均匀色角向分布的LED远荧光粉结构光学设计

从荧光粉散射机理分析了LED器件色角向分布不均匀的形成原因,提出了一种利用逐点步进光学设计方法,实现了不同入射角度内蓝光光程相等的远荧光粉层结构.应用该方法设计了使用不同折射率载体的LED远荧光粉层光学结构.模拟结果显示,应用所设计的光学形状的远荧光粉层结构,相比传统平面荧光粉层结构,75°方向光斑边缘与中心法线方向色差du'v'从0.05降低到0.01左右,色温偏移降低了43％～98％不等,有效改善了白光LED远程荧光粉封装结构的色度均匀性.该设计不需要增加或改变封装工艺手段,工业生产实现简单,额外成本很少,具有较强的实际应用价值.     

InAs/GaAs量子点中间带太阳电池的理论研究与优化

基于InAs/GaAs量子点中间带太阳电池(QD-IBSC)结构和载流子漂移扩散理论建立了计算电流密度与静电势的数学模型,从理论上分析了量子点中间带太阳电池的电压电流特性,定量讨论了量子点层厚度、温度以及n型掺杂对电压电流特性的影响.模拟结果表明:在i层厚度取400 nm时转化效率达到最大值14.01％;温度会对量子点中间带太阳电池的电压电流特性产生影响,温度在300～350 K范围内,开路电压Voc随温度的升高而明显减小,短路电流Jsc几乎不变;对i区进行n型掺杂会抑制量子点层发挥作用.     

InAs/GaAs系列量子点研究

为了获得波长长、均匀性好和发光效率高的量子点,采用分子束外延（MBE）技术和S-K应变自组装模式,在GaAs（100）衬底上研究生长了三种InAs量子点。采用MBE配备的RHEED确定了工艺参数：As压维持在1.33×10^-5Pa;InAs量子点和In0.2Ga0.8As的生长温度为500℃;565℃生长50nmGaAs覆盖层。生长了垂直耦合量子点（InAs1.8ML/GaAs5nm/InAs1.8ML）、阱内量子点（In0.2Ga0.8As5nm/InAs2.4ML/In0.2Ga0.8As5nm）和柱状岛量子点（InAs分别生长1.9、1.7、1.5ML,停顿20s后,生长间隔层GaAs2nm）。测得对应的室温光致发光（PL）谱峰值波长分别为1.038、1.201、1.087μm,半峰宽为119.6、128.0、72.2nm、相对发光强度为0.034、0.153、0.29。根据PL谱的峰位、半峰宽和相对发光强与量子点波长、均匀性和发光效率的对应关系,可知量子点波长有不同程度的增加、均匀性越来越好、发光效率显著增强。     

InAs/GaAs系列量子点研究

为了获得波长长、均匀性好和发光效率高的量子点,采用分子束外延(MBE)技术和S-K应变自组装模式,在GaAs(100)衬底上研究生长了三种InAs量子点。采用MBE配备的RHEED确定了工艺参数:As压维持在1.33×10-5Pa;InAs量子点和In0.2Ga0.8As的生长温度为500℃;565℃生长50nmGaAs覆盖层。生长了垂直耦合量子点(InAs1.8ML/GaAs5nm/InAs1.8ML)、阱内量子点(In0.2Ga0.8As5nm/InAs2.4ML/In0.2Ga0.8As5nm)和柱状岛量子点(InAs分别生长1.9、1.7、1.5ML,停顿20s后,生长间隔层GaAs2nm)。测得对应的室温光致发光(PL)谱峰值波长分别为1.038、1.201、1.087μm,半峰宽为119.6、128.0、72.2nm、相对发光强度为0.034、0.153、0.29。根据PL谱的峰位、半峰宽和相对发光强与量子点波长、均匀性和发光效率的对应关系,可知量子点波长有不同程度的增加、均匀性越来越好、发光效率显著增强。     

InAs/GaAs量子点激光器结温研究

对利用气源分子束外延(GSMBE)技术生长的InAs/GaAs量子点激光器的工作结温进行了研究,结温的测试是基于量子点激光器的温度升高会导致Fabry-Perot(F-P)腔的腔模移动.在20℃脉冲工作模式下,当脉冲注入电流的占空比从1%变化到准连续波(95%),InAs/GaAS量子点激光器的结温升高了23.9℃,在相同的测试条件下,商用量子阱激光器的结温仅升高了3.5℃.InAs/GaAs量子点激光器的结温比商用量子阱激光器的结温升高了6.8倍,这是影响激光器性能的一个重要参数.     

