《氮化物半導體非對稱耦合微納結構光學性質研究》是依託廈門大學，由張保平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氮化物半導體非對稱耦合微納結構光學性質研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張保平
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
製作氮化物InGaN/GaN非對稱耦合量子阱(ACQW)並對其物理光學性能進行研究，探討其在氮化物光電子器件中的套用。與一般的單量子阱或多量子阱相比，ACQW結構可以實現不同量子阱中載流子的隧穿注入，有利於實現較大的載流子密度和較高的發光效率。因而，可以起到降低器件電壓（電流）和增大器件輸出功率的效果。而且，這種量子阱結構可以採用實用化的結晶生長技術簡單實現，所以，實用化前景很好，有可能帶來巨大的經濟效益。本研究將通過測量其發光光譜，改變樣品溫度，調整激發光波長和功率，瞬態光譜和微腔中測量等手段，對ACQW發光的量子效率，發光的物理機理，發光的瞬態動力學特性，與微腔的相互作用以及量子阱之間的耦合狀態等進行系統研究，尤其是重點研究不同量子阱之間的勢壘厚度的影響。在此基礎上，確定最佳ACQW結構，並進一步探討其在氮化物垂直腔面發射雷射器中的套用。
結題摘要
本項目採用MOCVD技術製備了不同勢壘層厚度的單量子阱和多量子阱系列樣品，改變阱層厚度製備了非對稱耦合量子阱（AC-QW）結構，隨後，採用光致發光（PL）和電致發光測試手段，研究了樣品的光學性質。通過改變樣品溫度和激發光功率，採用瞬態和微腔中測量等手段，對量子阱發光的壘層厚度依賴關係、發光物理機制、量子阱之間的耦合狀態、瞬態動力學特性、與微腔的相互作用等進行了系統研究，確定了最佳的量子阱結構，探討了其在氮化物光電器件中的套用。研究中取得的主要成果如下：1. 不同GaN上勢壘層厚度的InGaN/GaN單量子阱光學性質研究。低溫PL測量發現，隨著GaN壘層厚度增加，InGaN量子阱發光峰位紅移，激子與縱光學聲子間的耦合強度增加，表明在阱層中存在著大的內建電場。2. 不同GaN壘層厚度的InGaN/GaN多量子阱光學性質研究。隨壘層厚度減小到4nm，由於載流子在不同阱層間的隧穿耦合，室溫下樣品發光增強；進一步的變溫PL測試結果發現，每個樣品的峰值能量隨溫度增加呈現S型變化（紅移-藍移-紅移），這與載流子在局域能級上的分布有關。3. InGaN/GaN AC-QW光學性質研究。採用有限差分法理論計算了AC-QW的能級結構，並與實驗結果進行了比較，二者基本吻合。通過變功率光譜測試，結合速率方程理論，分析了載流子在不同阱間的隧穿耦合。通過不同功率下時間分辨譜的測試，分析了量子阱中載流子的衰減動力學過程。4. AC-QW的空穴輸運特性研究。與普通耦合量子阱結構和非耦合量子阱結構相比，AC-QW結構的電致發光測試表現出發光增強、外量子效率提高、開啟電壓降低、光譜寬度減小等特性，表明AC-QW結構作為GaN基光電器件的有源區可以提高有源區中載流子的輸運特性，改善增益不均的現象。5. 基於AC-QW微諧振腔的製作和測量。利用二次轉移襯底技術製作了AC-QW微諧振腔，在461.2nm處獲得了品質因子為1530的光譜發射，表明AC-QW在GaN基光電器件套用中的潛在優勢。
