c轴）与465arcsec（X射线衍射方向为m轴）。采用镁预处理GaN垒层。镁原子对于GaN垒层表面以及高铟InGaN/GaN的生长行有明显的影响;界面质量和发光性能得到明显提高。硅与镁的预处理技术可用于结合其他技术进一步提高半极性与非极性GaN基光电器件的性能。4、基于制备的半极性GaN薄膜上外延InGaN与InN二维超薄层。制备出高光效的紫外与紫光波段InGaN二维超薄层,发光波长在370nm与420nm。InGaN二维超薄层微观结构显示没有铟团聚、相分离与缺陷。制备出高光效的紫光、蓝光与绿光波段InN二维超薄层,发光波长分别在430、445nm、505nm与530nm。InN二维超薄层发光波段的调控直接通过改变超薄层的原子层厚度实现。
吴瑾照[10]（2019）在《氮化物半导体FP谐振腔中激子光子相互作用研究》文中研究指明GaN基材料是第三代宽禁带直接带隙半导体,其辐射复合效率高,物理化学性质优异。通过调整材料组分,其发光波长可以覆盖整个可见光波段。GaN基材料已经被用来制作商业化的半导体光电器件,尤其是蓝、绿光波段的发光二极管。另一方面,GaN基垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL）越来越受到国际上的关注,目前已经在光注入和电注入下实现激射。激射阈值是衡量VCSEL性能的一个重要参数,降低激射阈值是一个永恒的目标,利用激子极化激元被认为是实现极低阈值的有效途径。由于GaN基材料具有较大的激子结合能,当作为有源区嵌入谐振腔中,可以实现在室温下的激子-光子的强耦合作用,实现稳定的激子极化激元激射。但是在InGaN量子阱中,In组分的不均匀性会造成激子的非均匀展宽,内建电场会引起激子振子强度的减小,这些都会影响激子-光子之间的相互作用。本文围绕InGaN量子阱,结合双介质膜分布布拉格反射镜（Distributed Bragg Reflector,DBR）构成的谐振腔,开展基于激子-光子弱相互作用的低阈值VCSEL以及基于激子-光子强相互作用的激子极化激元的研究。主要研究内容包括以下几个方面:（1）谐振腔的工作原理分析与结构设计:通过对谐振腔结构中光场的分布以及限制因子,谐振腔的模式分布等物理性质进行分析与计算,设计可以增强激子与光子相互作用的谐振腔结构。（2）低阈值VCSEL器件的制备以及性能测试分析:采用较薄的量子阱层以及多个量子阱的耦合结构,提高了激子的结合能和振子强度,大幅度降低了非均匀展宽的负面影响;同时通过改进键合工艺,优化激光剥离以及化学机械抛光工艺参数,制备出具有纳米级表面粗糙度以及高质量的全介质膜DBR的谐振腔。在此基础上制备了目前世界上最低阈值、基于激子-光子弱耦合的VCSEL光子激射。（3）减小谐振腔的长度增加激子-光子的耦合效率:通过控制化学机械抛光过程中的压力以调整谐振腔的减薄过程,进一步减小谐振腔的长度从而将激子-光子的相互作用由弱耦合转向强耦合。采用角分辨测试方法调整腔模光子与激子之间的能量失谐,观测到了激子极化激元的色散关系;在低激发功率下获得的Rabi分裂值高达130meV。另一方面,利用楔形谐振腔,通过不同腔长来调谐光子的能量,观察到了激子与光子的强耦合以及激子极化激元的色散关系。（4）激子极化激元激射:通过傅立叶成像角分辨率测试系统,得到不同激发功率下的发光强度的mapping图,首次观察到基于InGaN量子阱的激子极化激元的激射。通过对mapping图的分析,得到激子极化激元在激发功率达到阈值之后,发光强度随着激发功率的增加呈现非线性增加,荧光光谱的峰位出现蓝移,以及线宽增加的现象,分析了有关的物理机理;进一步增加激发功率,观察到了光子激射。讨论对比了激子极化激元激射与光子激射性质的区别。本文结果证明通过合理设计QW结构,以及利用高质量谐振腔,可以减小非均匀展宽的负面影响,预计非均匀展宽在扩大到157meV的情况下仍能实现激子-光子的强耦合。本项目首次观察到了 InGaN量子阱中激子极化激元的激射,为极低阈值可见光激光器件提供科学参考。
二、(Ga,Mn,As)/GaAs的发光谱（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、(Ga,Mn,As)/GaAs的发光谱（论文提纲范文）
（1）高迁移率Ⅲ-Ⅴ族纳米线的可控合成与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩写及符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 一维纳米线简介 |
| 1.2.1 一维纳米线的性质与优势 |
| 1.2.2 一维纳米线的应用 |
| 1.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料简介 |
| 1.3.1 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的性质与优势 |
| 1.3.2 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的应用 |
| 1.4 Ⅲ-Ⅴ族纳米线的应用与研究现状 |
| 1.4.1 Ⅲ-Ⅴ族纳米线基场效应晶体管 |
| 1.4.2 Ⅲ-Ⅴ族纳米线基逻辑电路 |
| 1.4.3 Ⅲ-Ⅴ族纳米线基光电探测器 |
| 1.4.4 Ⅲ-Ⅴ族纳米线基太阳能电池 |
| 1.5 本论文的选题意义与研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 实验方法与原理 |
| 2.1 Ⅲ-Ⅴ族纳米线的生长方法与生长机理 |
| 2.1.1 Ⅲ-Ⅴ族纳米线的生长方法 |