基于图形衬底的InAs/GaAs量子点和量子环液滴外延

液滴外延生长半导体材料是一种较为新颖的MBE生长技术,而图形衬底对液滴外延的影响到目前为止并没有非常详细的研究结果. 作者在GaAs μm级别图形衬底上进行了InAs的液滴外延生长,并在不同结构的图形衬底上得到了不同的InAs量子点和量子环生长结果.基于生长结果,分析了图形衬底对液滴外延的影响和液滴外延下量子点和量子环的形成机制以及分布规律.     

基于图形衬底的InAs/GaAs量子点和量子环液滴外延

液滴外延生长半导体材料是一种较为新颖的MBE生长技术.而图形衬底对液滴外延的影响到目前为止并没有非常详细的研究结果.作者在GaAsμm级别网形衬底上进行了InAs的液滴外延生长,并在不同结构的图形衬底上得到了不同的InAs量子点和量子环生长结果.基于生长结果,分析了图形衬底对液滴外延的影响和液滴外延下最子点和量子环的形成机制以及分布规律.     

高效率量子点中间带太阳电池的构建与实现

中间带太阳电池是为了充分利用太阳光谱中的红外光子能量而提出的一种高效率新概念太阳电池。介绍了中间带太阳电池的能量上转换原理、量子点中间带的物理优势、量子点中间带太阳电池的结构组态和理论转换效率。评述了它的近期研究进展,并提出了发展这种新概念太阳电池的若干技术对策,其中包括补偿量子点的积累应变、优化量子点的生长参数和选择新的量子点结构。最后指出,由于应变的补偿,有序量子点层的形成以及新量子点结构的采用使太阳电池的光伏性能得以有效改善。可以预期,具有高转换效率的量子点中间带太阳电池的构建与实现将会对未来的光伏技术与产业带来革命性的影响。     

自组织InAs/GaAs量子点的表面氮化研究

用低温光荧光(PL)和透射电子显微镜(TEM)研究了表面氮化自组织InAs/GaAs量子点的光学性能和微观结构。结果表明氮化后形成薄层的InAsN薄膜作为应变缓和层覆盖在量子点的表面,使得随着氮化时间的增加,InAs量子点的位错密度提高、尺寸变大、纵横比提高、发光波长变长、强度变低。     

InAs/GaAs自组织量子点激发态的激射

将覆盖层引入生长停顿的量子点结构作为激光器有源区来研究量子点激光器受激发射机制．由于强烈的能带填充效应, 光致发光谱和电致发光谱中观察到对应于量子点激发态跃迁的谱峰,大激发时其强度超过基态跃迁对应的谱峰．最后激发态跃迁达到阈值条件, 激射能量比结构相似但不含量子点的激光器低,表明量子点激光器中首先实现受激发射是量子点的激发态．     

InAs/GaAs量子点材料和激光器

介绍了近年来长波长InAsG/aAs量子点材料的生长、结构性质和量子点激光器的研究进展。     

InAs/GaAs自组装量子点结构的能带不连续量

为确定异质结界面带阶,结合光致发光(PL)谱和深能级瞬态谱(DLTS)测量结果,利用有效质量近似理论,计算得到了InAs/GaAs自组装量子点结构的能带不连续量,其中导带不连续量ΔEc＝0.97 eV,价带不连续量ΔEv＝0.14 eV.     

