MOCVD生长GaAsP/GaInP量子阱材料的发光特性

通过利用低压金属有机物化学气相沉积技术,在不同偏向角的GaAs衬底上生长了GaAsP/GaInP量子阱外延层结构。通过对样品室温光致发光测试结果的分析,讨论了势垒层生长温度、势阱层Ⅴ/Ⅲ比以及衬底偏向角对外延片发光波长、发光强度及半峰全宽的影响。发现在相同生长条件下,势垒层低温生长的量子阱发光更强;降低势阱层Ⅴ/Ⅲ比可以增加样品的发光强度,同时发光的峰值波长会出现红移。相同生长条件下,样品的发光强度会随其衬底偏向角的增加而增强,半峰全宽随其衬底偏向角的增大而减小。     

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.     

GaAlAs/GaAs量子阱材料的光荧光谱研究

分子束外延生长GaAlAs/GaAs量子阱材料时,适当的衬底温度和Ⅴ/Ⅲ束流比是改善AlGaAs材料生长质量的重要因素。对GaAs、GaAlAs材料的生长条件进行优化,获得了高质量的量子阱材料,有源层分别为8nm、10nm、12nm时,10K下的PL谱半峰宽(FWHM)分别为6.42meV、6.28meV、6.28meV。     

MOCVD生长1．06μm InGaAs／GaAs量子阱LDs

用低压MOCVD生长应变InGaAs/GaAs量子阱,采用中断生长、应变缓冲层(SBL)、改变生长速度和调节Ⅴ/Ⅲ等方法改善InGaAs/GaAs量子阱的光致发光(PL)质量。PL结果表明,10s生长中断结合适当的SBL生长的量子阱PL谱较好。该量子阱应用于1.06μm激光器的制备,未镀膜的宽条激光器(100μm×1000μm)有低阈值电流密度(110A/cm2)和高的斜率效率(0.256W/A,per.facet)。     

应变量子阱传输矩阵法设计及MOCVD外延制备

借鉴光波导设计的传输矩阵法思想 ,引入传输矩阵方法进行量子阱设计的应用 ,以 980nm半导体激光器用的应变量子阱为例 ,利用MOCVD外延生长技术设计生长了InGaAs/GaAs应变量子阱结构 ,测量PL谱峰值波长与设计波长吻合 ,X双晶衍射仪标定的量子阱组分和厚度基本与设计一致 ,从而验证了传输矩阵法用于量子阱设计是一种有效快捷的方法。     

InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品,进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量.PL测量结果表明,相对于带有蓝宝石衬底的样品,InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移,而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移;喇曼光谱的结果表明,激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1.这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放,但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化.XRD的结果证实了这一结论.     

InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品,进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量.PL测量结果表明,相对于带有蓝宝石衬底的样品,InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移,而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移;喇曼光谱的结果表明,激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1.这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放,但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化.XRD的结果证实了这一结论.     

生长温度对InGaN/GaN多量子阱LED光学特性的影响

利用低压MOCVD系统,在蓝宝石衬底上外延生长了InGaN/GaN多量子阱蓝紫光LED结构材料.研究了生长温度对有源层InGaN/GaN多量子阱的合金组分、结晶品质及其发光特性的影响.结果表明当生长温度从730℃升到800℃时,LED的光致发光波长从490nm移到380nm,室温下PL谱发光峰的半高全宽从133meV降到73meV,表明了量子阱结晶性的提高.高温生长时,PL谱中还观察到了GaN的蓝带发光峰,说明量子阱对载流子的限制作用有所减弱.研究表明,通过改变生长温度可以对LED发光波长及有源层InGaN的晶体质量实现良好的控制.     

分子束外延生长高应变单量子阱激光器

采用分子束外延方法研究了高应变InGaAs/GaAs量子阱的生长技术.将InGaAs/GaAs量子阱的室温光致发光波长拓展至1160nm,其光致发光峰半峰宽只有22meV.研制出1120nm室温连续工作的InGaAs/GaAs单量子阱激光器.对于100μm条宽和800μm腔长的激光器,最大线性输出功率达到200mW,斜率效率达到0.84mW/mA,最低阈值电流密度为450A/cm2,特征温度达到90K.     

InGaN/GaN 和 InGaN/AlGaN 多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品，进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量. PL测量结果表明，相对于带有蓝宝石衬底的样品，InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移，而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移；喇曼光谱的结果表明，激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1. 这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放，但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化. XRD的结果证实了这一结论.     

