为优化反应过程对合成钙钛矿量子点及其薄膜质量的影响,本文采用相较于碳酸铯溶解性更好的醋酸铯为原料合成前驱体,并对不同条件下合成的量子点及制备的薄膜进行一系列特性表征。在不同反应温度及反应时间条件下采用热注入法合成CsPbBr3全无机钙钛矿量子点,在不同旋涂速度及退火时间条件下制备量子点薄膜。对制得的量子点进行X射线衍射、吸收光谱、荧光寿命、透射电子显微镜测试,对量子点薄膜进行光致发光特性表征。发现采用溶解性更好的醋酸铯为原料合成前驱体制备CsPbBr3全无机钙钛矿量子点,在反应温度为180 ℃、反应时间为5 s时,量子点尺寸最小,为8 nm,荧光寿命最长,为8 ns,晶体质量和吸收特性更好; 旋涂速度为3 000 r/min、退火时间为10 min条件下制得的CsPbBr3量子点薄膜光致发光强度最强、半峰宽最小。相较于相同条件下以碳酸铯为原料合成的量子点材料,以醋酸铯为原料合成的量子点溶液及薄膜各项性能均有提升。

利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术, 在蓝宝石衬底上进行了BGaN薄膜的外延生长, 研究了生长厚度、温度、压力和B/Ⅲ比等条件对BGaN薄膜中B组分的影响。X射线衍射测试结果表明, 降低生长温度、压力以及增加B/Ⅲ比, 更有利于提高BGaN薄膜中B的并入效率。在800 ℃、30 kPa及B/Ⅲ比为30 %的生长条件下, 制备的BGaN薄膜中B组分最高, 为6.1%。

为获得高质量的β-Ga2O3薄膜, 将c面蓝宝石上生长的GaN薄膜进行高温氧化制成了Ga2O3/GaN/蓝宝石模板, 进而在模板上利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺进行了β-Ga2O3薄膜的同质外延。通过X射线衍射仪、原子力显微镜、场发射扫描电子显微镜等方法对样品的晶体结构、表面形貌等性质进行测试与分析。结果表明, 该方法获得的β-Ga2O3薄膜晶体质量受GaN薄膜氧化效果与MOCVD工艺条件等因素影响较大。通过优化实验条件, 得到了质量较高的β-Ga2O3薄膜。与蓝宝石上或GaN薄膜上异质外延得到的β-Ga2O3薄膜相比, 薄膜的晶体质量明显提高。通过对比不同样品的晶体质量、表面形貌和制备过程, 发现该方法成功地将β-Ga2O3薄膜在蓝宝石衬底或GaN/蓝宝石模板上异质外延转化为了Ga2O3/GaN/蓝宝石模板上的同质外延, 有效地减小了β-Ga2O3薄膜和蓝宝石、GaN之间较大的晶格失配和热失配, 有利于提高β-Ga2O3薄膜的晶体质量。

为获得高质量的β-Ga2O3薄膜，对传统的GaN薄膜高温氧化方法进行了优化。我们通过对GaN薄膜分别进行一步或两步高温氧化的方法制备了β-Ga2O3薄膜，并通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、拉曼光谱等对制备的样品进行了测试、对比与分析。结果表明，950 ℃下GaN薄膜无法完全氧化，而直接1 150 ℃氧化得到的样品并没有明显的晶向。相比之下，通过两步氧化法，GaN薄膜被完全氧化，且得到的β-Ga2O3薄膜具有明显的沿<201>方向的晶向，样品表面显示出明显的纳米线结构。最佳的氧化时间为在950 ℃下氧化3 h之后在1 150 ℃下氧化1 h，此时得到样品的纳米线结构最明显，其纳米线的直径约为30~40 nm。拉曼光谱测试证实了该条件下获得的样品具有较高的晶体质量。通过分析不同样品结构以及形貌特性，我们发现不同温度下的不同氧化模式是导致该结果的主要原因。