| 2.1.2 Ⅲ-Ⅴ族纳米线的生长机理 |
| 2.1.3 Ⅲ-Ⅴ族纳米线的制备工艺及参数影响 |
| 2.2 纳米线场效应晶体管的原理与制备方法 |
| 2.2.1 场效应晶体管的原理 |
| 2.2.2 场效应晶体管的主要性能参数 |
| 2.2.3 纳米线场效应晶体管的制备方法 |
| 2.3 光电探测器的工作原理与主要性能参数 |
| 2.3.1 光电探测器的工作原理 |
| 2.3.2 光电探测器的主要性能参数 |
| 2.4 CMOS反相器的工作原理与主要性能参数 |
| 2.4.1 CMOS反相器的工作原理 |
| 2.4.2 CMOS反相器的主要性能参数 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 可控合成电子迁移率接近理论值的InP纳米线及其性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 InP纳米线的可控合成与材料表征 |
| 3.2.1 InP纳米线的可控合成 |
| 3.2.2 InP纳米线的材料表征 |
| 3.3 高结晶质量InP纳米线的生长机理分析 |
| 3.4 InP纳米线场效应晶体管的电学性能 |
| 3.4.1 InP纳米线场效应晶体管的制备过程 |
| 3.4.2 InP纳米线底栅场效应晶体管的电学性能测试与分析 |
| 3.4.3 InP纳米线顶栅场效应晶体管的电学性能测试与分析 |
| 3.5 InP纳米线场效应晶体管的光电探测性能测试与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 可控合成空穴迁移率达到理论值的GaSb纳米线及其性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 全比例可调GaAsSb纳米线的可控合成及性能研究 |
| 4.2.1 全比例可调GaAsSb纳米线的可控合成及材料表征 |
| 4.2.2 全比例可调GaAsSb纳米线场效应晶体管的电学性能测试与分析 |
| 4.2.3 全比例可调GaAsSb纳米线的红外探测性能测试与分析 |
| 4.3 Sn轻掺杂提高GaSb纳米线空穴迁移率的理论分析 |
| 4.4 Sn轻掺杂GaSb纳米线的可控合成 |
| 4.4.1 Sn轻掺杂GaSb纳米线的合成步骤 |
| 4.4.2 Sn轻掺杂GaSb纳米线的控制生长 |
| 4.4.3 采用Sn催化剂生长Ⅲ-Ⅴ族纳米线的普适性 |
| 4.5 Sn轻掺杂GaSb纳米线电学与光电器件制备及测试方法 |
| 4.5.1 Sn轻掺杂GaSb纳米线电学与光电器件的制备过程 |
| 4.5.2 Sn轻掺杂GaSb纳米线电学与光电器件的测试方法 |
| 4.6 Sn轻掺杂GaSb纳米线场效应晶体管的电学性能分析 |
| 4.6.1 Sn轻掺杂GaSb单根纳米线场效应晶体管的电学性能分析 |
| 4.6.2 Sn轻掺杂GaSb纳米线阵列场效应晶体管的电学性能分析 |
| 4.7 Sn轻掺杂高迁移率GaSb纳米线的表征 |
| 4.7.1 Sn轻掺杂高迁移率GaSb纳米线的表征方法 |
| 4.7.2 Sn轻掺杂高迁移率GaSb纳米线的微观结构与组分表征 |
| 4.7.3 Sn轻掺杂高迁移率GaSb纳米线的光学表征 |
| 4.7.4 Sn轻掺杂在高迁移率GaSb纳米线中的均匀性 |
| 4.8 Sn轻掺杂高迁移率GaSb纳米线器件的光电探测性能分析 |
| 4.8.1 Sn轻掺杂高迁移率GaSb单根纳米线器件的光电探测性能分析 |
| 4.8.2 Sn轻掺杂高迁移率GaSb纳米线阵列器件的光电探测性能分析 |
| 4.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 利用金属-半导体结进一步提高GaSb纳米线场效应空穴迁移率 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 利用金属-半导体结调控p型材料场效应空穴迁移率的原理分析 |
| 5.3 利用金属-半导体结提高GaSb纳米线场效应空穴迁移率 |
| 5.3.1 利用Al-GaSb结提高GaSb纳米线场效应空穴迁移率 |
| 5.3.2 利用金属-半导体结调控GaSb纳米线场效应空穴迁移率普适性 |
| 5.4 利用金属-半导体结提高p型材料场效应空穴迁移率的普适性 |
| 5.4.1 利用金属-半导体结提高p型GaAs纳米线场效应空穴迁移率 |
| 5.4.2 利用金属-半导体结提高p型GaAs薄膜场效应空穴迁移率 |
| 5.4.3 利用金属-半导体结提高p型GaSb晶片的霍尔迁移率 |
| 5.4.4 利用金属-半导体结提高p型2D WSe2场效应空穴迁移率 |
| 5.5 超高场效应空穴迁移率GaSb纳米线在CMOS反相器中的应用 |
| 5.5.1 p型GaSb纳米线与n型InGaAs纳米线CMOS反相器的制备 |
| 5.5.2 p型GaSb纳米线与n型InGaAs纳米线CMOS反相器性能分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的论文成果 |
| PAPER Ⅰ |
| PAPER Ⅱ |
| PAPER Ⅲ |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（2）基于范德华外延碲基薄膜的光电探测器制备及性能调控研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 CdTe半导体材料研究背景及进展 |
