由于InN材料具有各向异性的特性, 其电子迁移率沿c轴(Γ-A方向)和底面(Γ-M方向)不同, 同时, 其负微分电阻率在不同晶向上也不同。利用Farahmand Modified Caughey Thomas(FMCT)迁移率模型描述了InN材料在不同晶向上的电子输运特性, 利用文中提出的参数提取方法分别提取了InN在不同晶向上的FMCT模型参数。为了将InN材料的各向异性特性应用于耿氏(Gunn)二极管的制作, 使用Silvaco-atlas半导体仿真软件对纤锌矿InN n+nn+和n+n-nn+两种结构的耿氏二极管进行数值仿真, 对沿两个晶向上制作的InN耿氏二极管的输出特性进行了比较。结果表明: InN耿氏二极管沿Γ-A方向比沿Γ-M方向获得的频率和转化效率更高。InN材料沿Γ-A方向更适合制作耿氏二极管, 该研究为制作InN耿氏二极管提供了参考。

由于1.55 μm波段广泛应用于通信领域, 为了探索不同生长温度对InN量子点的形貌影响, 并且实现自组装InN量子点在1.55 μm通信波段的发光, 对InN量子点的液滴外延及物性进行了相关研究。首先利用射频等离子体辅助分子束外延(PA-MBE)技术在GaN模板上, 采用液滴外延方法在3种温度下生长了InN量子点结构。生长过程中靠反射高能电子衍射(RHEED)对样品进行原位监控。原子力显微镜(AFM)表征结果表明随着生长温度升高, 量子点尺寸变大, 密度减小。在生长温度350 ℃和400 ℃下, 观测到了量子点; 当温度高于450 ℃时, 未观测到InN量子点。当生长温度为400 ℃时, 量子点形貌最好, 密度为6×108/cm2,对400 ℃下生长的InN量子点进行了变温PL测试, 成功得到InN量子点在1.55 μm波段附近的光致发光, 并且随着测试温度的升高, 量子点的发光峰位发生了先红移后蓝移最后又红移的S型曲线变化, 这种量子点有望在未来应用于量子通信领域。

提出一种基于重构等效啁啾(REC)技术的1 550 nm波段氮化铟分布反馈(DFB)半导体激光器。在传输矩阵法(TMM)的理论基础上，对该结构激光器的各项光学性能进行仿真分析。结果表明，基于该技术设计的激光器具有良好的光电特性，阈值电流很小，约为6.1 mA，斜效率为0.31 mW/mA；在20 mA的注入电流下得到了1 549.09 nm的单模激射，边模抑制比均超过了39 dB。同时，分析了激光器腔长和有源层厚度对其光电特性的影响，腔长越长，功率越低且烧孔效应越强；随着有源层厚度的增大，阈值电流也随之增高。这一结果可以为氮化铟DFB激光器的设计加工提供一定的参考。

根据RCWT(严格耦合波理论)和等效介质理论, 提出了在可见光波段的基于半导体材料氮化铟的亚波长光栅导模共振滤波器的结构设计和仿真方法, 并探讨了滤波器反射谱对光栅参数的敏感性。在维持滤波器高峰值反射率、低旁带和窄线宽不变的条件下, 利用其对光栅周期的敏感性, 结合仿真提出了利用微机电系统梳齿驱动器改变光栅周期(ΔT为0~99.7 nm)从而线性地控制共振波长输出(调谐范围为23 nm), 实现了半高全宽小于1.15 nm的可调谐反射型导模共振滤波器。

通过介绍蓝宝石衬底上生长氮化铟(InN)单晶薄膜的发展历程, 阐述了生长该单晶薄膜的几种方法及生长过程中存在的一些问题和改进措施, 说明了生长高质量InN单晶薄膜的有效途径, 为InN的生长及应用提供了理论与技术指导。

采用射频等离子体分子束外延(RF-MBE)技术在蓝宝石(Al2O3)衬底上外延生长了InN薄膜, 在生长之前对其进行不同时间的氮化处理。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对薄膜的形貌和结构进行了表征, 发现氮化时间小于60min时获得的InN薄膜的晶体结构为多晶且表面粗糙, 而氮化时间为60min及120min时获得的InN薄膜为单晶结构, 表面粗糙度有所下降。分析表明, 氮化时间对InN薄膜的晶体结构有很重要的影响。

研究了不同的快速退火(RTA)温度对Mg掺杂的InN材料的影响。根据马赛克微晶模型，利用X射线衍射(XRD)技术，对样品的对称面和非对称面做ω扫描，并且通过倒异空间图(RSM)扫描，拟合得到了刃位错与螺位错密度，并且根据在不同快速退火温度条件下位错密度的比较，同时结合迁移率的测量结果，发现快速退火温度采用400 ℃能有效地提高晶体的质量。原因在于快速退火能有效地激活Mg原子活性，降低材料中的载流子浓度，同时快速退火采用的氮气气氛能补偿部分起施主作用的氮空位，降低材料中载流子浓度的同时也降低了缺陷。同时，(002)面的摇摆曲线半峰全宽(FWHM)也很好地验证了所得结果。