GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器外延材料PL谱研究

结合薛定谔方程和泊松方程,模拟计算得到GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器外延材料能带图,并对该材料进行光致荧光谱(PL)测量.结合理论计算,由材料吸收峰位置得到势垒高度以及势阱基态位置,采用传输矩阵法得到价带与导带基态能量,并由此推算出相应的红外探测响应波长.以傅里叶变换红外光谱仪对GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器器件进行光谱测量,测量结果表明,所采用的计算方法得出的理论结果与器件的光电流谱吻合较好,利用光荧光谱对外延材料进行测量,可以在器件工艺前,快速确定器件的探测波长,从而更加有效地开展器件的研究.     

3～5微米双势垒量子阱红外探测器结构在不同偏压下的光伏响应

首次采用不同偏压下的光伏谱方法无损测量到双势垒量子阱红外探测器结构的量子阱带间跃迁光伏谱响应．分析结果支持探测器有源区存在内建电场的说法：量子阱区存在由生长不对称引起的指向衬底的内建电场，同时势垒区存在相反的内建电场．     

量子阱红外探测器

评述了半导体量子阱内子带间光跃迁的主要特性以及量子阱红外探测器的物理问题和器件结构特点,介绍了国外在此领域研究的最新进展,讨论了有关子带间跃迁和量子阱红外探测器研究的若干发展趋势.     

双单量子阱材料的调制光谱研究

本文采用光调制光谱方法测量了GaAs/Ga_(1-x)Al_xAs双单量子阱材料的光调制反射光谱(PR),同时观察到了二个单量子阱中的带间激子跃迁,采用电场调制线形可以拟合出激子跃迁的能量,与简单的有限方势阱模型的计算结果符合。并且由调制反射光谱中的Franz-Keldysh振荡,计算得到材料表面内建电场约为29.3kV/cm。     

GaAs/Al_xGa_(1-x)As量子阱红外探测器光谱特性的研究

采用MBE法制备了不同结构参数及不同阱中掺杂浓度的GaAs/AlxGa1-xAs量子阱红外探测器外延材料。通过对量子阱红外探测器材料特性和器件特性的实验测试及理论分析,研究了量子阱红外探测器的响应光谱特性,并通过薛定谔方程和泊松方程的求解,对掺杂对量子阱能级的影响做了研究。结果表明,由于应力导致的能带非抛物线性使得阱中能级发生了变化,从而引起吸收峰向高能方向发生了漂移,而阱中进行适度的掺杂没有对量子阱能级造成影响,光致发光谱实验结果与之吻合较好。在光电流谱的实验分析基础之上,分析了量子阱阱宽、Al组分与峰值探测波长λ的关系,为量子阱红外探测器的设计优化提供了参考。     

长波量子阱红外探测器材料技术研究

针对红外探测应用开展了长波GaAs/AlGaAs量子阱材料技术研究。系统地介绍了量子阱红外探测器材料的材料设计、生长和表征。基于一维薛定谔方程的求解获得量子阱材料的能带结构,进行量子阱材料的设计。采用分子束外延技术进行量子阱材料的生长研究。对量子阱材料的室温光荧光谱和高分辨率X射线衍射测试结果表现出材料高度晶格完整性以及平整界面。基于布鲁斯特角配置的傅立叶红外光谱测试获得了量子阱材料子带间跃迁吸收产生的红外吸收谱。采用该材料制备出高性能的量子阱红外焦平面探测器。     

GaAs／AlxGa1—xAs多量子阱红外探测器的光调制光谱研究

运用光调制光谱方法测量了ＧａＡｓ／ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ多量子阱红外探测器材料的调制反射谱，结果表明光调制光谱可以精确确定阱宽、Ａｌ组分、子带跃迁能量和探测峰值波长等许多重要参数。结合实验结果，采用Ｋｒｏｎｉｇ－Ｐｅｎｎｙ模型对材料能带结构进行了理论计算，与实验结果相符。     