| 1.2 γ-MnTe半导体材料研究背景及进展 |
| 1.3 范德华外延概述 |
| 1.4 本论文的主要内容及文章结构 |
| 第二章 薄膜生长和表征方法及器件制备与测试技术 |
| 2.1 分子束外延技术 |
| 2.1.1 基本原理及系统结构 |
| 2.1.2 反射高能电子衍射 |
| 2.2 薄膜晶体结构与界面表征手段 |
| 2.2.1 高分辨X射线衍射 |
| 2.2.2 原子力显微镜 |
| 2.2.3 透射电子显微镜 |
| 2.3 薄膜光谱性质研究方法 |
| 2.3.1 透射光谱 |
| 2.3.2 光致发光谱 |
| 2.4 器件制备及测试 |
| 第三章 CdTe和 γ-MnTe单晶薄膜的范德华外延生长 |
| 3.1 二维层状氟晶云母衬底简介 |
| 3.2 CdTe薄膜的范德华外延制备 |
| 3.2.1 CdTe薄膜的范德华外延生长工艺 |
| 3.2.2 CdTe薄膜的晶体结构及表界面结构表征 |
| 3.3 γ-MnTe薄膜的范德华外延制备 |
| 3.3.1 γ-MnTe薄膜的范德华外延生长工艺 |
| 3.3.2 γ?MnTe薄膜的晶体结构及表界面结构表征 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 范德华外延CdTe薄膜光学性质及光电探测器 |
| 4.1 范德华外延CdTe薄膜的透射光谱 |
| 4.2 范德华外延CdTe薄膜光电探测器 |
| 4.2.1 CdTe薄膜光电探测器的制备 |
| 4.2.2 CdTe薄膜光电探测器的器件结构优化研究 |
| 4.2.3 CdTe薄膜光电探测器的光电响应特性 |
| 4.2.4 CdTe薄膜光电探测器的弯曲疲劳特性 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 自支撑CdTe薄膜场效应晶体管光电探测器 |
| 5.1 基于范德华外延特性的CdTe薄膜转移工艺 |
| 5.2 自支撑CdTe薄膜场效应晶体管光电探测器 |
| 5.2.1 自支撑CdTe薄膜场效应晶体管的制备 |
| 5.2.2 自支撑CdTe薄膜场效应晶体管的电学特性 |
| 5.2.3 自支撑CdTe薄膜场效应晶体管的光电响应特性 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 范德华外延γ-MnTe薄膜光学性质及宽光谱光电探测器 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 范德华外延γ-MnTe薄膜的光学性质 |
| 6.2.1 范德华外延γ-MnTe薄膜的透射及变温透射谱 |
| 6.2.2 范德华外延γ?MnTe薄膜的光致发光谱 |
| 6.3 范德华外延γ-MnTe薄膜宽光谱光电探测器 |
| 6.3.1 γ-MnTe薄膜光电探测器的制备及电学特性 |
| 6.3.2 γ-MnTe薄膜光电探测器的紫外光电响应特性 |
| 6.3.3 γ-MnTe薄膜光电探测器的宽光谱光电响应特性 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 工作总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学期间所取得的科研成果和奖励情况 |
| 致谢 |
（3）InGaN/GaN多量子阱中缺陷对其结构和性能的影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1. 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 GaN基半导体化合物的基本物理特性 |
| 1.2.1 Ⅲ族氮化物晶体结构和基本性质 |
| 1.2.2 InGaN/GaN多量子阱(MQWs)结构 |
| 1.3 GaN基LED简述 |
| 1.3.1 LED结构 |
| 1.3.2 LED发光原理 |
| 1.3.3 LED Efficiency Droop |
| 1.4 GaN基LED的缺陷研究进展 |
| 1.4.1 点缺陷 |
| 1.4.2 位错 |
| 1.4.3 V-pit缺陷 |
| 1.5 GaN基LED原位透射显微镜实验研究 |
| 1.6 选题意义与研究内容 |
| 1.6.1 选题意义 |
| 1.6.2 研究内容 |
| 2. GaN薄膜生长和表征方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 MOCVD设备 |
| 2.2.1 MOCVD设备现状 |
| 2.2.2 MOCVD设备组成和优势 |
| 2.3 MOCVD生长原理 |
| 2.3.1 MOCVD原理 |
| 2.3.2 MOCVD工艺 |
| 2.4 高分辨X射线光谱仪 |
| 2.4.1 HRXRD简介 |
| 2.4.2 MQWs衍射运动学 |
| 2.5 聚焦离子束刻蚀机 |
| 2.6 透射电子显微镜 |
| 2.7 原位透射电子显微实验方法 |
| 2.8 光致发光谱仪 |
| 2.9 本章小结 |
| 3. 原位老化下蓝、绿光InGaN/GaN MQWs的点缺陷产生及其发光特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 原位老化下蓝光InGaN/GaN MQWs的点缺陷产生及其发光特性研究 |
| 3.2.1 GaN基蓝光LED外延生长 |
| 3.2.2 HRXRD、STEM和PL结果与讨论 |
| 3.3 原位老化下蓝光InGaN/GaN MQWs的点缺陷产生及其发光特性研究 |
