1 中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215123
3 昆山杜克大学自然与应用科学学部, 江苏 昆山 215316
金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备InGaN/GaN多量子阱结构时, 在GaN势垒层生长的N2载气中引入适量H2, 能够有效改善阱/垒界面质量从而提升发光效率。 本工作利用光致发光(PL)光谱技术, 对蓝光激光器结构中的InGaN/GaN多量子阱的发光性能进行了精细的光谱学测量与表征, 研究了通H2生长对量子阱界面的调控效应及其发光效率提升的物理机制。 室温PL光谱结果显示, GaN势垒层生长载气中引入2.5%的H2使InGaN/GaN多量子阱的发光效率提升了75%、 发光峰的峰位蓝移了17 meV、 半峰宽(FWHM)减小了10 meV。 通过功率依赖的PL光谱特征分析, 我们对InGaN/GaN量子阱中的量子限制Stark效应(QCSE)和能带填充(Band Filling)效应进行了清晰的辨析, 发现了发光峰峰位和峰宽的光谱特征主要受QCSE效应影响, H2的引入能够大幅度降低QCSE效应, 并且确定了QCSE效应被完全屏蔽情况下的发光峰能量为2.75 eV。 温度依赖的PL光谱数据揭示了通H2生长量子阱结构中显著减弱的载流子局域化行为, 显示界面质量提高有效降低了限制势垒的能量波动, 从而导致更窄的发光峰半峰宽。 PL光谱强度随温度的变化规律表明, 通H2生长并不改变量子阱界面处的非辐射复合中心的物理本质, 却能够显著减少非辐射复合中心的密度, 有助于提升量子阱的发光效率。 通过时间分辨PL光谱分析, 发现通H2生长会导致量子阱结构中更短的载流子辐射复合寿命, 但不影响非辐射复合寿命。 载流子复合寿命的变化特征进一步确认了通H2生长对量子阱结构中QCSE效应和非辐射复合中心的影响规律。 综合所有PL光谱分析结果, 我们发现通H2生长能够提高InGaN/GaN多量子阱的界面质量、 显著减弱应力效应(更弱的QCSE效应)、 降低限制势垒的能量波动以及减少界面处非辐射复合中心的密度, 从而显著提升量子阱的发光效率。 该研究工作充分显示了PL光谱技术对半导体量子结构发光性能的精细表征能力, 光谱分析结果能够为InGaN/GaN多量子阱生长提供有价值的参考。
InGaN/GaN多量子阱 光致发光光谱 量子限制Stark效应 载流子局域化 载流子复合寿命 InGaN/GaN MQWs Photoluminescence spectroscopy Quantum-confined Stark effect Carrier localization Carrier recombination lifetime 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1179
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 邵阳学院电气工程学院多电源地区电网运行与控制湖南省重点实验室，湖南 邵阳 422000
3 武汉飞思灵微电子技术有限公司，湖北 武汉 430040
硅基光子集成技术在众多领域已经取得了重大突破，但目前唯一能实现全部硅基集成有源器件且与互补金属氧化物半导体工艺兼容的材料是锗硅材料体系。Ge/SiGe多量子阱作为硅基光调制器在硅芯片上能实现短距离光互连，基于量子限制斯塔克效应的Ge/SiGe多量子阱调制器具有低功耗、低偏压、高速率的优点。总结了基于Ge/SiGe多量子阱调制器的研究现状和进展，讨论对比了Ge/SiGe多量子阱调制器的消光比、光损耗、偏置电压、电场、光调制器的调制带宽、暗电流等性能参数，展望了Ge/SiGe多量子阱调制器在集成光子学中的发展方向和面临的挑战。
光学器件 硅基光子学 SiGe调制器 Ge/SiGe多量子阱 量子限制斯塔克效应 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1900003
1 发光学及应用国家重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
3 东北师范大学 物理学院, 吉林 长春130024
在不同功率密度的电子束泵浦条件下, 对ZnO/Zn0.85Mg0.15O非对称双量子阱的荧光光谱进行了研究, 并采用蒙特卡罗仿真模拟对测试结果进行了分析。模拟的结果和实验结果高度吻合。观测到了不随穿透深度变化的阱区发光峰红移, 证明表面电荷积累引起了量子限域斯塔克效应。
量子阱 电子束泵浦 量子限域斯塔克效应 ZnO ZnO quantum wells electron beam pumped quantum-confined Stark effect
中山大学物理系光电材料与技术国家重点实验室,广州 510275
提出了利用量子约束斯塔克(Stark)效应制作具有调制功能的多模干涉型1×3分束器的设计思想,并详细分析了这种光分束器的工作原理。根据理论计算结果,制作了具有调制功能的多模干涉型1×3分束器。分束器的脊型多模波导长度为275 μm,宽度为10 μm,波导层采用GaAs/AlGaAs多量子阱结构,厚度约为0.2 μm;电极采用共面波导结构。首先用有限差分光束传播法模拟了器件的光波传播特性,然后进行了初步的实验验证。理论模拟和实验结果表明,波长为0.86 μm的高斯光束对称入射到多模波导的中心,器件实现了3分束功能;施加3 V的直流偏压,器件的调制深度达90%以上、调制带宽为2 GHz,实现了电吸收调制功能。
多模干涉 量子约束斯塔克效应 导模传输分析 有限差分光束传播法