InGaAs／GaAs自组织量子点光致发光特性研究

用PL谱测试研究了GaAs和不同In组份InxGa1-xAs(x=0.1,0.2,0.3)覆盖层对分子外延生长的InAs/GaAs自组织量子点发光特性的影响,用InxGa1-xAs外延层覆盖InAs/GaAs量子点,比用GaAs做 其发光峰能量向低有端移动,发光峰半高度变窄,量子点发光峰能量随温度的红移幅度较小,理论计算证实这是由于覆盖层InxGa1-xAs减小了InAs表面应力导致发光峰红移,而In元素有效抑制了InAs/GaAs界面组份的混杂,量子点的均匀性得到改善,PL谱半高宽变窄,用InGaAs覆盖的In0.5Ga0.5As/GaAs自组织量子点实现了1．3μm发光,室温下PL谱半高宽为19．2meV,是目前最好的实验结果。     

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。     

1.31μm垂直腔面发射激光器材料生长及其物理特性

采用气态源分子束外延(GSMBE)技术在InP衬底上生长发光波长为1.31μm的InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱和在GaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs分布布拉格反射镜(DBR),并用直接键合技术将生长在InP基上的InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱结构组装到GaAs衬底上生长的DBR结构上,对其微结构和发光等特性进行了比较系统的研究.发现500～620℃的高温键合过程和后续的剥离工艺不仅没有引起量子阱发光效率的降低,反而由于键合过程中的退火改进了晶体质量,大大提高了量子阱的发光强度,其中620℃退火处理后的光致发光强度是原生样品的3倍.     

1.31μm垂直腔面发射激光器材料生长及其物理特性

采用气态源分子束外延(GSMBE)技术在InP衬底上生长发光波长为1.31μm的InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱和在GaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs分布布拉格反射镜(DBR),并用直接键合技术将生长在InP基上的InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱结构组装到GaAs衬底上生长的DBR结构上,对其微结构和发光等特性进行了比较系统的研究.发现500～620℃的高温键合过程和后续的剥离工艺不仅没有引起量子阱发光效率的降低,反而由于键合过程中的退火改进了晶体质量,大大提高了量子阱的发光强度,其中620℃退火处理后的光致发光强度是原生样品的3倍.     

MOCVD生长GaAs/AlGaAs量子阱研究

利用常压MOCVD技术在较低生长速率下生长出多种GaAs/AlGaAs多量子阱结构材料,利用低温PL谱和TEM对材料结构进行了表征。所得势阱和势垒结构厚度均匀平整,最窄阱宽为1.8nm。本研究表明,低速率(γ≤0.5nm/s)连续生长工艺能够避免杂质在界面富集,优于间断生长工艺,且在掺si n~+-GaAs衬底上所得量子阱发光强度高于掺Cr SI-GaAs衬底上的结果。     

宽带3-5μm量子阱红外探测器的研制

采用分子束外延方法在GaAs衬底上生长了n型掺杂的应变InGaAs/A1GaAs多量子阱结构,制作成3-5μm波段的量子阱红外探测器,响应峰值波长λp=4.2μm,响应带宽可达△λ/λ=50%,500K黑体探测率DBB(500,1000,1)达1.7×1010cm@Hz1/2/W.     

GaAlAs/GaAs量子阱材料的光荧光谱研究

分子束外延生长GaAlAs／GaAs量子阱材料时，适当的衬底温度和Ⅴ／Ⅲ束流比是改善AlGaAs材料生长质量的重要因素。对GaAs、GaAlAs材料的生长条件进行优化，获得了高质量的量子阱材料，有源层分别为8nm、10nm、12nm时，10K下的PL谱半峰宽（FWHM）分别为6．42meⅤ、6．28meⅤ、6．28meⅤ。     

InGaAs/AlGaAs量子阱中量子尺寸效应对PL谱的影响

本文采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法设计并生长了两组InGaAs／A1GaAs应变多量子阱，量子阱的厚度分别为3nm和6nm，对其光致发光谱(PL)进行了研究，二者的发光波长分别为843nm和942nm，用有限深单量子阱理论近似计算了由于量子尺寸效应和应变效应引起的InGaAs／A1GaAs量子阱带隙的改变，这解释了两组样品室温下PL发射波长变化的原因。     

生长温度对于Ge衬底上分子束外延生长的InGaAs/GaAs量子阱结构质量的影响

本文研究了斜切割（100）Ge衬底上InxGa1-xAs/GaAs量子阱结构的分子束外延生长（In组分为0.17或者0.3）。所生长的样品用原子力显微镜、光致发光光谱和高分辨率透射电子显微镜进行了测量和表征。结果发现,为了生长没有反相畴的GaAs缓冲层,必须对Ge衬底进行高温退火。在GaAs外延层和InxGa1-xAs/GaAs量子阱结构的生长过程中,生长温度是一个至关重要的参数。文中讨论了温度对于外延材料质量的影响机理。通过优化生长温度,Ge衬底上的InxGa1-xAs/GaAs量子阱结构的光致发光谱具有很高的强度、很窄的线宽,样品的表面光滑平整。这些研究表面Ge 衬底上的III-V族化合物半导体材料有很大的器件应用前景。     

Design and Characteristics of InGaAs/GaAs MQW SEED Arrays Structure

讨论了谐振腔中的DBR对InGaAs／GaAs多量子阱SEED面阵光反射特性的影响．采用InGaAs／GaAs作为多量子阱SEED器件的有源区,从而获得了980nm工作波长．设计和分析了InGaAs／GaAs多量子阱SEED中的一种用于倒装焊的新型谐振腔结构．多量子阱材料是用MOCVD系统生长,利用微区光反射谱、PL谱以及X射线双晶衍射对多量子阱材料进行了测量和分析,测量结果表明多量子阱材料具有良好的质量,证明了器件结构的设计和分析是准确的．