| 3.3.1 GaN基绿光LED生长及TEM样品制备 |
| 3.3.2 结构、性能及理论模拟分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4. V-pits缺陷生长机理及对绿光InGaN/GaN MQWs发光性能影响研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 GaN/AlGaN V-pits生长机理研究 |
| 4.2.1 实验部分 |
| 4.2.2 V-pits的结构分析及其生长机理分析 |
| 4.3 绿光InGaN/GaN MQWs中V-pits对其发光特性的影响研究 |
| 4.3.1 GaN基绿光LED外延生长 |
| 4.3.2 V-pits的结构、发光特性以及相关机理分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于V-pits缺陷调控生长三基色InGaN/GaN MQWs白光LED |
| 5.1 引言 |
| 5.2 三基色InGaN/GaN MQWs外延生长 |
| 5.3 结果分析 |
| 5.3.1 SEM表面形貌分析 |
| 5.3.2 HRXRD分析 |
| 5.3.3 STEM分析 |
| 5.3.4 CL分析 |
| 5.3.5 PL分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6. 原位电学TEM下绿光LED中InGaN/GaN MQWs的缺陷行为 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 GaN基绿光LED原位电学芯片制备 |
| 6.3 原位实验结果与讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 7. 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的主要成果 |
（4）半导体和有机物材料的自旋注入研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 金属中的自旋电子学 |
| 1.1.1 巨磁阻效应 |
| 1.1.2 磁性隧道结 |
| 1.2 半导体和自旋电子学 |
| 1.2.1 阻抗失配问题 |
| 1.2.2 半导体材料的自旋注入和探测 |
| 1.3 本文的研究内容和论文结构安排 |
| 1.3.1 本文的研究内容 |
| 1.3.2 论文结构安排 |
| 1.4 总结 |
| 第二章 材料的制备与表征方法 |
| 2.1 分子束外延生长和原位监控 |
| 2.1.1 分子束外延生长 |
| 2.1.2 反射式高能电子衍射仪原位监控 |
| 2.2 薄膜的表征 |
| 2.2.1 透射电子显微镜 |
| 2.2.2 原子力显微镜和压电力显微镜 |
| 2.2.3 振动样品磁强计和超导量子干涉仪 |
| 2.3 器件制备和表征 |
| 2.3.1 器件制备 |
| 2.3.2 器件表征 |
| 第三章 GaAs基自旋发光二极管 |
| 3.1 自旋发光二极管 |
| 3.1.1 自旋发光二极管概念和光选择定则 |
| 3.1.2 自旋发光二级管的潜在应用 |
| 3.2 GaAs基自旋发光二极管的研究现状 |
| 3.2.1 平行于面内的自旋注入结 |
| 3.2.2 垂直于面内的自旋注入结 |
| 3.2.3 具有垂直磁各向异性的CoFeB/MgO自旋注入结 |
| 3.3 包含单层InAs量子点的GaAs spin-LED的自旋注入研究 |
| 3.3.1 样品制备 |
| 3.3.2 磁场依赖关系 |
| 3.3.3 偏压依赖关系 |
| 3.3.4 温度依赖关系 |
| 3.4 总结 |
| 第四章 迈向GaN基自旋发光二极管 |
| 4.1 GaN基自旋发光二极管的研究进展 |
| 4.1.1 GaN基自旋发光二极管的应用优势 |
| 4.1.2 研究进展 |
| 4.1.3 研究工作的局限性 |
| 4.2 在GaN上开发具有垂直磁各向异性的自旋注入结 |
| 4.2.1 研究背景 |
| 4.2.2 GaN基板的表征 |
| 4.2.3 在GaN基板上生长MgO层 |
| 4.2.4 Fe/MgO自旋注入结的生长 |
| 4.2.5 在GaN上开发具有垂直磁各向异性的Co/MgO自旋注入结 |
| 4.3 GaN基发光二极管中的自旋注入 |
| 4.3.1 n-i-p型GaN基发光二极管结构 |
| 4.3.2 GaN spin-LED的器件工艺和电流-电压特性表征 |
| 4.3.3 极化分辨的电致发光谱测量 |
| 4.4 总结 |
| 第五章 有机多铁性隧道结中自旋极化的铁电控制 |
| 5.1 介绍 |
| 5.1.1 多铁性隧道结的原理 |
| 5.1.2 自旋极化的铁电控制 |
| 5.1.3 有机多铁性隧道结 |
| 5.2 PVDF:Fe_3O_4纳米复合物做势垒的有机多铁性隧道结 |
| 5.2.1 研究背景 |
| 5.2.2 器件制备 |
| 5.2.3 形貌表征 |
| 5.2.4 铁电表征 |
| 5.2.5 磁性表征 |
| 5.2.6 磁输运表征 |
| 5.3 总结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（5）掺杂氧化镓外延薄膜的生长、相变及物性调控研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 氧化镓材料简介 |
| 1.2.1 历史背景 |
