将热氧化与MOCVD工艺相结合，总结了一种在本征GaAs衬底上进行βGa2O3纳米点阵薄膜制备的工艺，该工艺不涉及金属催化剂与复杂刻蚀，工艺更为简单。使用扫描电子显微镜对所制备薄膜的形貌特征进行了表征与分析，发现所制备的纳米点阵薄膜呈现五方的柱状结构。对所制备样品进行了X射线衍射、拉曼振动、光致发光谱的测试，结果表明薄膜的晶体质量随着MOCVD生长温度与Ⅵ/Ⅲ比的提高而得到优化。使用有限元法(FEM)仿真验证了βGa2O3纳米点阵薄膜制备的高陷光特点。

高厚度的Ga2O3薄膜能够提高器件的击穿电压, 这种高厚度Ga2O3薄膜往往是通过HVPE法制备的。然而HVPE法存在着成本高、设备少等缺点。本文通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺, 以SiH4为n型掺杂源, 在Ga2O3衬底上生长了高厚度的n型β-Ga2O3薄膜, 并且研究了SiH4流量对β-Ga2O3性质的影响。实验中制备的β-Ga2O3薄膜厚度达到4.15 μm。薄膜的晶体质量高, 表面致密光滑且呈现台阶流生长模式。随着SiH4流量增加, 晶体质量逐渐降低, 电子浓度显著增加, 电子迁移率降低。目前, 高厚度β-Ga2O3薄膜的电子浓度可以在3.6×1016 ~ 5.3×1018 cm-3范围内调控; 当薄膜电子浓度为3.6×1016 cm-3时, 其电子迁移率可达137 cm2·V-1·s-1。本文论证了MOCVD工艺进行高厚度n型β-Ga2O3薄膜生长的可行性, 这也为β-Ga2O3基垂直结构功率器件的制备提供了一种新途径。

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。

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。

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法在c面蓝宝石衬底上生长了高质量的β-Ga2O3薄膜, 并将样品分别在真空、氧气、氮气氛围下退火30 min, 研究了各类退火工艺对Ga2O3薄膜特性的影响, 对退火所得的薄膜进行了X射线衍射、光致发光谱、紫外透射谱和原子力显微镜扫描的研究。结果表明, 各类退火工艺均能够优化薄膜的晶体质量和表面形貌, 同时有效改善了薄膜的光学性质。其中, 氧气退火后的样品在可见光波段透射率高达83%, 且吸收边更加陡峭; 表面粗糙度降至0.564 nm, 其表面更为平整。这些结果说明氧气退火对晶体质量的提高最为显著。氮气、真空退火的样品在光致发光谱中出现365 nm的发光峰, 这是大量氧空位的存在导致的。