Al组分对GaAs/AlxGa1－xAs 量子阱红外探测器峰值响应波长的修饰

为了确定量子阱红外探测器(QWIP)峰值响应波长与 势垒中Al组分的关系,建立微观结构表征与宏观特性的关系, 设计不同组分含量的实验样品,对样品进行相应的测试,分析探讨了Al组分与理论峰值波长 的关系。利用金属有机 物化学气相沉积(MOCVD)生长GaAs/AlxGa1－xAs量子阱材料,分别制备出势垒中Al组分为0.23、0.32的1#、2#样品。用傅里叶光谱仪分别对其进行77K液氮温度下 响应光谱测试及室温光致 荧光(PL)测试。响应光谱结果显示,1#、2#样品峰值响应波长分别为8.36、7.58μm,与由薛定谔 方程计算得到的峰值波长9.672、7.928μm 的误差分别为15.6%、4.6%。利用高分辩透射扫描电镜(HRTEM)对样 品进行分析发现,GaAs与AlGaAs 晶格的不匹配及量子阱材料生长过程精度控制不够是造成1#样品误差较大的主要原因,说明 势垒中Al组分x减小致 使量子阱中的子带间距离逐渐缩小,导致峰值响应波长红移。PL实验结果与理 论计算相符合,说明改变势垒中Al组分x可实现QWIP峰值波长的 微调。     

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。     

量子阱光反射光谱的电调制机理

研究了量子阱材料光反射光谱的电调制机理,根据斯塔克效应,对量子阱中非激子的带间跃迁和激子跃迁两种情况,分析了电场引起的介电函数的改变和相应的光反射调制光谱线形,对GaAs/AlGaAs量子阱所得光反射光谱的实验结果与理论分析基本符合.     

高性能的电吸收调制器

A 100-μm-long electroabsorption modulator monolithically integrated with passive waveguides at the input and output ports is fabricated through ion implantation induced quantum well intermixing, using only a twostep low-pressure metal-organic vapor phase epitaxial process. An InGaAsP/InGaAsP intra-step quantum well is introduced to the active region to improve the modulation properties. In the experiment high modulation speed and high extinction ratio are obtained simultaneously, the electrical-to-optical frequency response （E/O response） without any load termination reaches to 22 GHz, and extinction ration is as high as 16 dB.     

High-performance electroabsorption modulator

l frequency response (E/O response) without any load termination reaches to 22 GHz, and extinction ration is as high as 16 dB.     

AlGaAs/GaAs量子阱探测器的吸收光谱研究

从定态Schrodinger方程出发,研究了不同Al组分和不同温度对宽量子阱红外探测器吸收光谱的影响。当体系的费米能级固定后,发现量子阱基态束缚能随着A1组分增长而变大,且相应的吸收光谱峰值趋于短波。环境温度对A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器的响应光谱影响不大。通过理论计算定量给出了A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器吸收光谱随量子阱阱宽、Al组分和温度变化的规律。     

Quantum Confinement Effects in Strained SiGe/Si Multiple Quantum Wells

Strained SiGe/Si multiple quantum wells (MQWs) were grown by cold-wall ultrahigh vacuum chemical vapor deposition (UHV/CVD). Photoluminescence measurement was performed to study the exciton energies of strained Si0.84 Ge0.16/Si MQWs with SiGe well widths ranging from 4.2nm to 25.4nm. The confinement energy of 43meV is found in the Si0.84Ge0.16/Si MQWs with well width of 4.2nm. The confinement energy was calculated by solving the problem of a particle confined in a single finite rectangular poteintial well using one band effect mass model. Experimental and theoretical confinement energies are in good agreement     

Quantum Confinement Effects in Strained SiGe/Si Multiple Quantum Wells

Two heterointerfaces with several nanometers apart will confine the electrons(orholes) in the resulting wells.In the well,there existthe quantized subband levels.Confine-ment of carriers in1D(1dimension) ,2 D or3D occurs in the nanomet...     