| 1.2.2 晶体结构及基本性质 |
| 1.3 掺杂氧化镓外延薄膜的应用前景及研究进展 |
| 1.3.1 日盲光电探测器 |
| 1.3.2 稀磁半导体 |
| 1.3.3 发光器件 |
| 1.3.4 其它领域 |
| 1.4 研究内容及结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 制备方法及表征技术 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 薄膜的制备方法 |
| 2.2.1 激光分子束外延 |
| 2.2.2 金属有机化学气相沉积 |
| 2.2.3 磁控溅射 |
| 2.3 薄膜的表征技术 |
| 2.3.1 X射线衍射 |
| 2.3.2 X射线光电子能谱 |
| 2.3.3 显微技术 |
| 2.3.4 紫外可见吸收光谱及光致发光谱 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 基于Fe掺杂Ga_2O_3半绝缘薄膜的稀磁半导体 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 薄膜的生长及相变分析 |
| 3.2.1 薄膜的生长条件探索 |
| 3.2.2 薄膜的掺杂浓度 |
| 3.2.3 薄膜的晶体结构及相图 |
| 3.2.4 薄膜的元素成分及键态 |
| 3.2.5 薄膜的微观结构及形貌 |
| 3.3 薄膜的光学和电学特性 |
| 3.3.1 薄膜的光学性质及带隙 |
| 3.3.2 薄膜的暗电流及绝缘性 |
| 3.4 γ-Ga_2O_3:Fe薄膜稀磁半导体 |
| 3.4.1 第一性原理计算分析 |
| 3.4.2 薄膜的室温铁磁性 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 基于γ-Ga_2O_3:Mn磁性薄膜的日盲光电探测器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 薄膜的生长及缺陷分析 |
| 4.2.1 薄膜的生长及相变分析 |
| 4.2.2 薄膜的键态及元素组分 |
| 4.2.3 薄膜的截面及表面形貌 |
| 4.3 薄膜的基本物理特性 |
| 4.3.1 薄膜的吸收光谱及带隙 |
| 4.3.2 薄膜的光致发光特性 |
| 4.3.3 薄膜的室温铁磁性 |
| 4.4 Ga_2O_3:Mn日盲光电探测器 |
| 4.4.1 器件制备 |
| 4.4.2 器件的I-V特性 |
| 4.4.3 器件的I-t特性 |
| 4.4.4 性能评估 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于高质量ε-Ga_2O_3外延薄膜的日盲光电探测器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 薄膜的生长与基本表征 |
| 5.2.1 薄膜的生长条件探索 |
| 5.2.2 薄膜的晶体结构及相变分析 |
| 5.2.3 薄膜的微观形貌 |
| 5.2.4 薄膜的吸收光谱及带隙 |
| 5.2.5 薄膜的元素组成 |
| 5.3 ε-Ga_2O_3日盲光电探测器 |
| 5.3.1 器件制备 |
| 5.3.2 光谱选择性 |
| 5.3.3 器件的I-V特性 |
| 5.3.4 器件的I-t特性 |
| 5.3.5 性能评估 |
| 5.4 ε-Ga_2O_3:Mg日盲光电探测器 |
| 5.4.1 器件的I-V特性 |
| 5.4.2 器件的I-t特性 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间取得的学术成果列表 |
| 一、学术论文 |
| 作为第一作者 |
| 作为合作作者 |
| 二、专利 |
| 三、参加的会议 |
（6）光致金属—绝缘体瞬态转变的时间分辨研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩略词列表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 超短脉冲激光技术 |
| 1.3 光学泵浦探测技术 |
| 1.4 激光与物质相互作用 |
| 1.4.1 线性光学 |
| 1.4.2 非线性光学 |
| 1.5 本论文内容安排 |
| 2 金属–绝缘体转变的基本本机理 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 相与相变 |
| 2.3 金属–绝缘体转变的分类 |
| 2.4 金属–绝缘体转变的物理机制 |
| 2.4.1 能带理论 |
| 2.4.2 Anderson模型 |
| 2.4.3 Hubbard模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 非平衡态准粒子动动力学的理论模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 载流子弛豫模型 |
| 3.3 有效温度模型 |
| 3.4 Rothwarf–Taylor模型 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 超快时间分辨反射率实验装置 |
| 4.1 实验装置简介 |
| 4.2 钛宝石飞秒激光系统 |
| 4.3 飞秒激光脉宽的测量 |