Stable Temperature Characteristics of InAs／GaAs Quantum Dots at Long Wavelength Emission

The time-resolved photoluminescence and steady photoluminescence (TRPL and PL) spectra on self-assembled InAs/GaAs quantum dots (QDs) are investigated. By depositing GaAs/InAs short period superlattices (SLs), 1. 48μm emission is obtained at room temperature. Temperature dependent PL measurements show that the PL intensity of the emission is very steady. It decays only to half as the temperature increases from 15 K to room temperature, while at the same time, the intensity of the other emission decreases by a factor of 5 orders of magnitude. These two emissions are attributed to large-size QDs and short period superlattices (SLs), respectively. Large-size QDs are easier to capture and confine carriers, which benefits the lifetime of PL, and therefore makes the emission intensity insensitive to the temperature.     

室温全电可操作的InAs/GaAs量子点存储器

报道基于高电子迁移率晶体管(HEMT)结构的InAs/GaAs量子点存储器,它既可以在室温下工作,又可以完全由栅极电压来控制其存储状态.在室温下通过对InAs/GaAs量子点存储器的延滞回线、偏压降温C-V等特性的实时测试,证明了其存储机理是由量子点层的深能级引起的,而并非是由量子点本征能级的充、放电所造成的.     

室温全电可操作的InAs/GaAs量子点存储器

报道基于高电子迁移率晶体管(HEMT)结构的InAs/GaAs量子点存储器,它既可以在室温下工作,又可以完全由栅极电压来控制其存储状态.在室温下通过对InAs/GaAs量子点存储器的延滞回线、偏压降温C-V等特性的实时测试,证明了其存储机理是由量子点层的深能级引起的,而并非是由量子点本征能级的充、放电所造成的.     

InGaAs/GaAs量子阱中自组装InAs量子点的光学性质

在InGaAs/GaAs量子阱中生长了两组InAs量子点样品,用扫描电子显微镜(SEM)测量发现,量子点呈棱状结构,而不是通常的金字塔结构,这是由多层结构的应力传递及InGaAs应变层的各向异性引起的.采用变温光致发光谱(TDPL)和时间分辨谱(TRPL)研究了其光致发光稳态和瞬态特性.研究发现,InGaAs量子阱层可以有效地缓冲InAs量子点中的应变,提高量子点的生长质量,可以在室温下探测到较强的发光峰.在量子阱中生长量子点可以获得室温下1 318 nm的发光,并且使其PL谱的半高宽减小到25 meV.     

Annealing behavior of InAs/GaAs quantum dot structures

We investigate the annealing behavior of InAs layers with different thicknesses in a GaAs matrix. The diffusion enhancement by strain, which is well established in strained quantum wells, occurs in InAs/GaAs quantum dots (QDs). A shift of the QD luminescence peak toward higher energies results from this enhanced diffusion. In the case of structures where a significant portion of the strain is relaxed by dislocations, the interdiffusion becomes negligible, and there is a propensity to generate additional dislocations. This results in a decrease of the QD luminescence intensity, and the QD peak energy is weakly affected.     

Core/Shell Quantum Dots Solar Cells

Semiconductor nanocrystals, the so‐called quantum dots (QDs), exhibit versatile optical and electrical properties. However, QDs possess high density of surface defects/traps due to the high surface‐to‐volume ratio, which act as nonradiative carrier recombination centers within the QDs, thereby deteriorating the overall solar cell performance. The surface passivation of QDs through the growth of an outer shell of different materials/compositions called “core/shell QDs” has proven to be an effective approach to reduce the surface defects and confinement potential, which can enable the broadening of the absorption spectrum, accelerate the carrier transfer, and reduce exciton recombination loss. Here, the recent research developments in the tailoring of the structure of core/shell QDs to tune exciton dynamics so as to improve solar cell performance are summarized. The role of band alignment of core and shell materials, core size, shell thickness/compositions, and interface engineering of core/thick shell called “giant” QDs on electron–hole spatial separation, carrier transport, and confinement potential, before and after grafting on the carrier scavengers (semiconductor/electrolyte), is described. Then, the solar cell performance based on core/shell QDs is introduced. Finally, an outlook for the rational design of core/shell QDs is provided, which can further promote the development of high‐efficiency and stable QD sensitized solar cells.