量子阱无序的窗口结构InGaAs/GaAs/AlGaAs量子阱激光器

对ＳｉＯ２薄膜在快速热退火条件下引起的空位诱导ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ应变量子阱无序和ＳｒＦ２薄膜抑制其量子阱无序的方法进行了实验研究。并将这两种技术的结合（称为选择区域量子阱无序技术）应用于脊形波导ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ应变量子阱激光器，研制出具有无吸收镜面的窗口结构脊形波导量子阱激光器。该结构３μｍ条宽激光器的最大输出功率为３４０ｍＷ，和没有窗口的同样结构的量子阱激光器相比，最大输出功率提高了３６％。在１００ｍＷ输出功率下，发射光谱中心波长为９７８ｎｍ，光谱半宽为１．２ｎｍ。平行和垂直方向远场发散角分别为７．２°和３０°     

1064nm RCE探测器光电响应特性分析

对1064nm谐振腔增强型（RCE）光电探测器(PD)的光电响应特性进行了分析研究．利用MBE生长技术得到有源区分别为量子阱和量子点的1064nm RCE探测器的外延片,并对制作的探测器进行了各种光电特性测试．结果表明量子阱结构的RCE探测器量子效率峰值达到57%,谱线半宽6～7nm,峰值波长1059nm;而量子点结构的RCE探测器量子效率峰值达到30%,谱线半宽5nm,峰值波长1056nm．通过分析量子效率和吸收系数之间的关系,对两种结构器件的吸收进行了比较,发现虽然量子点探测器的吸收小,但通过合理设计共振腔等方法也可以达到较高的量子效率．两种结构的器件都有很好的Ｉ-Ｖ特性．     

Shallow and Undoped Germanium Quantum Wells: A Playground for Spin and Hybrid Quantum Technology

Buried‐channel semiconductor heterostructures are an archetype material platform for the fabrication of gated semiconductor quantum devices. Sharp confinement potential is obtained by positioning the channel near the surface; however, nearby surface states degrade the electrical properties of the starting material. Here, a 2D hole gas of high mobility (5 × 10⁵ cm² V^?1 s^?1) is demonstrated in a very shallow strained germanium (Ge) channel, which is located only 22 nm below the surface. The top‐gate of a dopant‐less field effect transistor controls the channel carrier density confined in an undoped Ge/SiGe heterostructure with reduced background contamination, sharp interfaces, and high uniformity. The high mobility leads to mean free paths ≈ 6 µm, setting new benchmarks for holes in shallow field effect transistors. The high mobility, along with a percolation density of 1.2 × 10¹¹cm^?2, light effective mass (0.09m_e), and high effective g‐factor (up to 9.2) highlight the potential of undoped Ge/SiGe as a low‐disorder material platform for hybrid quantum technologies.     

InGaAsP量子阱混合技术理论及模拟研究

本文以品格中原子的扩散理论为基础，分析了四元系InGaAsP半导体材料中Ⅲ、Ⅴ族原子的扩散规律，建立了量子阱和超晶格结构中量子阱混合(QWI)的理论模型，模拟计算了半导体材料中组分浓度与扩散长度的关系，以及应变与扩散长度的关系，计算分析了应变对量子阱带隙、带结构和量子跃迁的影响，获得了一些有价值的结论，为量子阱混合试验和量子阱及超晶格集成器件的开发和研究提供了重要的理论基础。     

980nm高功率应变量子阱阵列激光器的研制

利用分子束外延（MBE）方法研制出了高质量的InGaAs/GaAs/AlGaAs应变量子阱阵列激光器。其有源区采用分别限制单量子阱结构，激射波长在980nm左右，阵列器件由48个LD构成，在重复频率300Hz、脉冲宽度200μs的条件下，定温光功率输出达到20W，斜率效率1.1W/A，光电转换效率29％。