| 4.4 实验数据的分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 半导体GaAs中光致金属–绝缘体转变 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 能带结构和激子 |
| 5.3 超快载流子动力学 |
| 5.3.1 温度依赖性 |
| 5.3.2 激发强度依赖性 |
| 5.3.3 实验结果的讨论 |
| 5.4 激子莫特转变 |
| 5.5 瞬态室温激子 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 钛氧化物Ti_4O_7中光致金属–绝缘体转变 |
| 6.1 引言 |
| 6.1.1 过渡金属氧化物 |
| 6.1.2 研究意义 |
| 6.2 晶格结构和两步相变 |
| 6.3 超快准粒子动力学 |
| 6.3.1 温度依赖性 |
| 6.3.2 激发强度依赖性 |
| 6.3.3 实验结果的讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间所发表学术论文 |
| 攻读博士学位期间所参加学术会议 |
| 致谢 |
（7）低维异质结构与新型Ⅲ-Ⅴ族半导体发光器件的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究现状简介 |
| 1.2.1 能级弥散理论 |
| 1.2.2 Ⅲ-Ⅴ族量子点激光器 |
| 1.2.3 Ⅲ-Ⅴ族量子阱及量子点超辐射管 |
| 1.3 论文的结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 理论基础与实验技术 |
| 2.1 半导体低维异质结构及器件的理论基础 |
| 2.1.1 半导体低维结构 |
| 2.1.2 半导体激光器的基本理论[5] |
| 2.1.3 半导体超辐射管的基本理论 |
| 2.2 半导体Ⅲ-Ⅴ族材料外延技术 |
| 2.2.1 金属有机化学气相沉积 |
| 2.2.2 分子束外延 |
| 2.3 半导体材料表征技术 |
| 2.3.1 X射线衍射 |
| 2.3.2 光致发光 |
| 2.3.3 原子力显微镜 |
| 2.3.4 其他表征技术 |
| 2.4 器件制备及测试技术 |
| 2.4.1 激光器/超辐射管制备工艺 |
| 2.4.2 激光器/超辐射管测试技术 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 能级弥散理论中弥散线型的分析研究 |
| 3.1 能级弥散理论介绍 |
| 3.2 能级弥散理论中不同弥散线型的计算 |
| 3.2.1 指数线型时的电子态密度 |
| 3.2.2 洛伦兹线型时的电子态密度 |
| 3.2.3 实际情况中可能的复合弥散线型 |
| 3.3 弥散电子态密度曲线在分数维度电子态系理论中的运用 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 Ⅲ-Ⅴ族量子阱材料及器件研究 |
| 4.1 InP基量子阱材料的结构及器件 |
| 4.1.1 InP基InGaAsP量子阱激光器及超辐射管 |
| 4.1.2 InP基AlGaInAs量子阱激光器及超辐射管 |
| 4.2 GaAs基量子阱材料的外延及器件 |
| 4.2.1 GaAs基InGaAs/GaAs量子阱结构外延 |
| 4.2.2 GaAs基InGaAs/GaAs量子阱激光器 |
| 4.2.3 GaAs基InGaAs/GaAs量子阱超辐射管 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 Ⅲ-Ⅴ族量子点材料及器件研究 |
| 5.1 GaAs基InAs量子点结构的生长及优化 |
| 5.1.1 量子点生长的优化方法 |
| 5.1.2 量子点器件有源区的生长 |
| 5.1.3 量子点器件AlGaAs上限制层的生长 |
| 5.2 GaAs基InAs量子点器件 |
| 5.2.1 MOCVD生长的量子点激光器 |
| 5.2.2 MBE生长的量子点激光器及超辐射管 |
| 5.3 硅基InAs量子点材料的生长研究 |
| 5.3.1 硅基GaAs材料的异变外延 |
| 5.3.2 硅基InAs量子点的生长 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文及申请的专利 |
（8）Ⅲ-Ⅴ族半导体量子点和量子阱复合结构纳米材料光学特性研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 低维半导体材料 |
| 1.2 Ⅲ-Ⅴ族半导体量子点 |
| 1.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体量子点和量子阱的复合结构 |
| 1.3.1 QDW复合结构 |
| 1.3.2 DWELL复合结构 |
| 1.3.3 复合结构应用现状及存在的问题 |
| 1.4 本论文的研究工作 |
| 参考文献 |
| 2 Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米材料的特性、制备与表征 |
| 2.1 Ⅲ-Ⅴ族半导体量子阱和量子点结构的特性 |
| 2.1.1 半导体量子阱特性 |
| 2.1.2 半导体量子点特性 |
| 2.2 Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米材料的制备技术 |
| 2.2.1 分子束外延(MBE)技术 |
| 2.2.2 自组织半导体量子点的生长 |
| 2.2.3 半导体量子阱的生长 |
