Microstructure and misfit dislocation behavior in InxGa1-xAs/InP heteroepitaxial materials grown by low pressure metal organic chemical vapor deposition (LP-MOCVD) were analyzed by high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), Raman spectroscopy and Hall effect measurements. To optimize the structure of In_0.82Ga_0.18As/InP heterostructure, the In_xGa_1-xAs buffer layer was grown. The residual strain of the In_0.82Ga_0.18As epitaxial layer was calculated. Further, the periodic growth pattern of the misfit dislocation at the interface was discovered and verified. Then the effects of misfit dislocation on the surface morphology and microstructure of the material were studied. It is found that the misfit dislocation of high indium (In) content In_0.82Ga_0.18As epitaxial layer has significant influence on the carrier concentration.

利用LP-MOCVD技术,采用两步生长法在GaAs(100)单晶衬底上外延生长InxGa1-xAs材料.通过扫描电子显微镜(SEM)与原子力显微镜(AFM)观察了缓冲层厚度对外延层表面形貌、表面粗糙度的影响;利用X射线衍射(XRD)分析了缓冲层厚度对外延层结晶质量的影响;利用拉曼光谱分析了缓冲层厚度对外延层材料合金有序度的影响;通过透射电子显微镜(TEM)观察了外延层材料位错的分布状态,计算了外延层的位错密度.实验结果表明,两步生长法生长的InxGa1-xAs/GaAs异质结材料的缓冲层厚度存在一个最优值.

设计并模拟计算了延伸波长至2.6 μm的复合盖层材料PIN结构In0.82Ga0.18As红外探测器, 即PNN型盖层、PIN结构的In0.82Ga0.18As红外探测器。研究了不同厚度及载流子浓度的PNN盖层对探测器性能的影响。研究结果表明: 在In0.82Al0.18As厚度为200 nm且载流子浓度为2E18、InAs0.6P0.4 厚度为50 nm且载流子浓度为2E17、In0.82Ga0.18As厚度为50 nm且载流子浓度为2E16时, 探测器表现出最佳的性能。与传统PIN结构探测器相比, 其相对光谱响应度仅降低10%, 暗电流降低了1个数量级。计算分析了不同工作温度下的暗电流, 结果显示: 在120～250 K时, 暗电流主要为缺陷隧穿电流; 在250～300 K时, 暗电流主要为带间隧穿电流; 当温度大于300 K时, 暗电流主要为产生-复合电流和扩散电流。

针对激光加工在金属材料焊接、熔覆、表面硬化等工业领域的应用, 考虑到半导体激光器体积和重量小、效率高、免维护、成本低以及波长较短等特点, 设计了功率达2 kW的半导体激光加工光源。在大通道工业水冷条件下, 采用48只出射波长分别为808, 880, 938, 976 nm的传导冷却半导体激光阵列作为发光单元, 最终研制出了2 218 W高亮度光纤耦合模块。此高亮度模块可以实现柔性加工, 直接应用于金属材料焊接、熔覆、表面合金化等工业领域, 对于半导体激光器在工业领域的应用具有重要意义。

通过直流磁控反应溅射制备了氮化铝(AlN)薄膜, 研究了沉积条件与氮化镓(GaN)缓冲层对薄膜质量的影响。利用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了AlN薄膜的晶体结构和表面形貌。XRD研究结果表明, 低工作压强、短靶距和适当的氮气偏压有利于(002)择优取向的AlN薄膜沉积。随着沉积时间的增加, 沉积在50 nm厚的GaN缓冲层上的AlN薄膜的(002)面的衍射峰的半高宽急剧减小, 而沉积在1 μm厚的GaN薄膜上的AlN薄膜的(002)面的衍射峰的半高宽几乎不变。SEM测试结果表明: 在沉积的初期, 沉积在1 μm厚的GaN薄膜上的AlN薄膜的(002)面的晶粒大小分布比沉积在50 nm厚的GaN缓冲层上的AlN薄膜的均匀, 而随着沉积时间的增加, 它们的晶粒大小分布几乎趋向一致。

采用对a-AlGaN表面沉积SiO2纳米颗粒制备工艺得到了金属-半导体-金属(MSM)结构的a-AlGaN紫外探测器。与没有沉积SiO2纳米颗粒的探测器件相比, 沉积SiO2纳米颗粒使器件的暗电流下降了一个数量级, 峰值光谱响应度提高了近3个数量级, 紫外/可见抑制比大于103。

采用热扩散方法, 对AlN薄膜进行了Si掺杂。利用电子能量散射谱(EDS)以及高温变温电导对薄膜进行了分析。EDS测试结果表明：在1 250 ℃的温度下, 氮化硅(SiNx)作为Si的扩散源, 可以实现对AlN薄膜的Si热扩散掺杂。高温电流-电压(I-V)测试表明：在460 ℃测试温度下, AlN薄膜在热扩散掺杂以后, 其电导从1.9×10-3 S·m-1增加到2.1×10-2 S·m-1。高温变温电导测试表明：氮空位(V3+N)和Si在AlN中的激活能为1.03 eV和0.45 eV。

利用高分辨X射线衍射(HRXRD)与拉曼散射光谱(Raman scattering spectra)研究了氮化处理与低温AlN缓冲层对低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)在r面蓝宝石衬底上外延的a面GaN薄膜中的残余应变的影响。实验结果表明: 与氮化处理后生长的a-GaN相比，使用低温AlN缓冲层后生长的a-GaN具有较小的摇摆曲线的半高宽和较低的残余应变，而且其结构各向异性和残余应变各向异性也均有一定程度的降低。因此，与氮化处理相比，低温AlN缓冲层更有利于a-GaN的生长。

采用自催化法，利用金属有机化学气相沉积技术，在Si(100)衬底上成功制备了InP/InGaAs核壳结构纳米线。通过扫描电子显微镜观察纳米线形貌，在核壳结构纳米线的顶端催化剂转化成了颗粒状晶体。利用X射线衍射和透射电子显微镜研究了InP纳米线上生长InGaAs外壳的过程，并应用X射线能量色散能谱仪对纳米线顶端进行了轴向和径向的线扫描，得到了纳米线上元素组分分布。催化剂的转化发生在制备InGaAs壳之前的升温过程中，且形成的晶体中含有合金成分。InGaAs壳的组分调整可以通过改变生长过程中生长源气体的流量来实现。

通过直流磁控反应溅射装置，在蓝宝石(0001)衬底和氮化的蓝宝石(0001)衬底上成功制备了氮化铝(AIN)薄膜。利用X射线衍射仪、原子力学显微镜和双光束扫描分光计，研究了蓝宝石氮化对AIN薄膜结构、应力、晶粒尺寸、形貌和光学性质的影响。X射线衍射研究表明: 制备的AIN薄膜具有较强的(0002)择优取向，蓝宝石衬底的氮化不仅能够改善AIN结晶质量，而且还可以减少薄膜的残余应力。但是，原子力学显微镜结果表明: 在蓝宝石衬底上制备的AIN薄膜的晶粒大小分布比在氮化的蓝宝石衬底上制备的AIN薄膜的晶粒大小分布更加均匀。我们认为，蓝宝石衬底在氮化的过程中形成的AIN具有过多的位错和缺陷，正是这些位错和缺陷造成了在氮化的蓝宝石衬底上制备的AIN薄膜的晶粒大小分布的不均匀性。吸收光谱显示: 蓝宝石衬底的氮化并没有对AIN薄膜的光学性质产生明显的改善。