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文檔簡介
1、AlGaN基半導體是目前短波長光電器件中最重要的材料,以其為基礎(chǔ)研發(fā)的深紫外LED和LD在照明、殺菌、環(huán)保以及軍事上都有著重要的應(yīng)用價值和廣泛的市場前景。由于纖鋅礦結(jié)構(gòu)的AlGaN為非中心對稱晶體,具有極強的極化,也造成了材料光學各向異性,制約著高質(zhì)量材料和器件的制備與應(yīng)用。準確表征AlGaN材料光學各向異性并實現(xiàn)光學各向同性的調(diào)控成為突破現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料和器件局限的關(guān)鍵手段。另一方面,由極化效應(yīng)所引起內(nèi)建電場,也是導致AlGaN材料存在非
2、線性光學效應(yīng)的直接因素,如果進一步增強AlGaN基材料的非線性效應(yīng),有望促進氮化物半導體在非線性光學領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。本論文采用MOVPE生長技術(shù),利用橢圓偏振光譜表征材料的光學性質(zhì),對不同Al組分AlGaN材料和GaN/AlN超晶格的光學各向異性及其調(diào)控以及AlGaN基電光效應(yīng)的增強開展了系統(tǒng)研究。主要取得如下研究成果:
通過變角度橢圓偏振光譜系統(tǒng)地研究了纖鋅礦AlGaN半導體材料和GaN/AlN應(yīng)變超品格的光學各向異性及
3、其調(diào)控方式。采用MOVPE技術(shù)生長一系列組分不同的AlGaN薄膜,從橢圓偏振譜線中可以看出,AlGaN材料具有明顯的光學各向異性。分析過程中,使用Tanguy色散公式描述材料的光學各向異性,在不同入射角度同步擬合透明和吸收區(qū)域全波段光譜,由此獲得AlGaN材料o光和e光的折射率和消光系數(shù),并推導出相應(yīng)的雙折射和二向色性色散曲線。測量發(fā)現(xiàn),在Al組分增加的同時,能帶排布隨之改變,光學各向異性也相應(yīng)地發(fā)生變化,特別是當Al組分約為0.5時,
4、呈現(xiàn)出光學各向同性的特征。基于AlGaN體材料的實驗結(jié)果,我們提出利用超薄GaN/AlN超晶格量子結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)帶邊出光的光學改性方案。通過橢偏表征后發(fā)現(xiàn),應(yīng)變GaN/AlN超晶格量子結(jié)構(gòu)同樣具有光學各向同性的特征,并且其中較大的應(yīng)變使材料的整體帶隙遠大與Al0.5Ga0.5N混晶。因此超薄GaN/AlN超晶格量子結(jié)構(gòu)材料不但具有帶邊的光學各向同性,同時其帶隙也可由人工調(diào)整,有望成為深紫外高Al組分AlGaN的理想替代。
此外
5、,我們系統(tǒng)研究了AlGaN基半導體材料電光效應(yīng)的增強作用。首先采用MOVPE生長技術(shù),設(shè)計制備了GaN/AlGaN量子阱結(jié)構(gòu),其XRD譜線呈現(xiàn)清晰輪廓的衛(wèi)星峰,證實了該結(jié)構(gòu)具有陡峭界面和良好的周期性。在制備的樣品上施加一定偏壓,并通過橢圓偏振光譜表征其光學性質(zhì),由此觀測到橢偏光譜隨偏壓而產(chǎn)生的變化,證實電光效應(yīng)的存在。分析表明,提高Al組分后非線性的響應(yīng)得到顯著增強,并且通過在量子阱兩側(cè)增加非摻雜的光學限制層,可明顯增強材料性能。采用T
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