| 2.3 原子力扫描显微镜(AFM) |
| 2.4 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.5 X射线衍射(XRD) |
| 2.6 光致发光测试系统 |
| 2.6.1 光致发光原理 |
| 2.6.2 光致发光技术 |
| 2.6.3 光致发光实验装置 |
| 2.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 3 量子点和量子阱的制备与优化 |
| 3.1 InAs/GaAs量子点的制备与优化 |
| 3.1.1 GaAs覆盖层厚度对双模自组织InAs QD的影响 |
| 3.1.2 InAs QD生长速率对量子点面密度的影响研究 |
| 3.2 GaSb/GaAs量子点的制备与优化 |
| 3.2.1 GaSb量子点随生长速率的变化 |
| 3.2.2 GaSb量子点随淀积层厚度的变化 |
| 3.3 InP基InGaAs/InAlAs量子阱的制备与优化 |
| 3.3.1 不同阱宽InGaAs/InAlAs量子阱的制备与发光波长调控 |
| 3.3.2 InGaAs/InAlAs量子阱的激子局域化 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 4 InAs/InGaAs量子点/量子阱复合结构 |
| 4.1 样品制备和形貌结构分析 |
| 4.2 低温低激发PL测量 |
| 4.3 变激发功率PL谱 |
| 4.4 PLE谱 |
| 4.5 变温度PL谱 |
| 4.6 TRPL谱 |
| 4.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 5 GaSb/(In)GaAs量子点/量子阱复合结构 |
| 5.1 GaSb/GaAs量子点和InGaAs/GaAs量子阱QDW复合结构 |
| 5.1.1 QDW样品制备和形貌 |
| 5.1.2 低温低激发功率密度PL谱 |
| 5.1.3 变激发功率PL谱 |
| 5.1.4 变温度PL谱 |
| 5.1.5 PLE谱 |
| 5.1.6 TRPL谱 |
| 5.1.7 本节小结 |
| 5.2 GaSb/AlGaAs量子点和GaAs/AlGaAs量子阱QDW复合结构 |
| 5.2.1 GaSb/AlGaAs量子点的制备和光学特性 |
| 5.2.2 QDW复合结构的制备和光学特性 |
| 5.2.3 本节小结 |
| 5.3 GaSb量子点嵌入GaAs/AlGaAs量子阱的DWELL结构 |
| 5.3.1 样品制备与结构 |
| 5.3.2 变激发功率密度PL谱 |
| 5.3.3 TRPL谱和PLE谱测试 |
| 5.3.4 本节小结 |
| 5.4 InP基GaSb/InAlAs量子点和InGaAs/InAlAs量子阱复合结构 |
| 5.4.1 GaSb/InAlAs量子点的制备和光学性质 |
| 5.4.2 GaSb/InAlAs量子点和InGaAs/InAlAs量子阱复合结构 |
| 5.4.3 本节小结 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 主要工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（9）半极性Ⅲ族氮化物材料外延与发光研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 Ⅲ族氮化物半导体发展历程 |
| 1.2 Ⅲ族氮化物半导体基本性质 |
| 1.3 Ⅲ族氮化物半导体光电器件面临的挑战与机遇 |
| 1.4. 论文架构 |
| 参考文献 |
| 第二章 外延技术、表征手段与仿真方法 |
| 2.1 金属有机物气相外延(MOVPE) |
| 2.2 材料表征 |
| 2.3 APSYS仿真 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 原位非对称岛斜面生长技术改善半极性(1122) GaN薄膜和InGaN量子阱的晶体质量与发光性能 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 原位非对称岛斜面生长技术 |
| 3.3 原位非对称岛斜面生长改善半极性(1122) GaN晶体质量 |
| 3.4 原位非对称岛斜面生长改善半极性(1122) InGaN量子阱发光性能 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 缺陷阻断技术改善半极性(1122) GaN薄膜和InGaN量子阱的晶体质量与发光性能 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 缺陷阻断技术:原位选择性填充富镓GaN岛技术 |
| 4.3 缺陷阻断技术改善半极性(1122)GaN晶体质量 |
| 4.4 缺陷阻断技术改善半极性(1122)InGaN量子阱发光性能 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 采用SiN_x与Mg预处理技术改善GaN与InGaN晶体质量与发光性能 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 原位SiN_x预处理蓝宝石表面改善半极性(1122) GaN晶体质量 |
