| 题名 | 碲镉汞薄膜及InAs/GaAs量子点红外调制光谱研究 |
| 作者 | 马丽丽 |
| 答辩日期 | 2011-06-22 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 陆卫 ; 邵军 |
| 关键词 | 碲镉汞 Inas自组织量子点 光致发光谱 调制反射光谱 光谱分辨率 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 半导体材料的光谱分析作为半导体物理研究的一个重要内容，对半导体器件设计具有实际意义。光致发光（Photoluminescence, PL）和光调制反射（Photoreflectance, PR）作为两种重要而有效光谱手段，在半导体材料及其低维结构光电特性研究中发挥了重要作用。傅里叶变换红外（Fourier Transform Infrared, FTIR）光谱仪则被证明是开展红外波段光谱分析的有力工具，并在包括PL和PR在内的众多光谱技术应用方面发挥了不可替代作用。碲镉汞 (Hg1−xCdxTe, HgCdTe)作为传统窄禁带半导体在当前红外辐射探测领域占据举足轻重地位；InAs/GaAs量子点作为新型低维结构半导体则是制备光纤通信用发光器件的热门材料。本文利用基于步进扫描FTIR光谱仪的红外调制PL和PR新型光谱技术，对这两种材料进行了研究，发现：对于PR光谱分析，谱分辨率设置不仅影响特征能量值的测定，还会影响对相关PR过程物理机制的可靠判断，多数文献中采用的分辨率水平并不充分；HgCdTe材料的PR和PL跃迁过程随温度变化会发生由杂质主导向带-带主导的演化，工程上常用的禁带-温度经验公式实际上反映了“等效禁带”；采用变温/变激发PL和变温PR光谱相结合分析，可以观测表面量子点相关过程，探讨浸润层对量子点材料光学性质的影响。本文工作具体主要表现为以下三方面：（1）本项工作针对已有PR研究极少提及光谱分辨率的状况，以及分辨率对包括PL在内光谱分析结果的显著影响，在不同光谱分辨率条件下，对HgCdTe薄膜样品和InAs/GaAs量子点样品进行了低温PR光谱测试。通过线型拟合与不同分辨率比对分析，发现作为一个重要参数，光谱分辨率的适当设置对窄PR光谱特征的揭示以及光谱特征临界能量的确认都有重要的意义。同时也演示证明了基于步进扫描FTIR光谱仪的PR技术在高光谱分辨率应用方面具有传统单色仪技术无法比拟的优越性。（2）通过对分子束外延（Molecular beam epitaxy, MBE）生长的一系列组分非故意掺杂和砷掺杂HgCdTe样品进行了红外PR测试分析，形成初步的砷掺杂HgCdTe材料带边能带结构（禁带宽度、带边态）、杂质/缺陷能级分布与PR光谱各特征之间对应关系等物理图像。通过对多个不同组分非故意掺杂HgCdTe样品的红外PL光谱分析，探讨了常用禁带能量经验公式的物理含义，发现HSC公式预测的“等效”禁带宽度（人们通常认为的光电响应截止波长）与PR光谱在不同温度时的最强特征峰位置非常接近；HgCdTe材料的光电响应截止波长一般并非对应带-带跃迁过程，浅施主、受主能级以其与导带/价带间的跃迁也构成显著贡献。分析表明，Hg空位能级位于价带上约14 meV 处，AsHg在导带下约 18 meV 处。非故意掺杂HgCdTe材料中也可能存在TeHg和V2Hg。分别在导带下约23 meV 和价带上约46 meV。（3）利用变温PR和变温/变激发功率PL光谱手段，对分子束外延技术制备的 GaAs 基 InAs 自组织量子点材料进行了实验测试，观察到表面量子点发光和GaAs衬底丰富的PR光谱结构以及发现PR光谱线形对量子点分布特性具有明显依赖性，相对于PL分析能够揭示包括量子阱激发态、浸润层在内的更多光学跃迁过程。通过比较分析不同尺寸和不同密度的样品的PL光谱，讨论了浸润层对量子点材料光学性质的影响。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-08-22 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4856]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马丽丽. 碲镉汞薄膜及InAs/GaAs量子点红外调制光谱研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
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