InGaN半导体材料具有带隙宽度通过改变In组分可调的特点, 被广泛应用在新一代光电子器件中, 但绿光LED依然存在“绿隙(green gap)”问题有待解决。 本文深入研究载流子复合机制, 为解决“绿隙”提供新思路。 利用光致荧光光谱(PL)和时间分辨光谱(TRPL)研究了不同温度下对应不同光子能量的InGaN量子点(QDs)发光二极管器件的载流子复合动力学过程, 得到了InGaN QDs的瞬态光致发光特性和辐射/非辐射复合的瞬态寿命。 稳态光致发光谱在15～300 K的温度范围内, 峰值出现先蓝移再红移(S-shaped)的偏移现象, 发射峰值蓝移约4.2 meV, 在60 K时达到最大值, 随后发射峰红移, 形成随温度呈S形的变化。 这种变化说明QDs结构中载流子局域化行为, 激子复合是InGaN量子点绿光发射的主要原因。 通过拟合不同温度下的归一化PL积分强度, 获得激活能Eact约为204.07 meV, 激活能较高, 证明了InGaN量子点具有较强的载流子限制作用, 可以更好抑制载流子向非辐射复合中心迁移, 内量子效率(internal quantum efficiency)为35.1%。 InGaN QDs中自由载流子复合的平均复合寿命τrad=73.85ns。 能量边界值Eme=2.34 eV远高于局域深度E0=62.55 meV, 可见能级完全低于迁移率边缘, 因此InGaN QDs寿命衰减归因于载流子局域态复合。 通过使用改进的光谱数据分析手段对基于内嵌量子点新结构的荧光器件进行研究, 得到了有意义的结论, 为进一步了解InGaN量子点内部发光机理和研制新一代照明器件提供借鉴, 说明引入InGaN量子点对光电器件的发展具有很好的推动作用。

采用金属有机物化学气相淀积（MOCVD）技术生长了InAs量子点及不同组分和厚度的量子点低温盖层, 采用光致荧光光谱（PL）和时间分辨荧光发射谱（TRPL）研究了量子点在不同低温盖层下的荧光发光性质。对比了常规方法和速率调制外延（FME）法生长GaAs低温盖层的量子点质量, 结果表明, FME法生长低温盖层的量子点荧光发射谱光强更强且发光寿命达到0.6ns, 明显优于普通方法生长低温盖层的量子点发光寿命。

采用紫外-可见-近红外分光光度计和稳态/瞬态荧光光谱仪,分别测量了离散在水溶液中的CdS_xSe_1-x/ZnS量子点的吸收-辐射荧光谱以及及荧光强度随时间的变化,得到了荧光寿命随粒径、x和温度的变化。荧光寿命主要取决于量子点带间的直接跃迁,缺陷态间接跃迁的影响为次。得到了荧光峰值波长和荧光寿命随粒径、x变化的经验公式。结果表明:荧光寿命随粒径增大而增大,随S组分增加而减小,且对温度的变化不敏感;当量子点粒径为4.06~9.22 nm、x为9.45~0.366、温度为15~55 ℃时,荧光寿命为2.51~3.22 μs。

制备了导光波带位于近红外1400~1650 nm的硫化铅(PbS)量子点掺杂光子晶体光纤(QD-PCF)。测量了QD-PCF对980 nm抽运光和1550 nm信号光的吸收。在980 nm激光激励下,测量了QD-PCF的光致荧光(PL)光谱,确定了1550 nm中心波长处PL光强最强时的量子点掺杂浓度(质量分数)和光纤长度,发现其PL光强远大于普通单纤芯掺杂的量子点光纤(QDF)。实验发现QD-PCF的PL光强会出现间隔距离较短的多光强峰值,该多光强峰值现象与掺杂浓度有关。对比测量了QD-PCF和未掺杂PCF的带隙,表明量子点掺杂没有改变PCF的带隙分布。测量了QD-PCF的抽运激励阈值和抽运饱和功率,其抽运阈值功率与QDF接近,抽运饱和功率大于QDF,这与QD-PCF有较大的光纤截面以及较高的量子点掺杂浓度有关。

用高温熔融二次热处理法,制备了钠铝硼硅酸盐PbSe量子点玻璃及量子点光纤。光纤中量子点的尺寸为4.73 nm±0.25 nm,吸收和辐射峰分别位于1450 nm和1500 nm。测量了量子点光纤的吸收谱、光致荧光(PL)光谱、PL峰值光强随抽运功率的变化,以及980 nm抽运功率在光纤中的衰减系数、PL峰值光强和PL峰值波长随光纤长度的变化。确定了量子点光纤随波长变化的衰减系数、抽运激励阈值功率和饱和功率。从能级跃迁、表面效应等方面解释了实验现象。