| 5.3 用Mg预处理改善c面InGaN/GaN量子阱的界面质量和发光性能 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 半极性InGaN与InN二维超薄层外延与发光研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 半极性InGaN二维超薄层 |
| 6.3 半极性InN二维超薄层 |
| 6.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结与展望 |
| 附录 博士期间发表的论文与申请的专利 |
| 附件 |
| 致谢 |
（10）氮化物半导体FP谐振腔中激子光子相互作用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 Ⅲ族氮化物半导体材料的结构与性质 |
| 1.1.1 基本结构 |
| 1.1.2 材料特性 |
| 1.1.3 光学特性 |
| 1.2 氮化物半导体FP谐振腔结构研究进展 |
| 1.2.1 FP谐振腔种类 |
| 1.2.2 激子-光子弱耦合作用:VCSEL研究进展 |
| 1.2.3 激子-光子强耦合作用:激子极化激元 |
| 1.3 InGaN量子阱谐振腔中存在的问题 |
| 1.4 本论文的主要工作 |
| 参考文献 |
| 第二章 谐振腔中激子与光子的相互作用原理 |
| 2.1 激子 |
| 2.1.1 半导体中激子 |
| 2.1.2 量子阱中的激子 |
| 2.2 激子-光子相互作用 |
| 2.2.1 弱相互作用 |
| 2.2.2 强相互作用 |
| 2.3 谐振腔长度的影响 |
| 2.4 InGaN量子阱谐振腔结构设计与分析 |
| 2.4.1 分布布拉格反射镜 |
| 2.4.2 光场分布和光限制因子 |
| 2.4.3 谐振模式与纵模间距 |
| 2.4.4 谐振腔的品质因子 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 谐振腔制备工艺和实验测试方法 |
| 3.1 MOCVD生长技术 |
| 3.2 谐振腔制备的关键技术 |
| 3.2.1 键合技术 |
| 3.2.2 激光剥离 |
| 3.2.3 化学机械抛光 |
| 3.3 荧光测试方法 |
| 3.3.1 光致发光 |
| 3.3.2 傅里叶角分辨测试系统 |
| 3.3.3 时间分辨测量 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 低阈值InGaN量子阱VCSEL制备与激射特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 谐振腔制备工艺 |
| 4.2.1 谐振腔制备工艺流程 |
| 4.2.2 键合工艺的改进与参数优化 |
| 4.2.3 激光剥离工艺改进与参数优化 |
| 4.2.4 化学机械抛光工艺改进与参数优化 |
| 4.3 低阈值VCSEL激射特性 |
| 4.3.1 VCSEL结构和测试系统 |
| 4.3.2 VCSEL激射特性分析 |
| 4.4 低阈值VCSEL激射分析 |
| 4.4.1 VCSEL激射阈值与谐振腔腔长之间的关系 |
| 4.4.2 VCSEL激射阈值与耦合量子阱以及表面粗糙度的关系 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 激子与光子的强耦合作用 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 激子-光子强相互作用研究方法 |
| 5.2.1 谐振腔制备工艺与测试方法 |
| 5.2.2 耦合量子阱光学特性 |
| 5.3 谐振腔中激子极化激元的光学特性 |
| 5.3.1 激子极化激元的色散 |
| 5.3.2 激子散射对强耦合作用的影响 |
| 5.3.3 楔形谐振腔中的激子极化激元的色散 |
| 5.4 InGaN量子阱谐振腔中激子极化激元激射特性 |
| 5.4.1 激子极化激元激射的物理机制 |
| 5.4.2 激子极化激元激射特性 |
| 5.5 激子极化激元激射与光子激射的性质对比 |
| 5.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 在学期间发表论文 |
| 致谢 |
四、(Ga,Mn,As)/GaAs的发光谱（论文参考文献）
- [1]高迁移率Ⅲ-Ⅴ族纳米线的可控合成与性能研究[D]. 孙嘉敏. 山东大学, 2021(11)
- [2]基于范德华外延碲基薄膜的光电探测器制备及性能调控研究[D]. 连沁. 华东师范大学, 2021(12)
- [3]InGaN/GaN多量子阱中缺陷对其结构和性能的影响研究[D]. 刘青明. 陕西科技大学, 2021(01)
- [4]半导体和有机物材料的自旋注入研究[D]. 高雪. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [5]掺杂氧化镓外延薄膜的生长、相变及物性调控研究[D]. 黄元琪. 北京邮电大学, 2020(01)
- [6]光致金属—绝缘体瞬态转变的时间分辨研究[D]. 聂需辰. 北京工业大学, 2019(03)
- [7]低维异质结构与新型Ⅲ-Ⅴ族半导体发光器件的研究[D]. 刘昊. 北京邮电大学, 2019(08)
- [8]Ⅲ-Ⅴ族半导体量子点和量子阱复合结构纳米材料光学特性研究[D]. 王颖. 北京交通大学, 2019(01)
- [9]半极性Ⅲ族氮化物材料外延与发光研究[D]. 吴征远. 厦门大学, 2019(08)
- [10]氮化物半导体FP谐振腔中激子光子相互作用研究[D]. 吴瑾照. 厦门大学, 2019(07)