深紫外波段AlGaN電光效應(yīng)調(diào)制.pdf

1、深紫外非線性光學(xué)材料在光信息處理和高速光通訊等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，發(fā)展適宜工作在深紫外波段的新型非線性光學(xué)材料成為國際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研發(fā)的熱點。AlGaN基半導(dǎo)體憑借寬帶隙帶來的信道容量大、纖鋅礦晶格排列缺乏反演對稱性造成的非線性光學(xué)效應(yīng)、以及作為半導(dǎo)體可控制對n型p型的光電集成等優(yōu)勢，成為理想的深紫外波段非線性光學(xué)材料，在電光調(diào)制和電光開關(guān)等非線性光學(xué)器件方面極具應(yīng)用潛力。本文理論設(shè)計并生長了高Al組分的AlxGa1-xN/GaN

2、超晶格結(jié)構(gòu)，通過橢圓偏振光譜表征測算AlxGa1-xN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)的電光系數(shù)，在極化場、外電場和共振效應(yīng)多場調(diào)制下增強電光效應(yīng)，為AlGaN非線性材料走向?qū)嵱没推占盎峁┝己玫奈锢砘A(chǔ)。
　　本文首先基于第一性原理，采用VASP程序包以GaN和AlN體材料為AlGaN典型代表模擬計算極化強度。計算結(jié)果表明高Al組分體材料的極化強度高于Al組分較低的體材料極化強度。立足于量子阱或超晶格結(jié)構(gòu)界面處的強烈應(yīng)變極化特性，本文設(shè)計了

3、AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)，計算分析顯示通過界面應(yīng)變調(diào)制，超晶格結(jié)構(gòu)極化效應(yīng)相較于體材料呈現(xiàn)進一步增強。基于理論模擬設(shè)計，通過金屬有機物氣相外延(MOVPE)方法成功生長了Al組分高達0.6的AlxGa1-xN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)，經(jīng)由X射線衍射(XRD)表征證實超晶格結(jié)構(gòu)質(zhì)量良好，且各參數(shù)均與預(yù)期生長設(shè)計符合。經(jīng)電極加工工藝制備成電光效應(yīng)測試樣品，應(yīng)用橢圓偏振測量儀對樣品進行表征，施加變化的正向偏壓測量樣品橢圓偏振光譜，測量分析表明折射率

4、變化量隨外界電場的增強而呈近似線性增大。分析擬合折射率變化量與外加電場的關(guān)系，求取樣品電光系數(shù)。與前期研究同類型結(jié)構(gòu)對比發(fā)現(xiàn)，高Al組分的AlxGa1-xN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)在響應(yīng)波長為360nm下具有更大的電光系數(shù)。擴展表征短波段275nm-370nm之間的電光系數(shù)色散曲線，發(fā)現(xiàn)帶邊吸收區(qū)域共振效應(yīng)可進一步提高樣品的電光效應(yīng)。綜合橢偏測量和擬合結(jié)果，在極化場、外加電場和共振效應(yīng)的共同調(diào)制下，AlGaN材料的非線性電光效應(yīng)得以顯著增強且