通过对不同合成条件与制备参数的量子点及其薄膜进行一系列特性表征, 实现铯铅溴量子点(CsPbBr3)合成条件和薄膜制备参数的优化。利用热注入的方法, 研究了反应温度与反应时间对CsPbBr3量子点特性的影响。设计并获得了不同合成条件下的CsPbBr3量子点样品, 并对所有样品进行了特性表征。随后将所有CsPbBr3量子点样品制备成薄膜, 探究其薄膜的光致发光特性。反应温度为180 ℃、反应时间为5 s时所合成的量子点尺寸最小, 为9 nm;旋涂速度为3 000 r/min、退火温度为80 ℃、退火时间为10 min时, 所制备的薄膜光致发光强度最大。得到了相对最优的CsPbBr3量子点合成条件与CsPbBr3量子点薄膜制备条件。

采用低压金属有机物化学气相沉积(LP-MOCVD)技术在GaAs(001)衬底上制备GaSb量子点, 研究了反应室压强对改善GaSb/GaAs量子点形貌各向异性的影响。通过Sb表面处理方法, 在GaAs衬底上形成低表面能的Sb-Sb浮层, 实现以界面失配(IMF)生长模式对GaSb量子点诱导生长。用原子力显微镜(AFM)对各样品的量子点形貌进行了表征, 结果表明GaSb量子点形貌各向异性明显且沿［110］方向拉长。在压强条件为10 kPa时, IMF生长模式导致不对称岛的长宽比大于3, 由于低能量(111)侧面的存在, GaSb量子点优先沿［110］方向生长而不是与之垂直的［110］方向。压强降低至4 kPa时量子点密度增大为8.3×109 cm-2, 量子点形貌转变为对称的半球形且长宽比约为1。低的压强降低了吸附原子的扩散激活能从而增大了扩散长度, 可以有效改善GaSb量子点的各向异性。

为了探究生长温度对外延ZnO纳米结构的影响, 得到ZnO纳米结构可控生长的生长温度条件。利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法, 设计并获得了不同生长温度的ZnO外延样品, 并对所有样品进行了表面形貌、光学特性、电学特性表征和结晶质量表征。实验结果表明: 600 ℃生长的ZnO纳米柱横向尺寸最小, 为65 nm左右, 其光学特性也相对较好, 晶体衍射峰的半峰宽最小, 为0.165°, 晶粒尺寸最大, 为47.6 nm; 电学性质相对最优的为640 ℃生长的ZnO样品, 霍尔迁移率高达23.5 cm2/(V·s)。通过结果分析发现, 生长温度能影响外延ZnO的生长模式, 从而影响ZnO的形貌、光学、电学和晶体质量等特性。

为提高InSb红外探测器室温下的工作性能, 设计了GaSb/InSb/InP异质结构, 并对结构中俄歇复合与肖克莱-瑞德复合两种复合机制对漏电流的影响进行研究。利用TCAD仿真工具对InSb探测器件进行建模, 分析得到能带结构与载流子分布。以能带参数为基础, 根据连续性方程, 结合漂移扩散模型, 分析了俄歇复合在反偏压下的衰减效应, 并综合肖克莱-瑞德复合的影响, 计算出不同缺陷浓度下器件的漏电流。利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术制备GaSb/InSb/InP异质外延样品, 对其漏电流进行测试, 并与仿真结果进行对比分析。实验结果表明, 计算结果与实验结果一致, 器件工作性能的主要限制为肖克莱-瑞德复合机制, 器件的漏电流为0.26 A·cm-2, 品质因子R0A为0.1 Ω·cm2。相比于同质InSb结构, 器件的R0A提高了一个数量级, 已接近实用化水平。

采用金属有机物化学气相沉积系统在硅面碳化硅衬底的(0001)面上生长氮化铝缓冲层, 并通过改变3层梯度铝镓氮（AlxGa1-xN: x=0.8,0.5,0.2）缓冲层的生长温度和氨气流量, 制备出了高质量的氮化镓外延层。分别采用X射线衍射、原子力显微镜、光致发光谱和拉曼光谱对氮化镓外延层进行表征。实验结果表明, 随着氮化镓外延层中张应力的降低, 样品的晶体质量、表面形貌和光学质量都有显著提高。在最优的梯度铝镓氮缓冲层的生长条件下, 氮化镓外延层中的应力值最小, 氮化镓(0002)和(1012)面的摇摆曲线半峰宽分别为191 arcsec和243 arcsec, 薄膜螺位错密度和刃位错密度分别为7×107 cm-2和3.1×108 cm-2, 样品表面粗糙度为0.381 nm。这说明梯度铝镓氮缓冲层可以改变氮化镓外延层的应力状态, 显著提高氮化镓外延层的晶体质量。