Si_xN_y常被用作量子阱混杂(QWI)的抑制材料,为了探索Si_xN_y的生长工艺对InGaAs/GaAs量子阱结构混杂效果的影响,对等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法的工艺参数,如沉积时间、SiH₄流量以及射频(RF)功率进行一系列实验。实验结果表明:Si_xN_y可以较好地保护量子阱,但其厚度对QWI抑制效果的影响较小;当SiH₄流量较大时,Si_xN_y中富Si,退火过程中Si可能发生扩散而与P型欧姆接触层形成电补偿,同时诱导量子阱混杂,使其波长发生较大蓝移;减少SiH₄流量,Si_xN_y中Si的含量降低,折射率降低,但蓝移量仍较大;在一定范围内,蓝移量随着RF功率的增大而增大;当RF功率为50 W、SiH₄流量为50 sccm时,Si_xN_y起到较好的量子阱保护作用,蓝移量仅为14.1 nm。

为了获得更好的量子阱混杂效果,深入探讨了不同Al组分的扩散阻挡层对无杂质空位诱导量子阱混杂的影响。首先在两种不同Al组分外延片表面上分别生长了一层200 nm厚的SiO₂介质薄膜,然后在865~905 ℃温度范围内,进行了90 s的高温快速热退火处理。实验结果表明,低铝结构的波长蓝移量更大,且光致发光 (Photoluminescence,PL)谱的强度下降更小,这说明在无杂质空位诱导量子阱混杂中,外延结构中的Al和Ga对点缺陷扩散的影响是不同的,Ga更有利于点缺陷的扩散。研究结果为无杂质空位诱导量子阱混杂的理论研究及器件的外延结构设计提供了参考。

为在新型太阳能电池等光电器件中应用ZnO纳米结构, 需要对ZnO纳米结构阵列的几何形貌及光电物理性质进行裁剪与操控。采用电化学沉积路线制备ZnO纳米柱阵列, In(NO3)3 与NH4NO3两种盐类被溶入在传统Zn(NO3)2主电解液中。对ZnO纳米柱阵列进行扫描电子显微镜、透射反射光谱、光致发光光谱测试, 分析其形貌与光电物理性质。随着引入的In(NO3)3浓度的增加, ZnO纳米柱阵列的平均直径随之由57 nm减小至30 nm。同时ZnO纳米柱的阵列密度也可降低, 进而增大纳米柱间距至41 nm。由于新的盐类的引入, ZnO纳米柱的光学带隙由3.46 eV蓝移至3.55 eV。随着电解液中In(NO3)3的增加, ZnO纳米柱的斯托克斯位移由198 meV减小至154 meV, ZnO纳米柱中的非辐射复合可以得到一定程度的抑制。通过在主电解液中引入In(NO3)3 与NH4NO3两种盐类, 可对ZnO纳米柱的直径、密度、间距、透射反射率、光学带隙、近带边发射与非辐射复合进行操控与裁剪。

光学灾变损伤(COD)常发生于量子阱半导体激光器的前腔面处, 极大地影响了激光器的出光功率及寿命。通过杂质诱导量子阱混杂技术使腔面区波长蓝移来制备非吸收窗口是抑制腔面COD的有效手段, 也是一种高效率、低成本方法。本文选择了Si杂质作为量子阱混杂的诱导源, 使用金属有机化学气相沉积设备生长了InGaAs/AlGaAs量子阱半导体激光器外延结构、Si杂质扩散层及Si3N4保护层。热退火处理后, Si杂质扩散诱导量子阱区和垒区材料互扩散, 量子阱禁带变宽, 输出波长发生蓝移。退火会影响外延片的表面形貌, 而表面形貌则可能会影响后续封装工艺中电极的制备。结合光学显微镜及光致发光谱的测试结果, 得到825 ℃/2 h退火条件下约93 nm的最大波长蓝移量, 也证明退火对表面形貌的改变, 不会影响波长蓝移效果及后续电极工艺。

为实现InP基单片集成光电子器件和系统,对InGaAsP/InGaAsP分别限制异质结多量子阱激光器结构展开量子阱混杂(QWI)技术研究。在不同能量P离子注入、不同快速热退火(RTA)条件以及循环退火下,研究了有源区量子阱混杂技术,实验结果采用光致发光(PL)谱进行表征。实验结果表明:在不同变量下皆可获得量子阱混杂效果,其中退火温度影响最为显著,且循环退火可进一步提高量子阱混杂效果;PL谱蓝移随着退火温度、退火时间和注入能量的增大而增大,退火温度对蓝移的影响最大,在注入剂量为1×10 14 ion/cm 2,注入能量为600 keV,750 ℃二次退火150 s时获得最大蓝移量116 nm。研究结果为未来基于QWI技术设计和制备单片集成光电子器件和系统奠定了基础。

对张应变GaInP量子阱激光器材料结构开展变温光致发光特性的研究, 实验中激光器有源区为9 nm Ga0.575In0.425P量子阱结构, 采用N离子注入并结合730℃下的快速热退火处理来诱导有源区发生量子阱混杂.变温(10 K~300 K)光致发光特性研究表明：300 K时, 只进行快速热退火或者N离子注入的样品不发生峰值波长蓝移, N离子注入后样品在退火时发生波长蓝移, 且蓝移量随退火时间的增加而增加; 低温条件时, 不同样品的光致发光特性差别较大, 光致发光谱既有单峰, 也有双峰, 分析认为双峰中的短波长发光峰为本征激子的复合, 长波长发光峰是由于有序区域中的电子与无序区域中的空穴复合引起.本研究可为半导体激光器长期工作可靠性和材料低温特性的相互关系提供一种新的研究思路.

从玻璃组分与玻璃光学折射率分布及零色散波长位置的影响机理出发, 研究低色散卤化物对硫系玻璃的色散调控作用.制备了Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃, 利用差示扫描量热仪、红外椭偏仪、红外光谱仪等测试了该玻璃的物化性质, 分析了原料和玻璃提纯工艺、CsI含量对玻璃形成以及透过范围的影响, 并计算了该玻璃的材料色散.实验结果表明: 该玻璃的透过范围可覆盖可见光至中远红外波段(0.55~18 μm); 该玻璃的材料零色散点随着CsI含量的增加明显蓝移, 摩尔百分比为20%和40%的CsI含量可使该玻璃材料的零色散波长蓝移至3.5 μm和1.5 μm附近, 且该玻璃的热稳定性较好, 有利于低色散中红外光纤的制备和应用.结合玻璃提纯技术和高温聚合物保护拉丝光纤拉丝工艺, 获得了最低损耗为8.2 dB/m的单折射率硫卤玻璃光纤.

在红光半导体激光器芯片上采用GaAs介质膜进行无杂质空位扩散诱导量子阱混杂研究。激光器芯片的有源区由一个9 nm厚的GaInP量子阱和两个350 nm厚的AlGaInP量子垒构成, 利用MOCVD方法在芯片表面生长GaAs介质膜。在950 ℃的情况下进行不同时长不同GaAs层厚度的高温快速热退火诱发量子阱混杂。通过光致发光光谱分析样品混杂之后的波长蓝移情况和光谱半峰全宽变化规律。当退火时间达到 120 s时, 样品获得 53.4 nm 的最大波长蓝移; 在1 min退火时间下获得 18 nm 的最小光谱半峰全宽。