为了解决在单晶硅衬底上生长的InGaN/GaN多层量子阱发光二极管器件发光效率显著降低的问题, 使用周期性δ型Si掺杂的GaN取代Si均匀掺杂的GaN作为n型层释放多层界面间的张应力。采用稳态荧光谱及时间分辨荧光谱测量, 提取并分析了使用该方案前后的多层量子阱中辐射/非辐射复合速率随温度(10~300 K)的变化规律。实验结果表明引入δ-Si掺杂的n-GaN层后, 非辐射复合平均激活能由(18±3) meV升高到(38±10) meV, 对应非辐射复合速率随温度升高而上升的趋势变缓, 室温下非辐射复合速率下降, 体系中与阱宽涨落有关的浅能级复合中心浓度减小, PL峰位由531 nm左右红移至579 nm左右, 样品PL效率随温度的衰减受到抑制。使用周期性δ型Si掺杂的GaN取代Si均匀掺杂的GaN作为生长在Si衬底上的InGaN/GaN多层量子阱LED器件n型层, 由于应力释放, 降低了多层量子阱与n-GaN界面、InGaN/GaN界面的缺陷密度, 使得器件性能得到了改善。

采用光致荧光发射谱(PL)和时间分辨荧光发射谱(TRPL)研究了GaAs间隔层厚度对自组装生长的双层InAs/GaAs量子点分子光学性质的影响.首先，测量低温下改变激发强度的PL谱，底层量子点和顶层量子点的PL强度比值随激发强度发生变化，表明两层量子点之间的耦合作用和层间载流子的转移随着间隔层厚度变大而变弱.接着测量改变温度的PL谱，量子点荧光光谱峰值位置(Emax)、半峰全宽及积分强度随温度发生变化，表明GaAs间隔层厚度直接影响到量子点内载流子的动力学过程和量子点发光的热淬灭过程.最后，TRPL测量发现60 mL比40 mL间隔层厚度样品的载流子隧穿时间有明显延长.

测量了不同组份比例x的CdSxSe1-x/ZnS（核/壳）量子点的吸收谱和发射谱，确定了量子点的吸收系数、吸收截面和发射截面.量子点吸收截面随粒径的增大而增大、随x的增大而减小.采用紫外固化胶，制备了掺杂浓度为0.1~5 mg/mL的CdS0.4Se0.6 /ZnS量子点光纤，测量了不同掺杂浓度量子点光纤中473 nm泵浦功率的吸收衰减速率.吸收衰减速率和吸收截面弱关联于掺杂浓度.测量了光致荧光光谱强度随光纤长度和量子点浓度的变化.量子点光纤的光致荧光峰值强度随掺杂浓度和光纤长度变化而变化，且存在一个与最大峰值强度对应的饱和掺杂浓度和光纤长度.本文的实验结果有助于进一步构建新型的CdSxSe1-x/ZnS量子点增益型光电子器件.

对钠硼铝硅酸盐玻璃熔体进行拉丝，再经过退火热处理，制备得到光纤直径80~130 μm的PbSe量子点玻璃裸光纤.透射电镜分析发现光纤中PbSe量子点的晶粒尺寸为4.2~5.5 nm，掺杂体积比约1%.对量子点光纤的柔性进行了初步测试.以980 nm泵浦激光作为激励源，用荧光光谱仪观测了量子点光纤的荧光发射谱.结果表明: 合适的量子点光纤的退火条件跟块玻璃不同.当退火温度为500~600℃、热处理时间为5~10 h时，观测到量子点光纤有强烈的荧光辐射，峰值波长位于1 300~1 450 nm，半高全宽达200~330 nm.光纤最佳退火温度为600℃、时间7.5 h.本文得到的量子点玻璃光纤可进一步制备成玻璃基底的量子点光纤型增益器件光纤放大器、光纤激光器等.

本文使用稳态及时间分辨荧光光谱法对陶瓷相铁电材料SrxBa1-xNb2O6(SBN-x)及Cr3+掺杂的SrxBa1-xNb2O6 (SBN:Cr3+)的光生载流子的复合动力学进行了研究。带边激发条件下SBN-70非辐射复合过程在温度高于137 K时已快于辐射复合,说明SBN在765 nm处对应的发光中心极容易受到晶格振动影响,使激发态电子转而通过声子参与的无辐射跃迁回到基态。对于Cr3+离子掺杂的SBN-70,使用395 nm和480 nm激发得到发光中心的热激活能分别为Ea=380.9±61.0 meV和Ea=374.6±51.4 meV。发现了SBN低温下很强的光致荧光猝灭性质,其产生原因可能归属为样品对激发光的吸收造成的捕获电子态对发光的二次吸收。