含鉍III-V族材料的分子束外延生長及中紅外雷射器研究

《含鉍III-V族材料的分子束外延生長及中紅外雷射器研究》是依託電子科技大學,由王志明擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：含鉍III-V族材料的分子束外延生長及中紅外雷射器研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王志明

項目摘要

鉍（Bismuth），是自然形成的最重V族元素。含有鉍的III-V族化合物半導體是一種新興材料，最近在國際上引起越來越多的關注，而在國內還沒有相關研究。預計這種材料可以把近紅外套用延伸到更長波長，而其大自旋軌道劈裂還為自旋器件提供了新的機遇。本項目旨在利用分子束外延，生長高質量的含鉍III-V族半導體材料，研究其光學和電學特性，在國內開闢III-V族鉍化物材料與器件研究新方向，並成為國際本領域的一個主流。本項目計畫著重研究在GaSb襯底上生長(In)GaAsSbBi材料，發展高效中紅外（3-4 μm）I型量子阱雷射器，以期填補現有室溫連續半導體雷射器的空白。

結題摘要

含鉍III-V族材料被廣泛的研究用於下一代光電器件的研發中。相對於其它III-V 材料，鉍化物的光電套用尚處於初級階段，而如何實現高質量的含鉍材料是當前急需解決的研究重點之一。本項目前期主要是研究在GaSb 襯底上分子束外延生長高質量(In)GaAsSbBi 材料，製備高效中紅外（3-4 μm）I 型量子阱雷射器，以期填補現有室溫連續半導體雷射器的空隙。同時，開啟含鉍化合物半導體研究新方向，為很多種新型含鉍材料與器件套用提供新實踐。研究主要內容集中於研究利用分子束外延對含鉍材料生長的有效控制，並利用透射電子顯微鏡，X 射線衍射儀，原子力學顯微鏡，光致發光光譜等多種測試手段測定材料生長質量並研究含鉍材料生長機理；研究含鉍材料的形成和生長控制，並實現組分可控，表面平整，光學或電學質量好，通過新的生長手段實現窄禁帶半導體薄膜的製備和其光電套用。項目重要結果、關鍵數據及其科學意義包括：在國際上率先研究報導了鉍元素在III-V族材料生長中參與結晶和作為表面活化劑的雙重作用。在III-V族材料基礎上，拓展研究了含鉍的其他材料體系，特別是高質量的Bi2Se3納米材料和薄膜，並進行了其在熱電和拓撲絕緣體等方面的套用。本研究實現的新的生長方法和器件研製技術將能夠套用於研究開發下一代高性能紅外光電器件，熱電器件，以及拓撲絕緣體。