Z扫描法研究nc-Si/SiN_x多量子阱材料非线性光学特性

采用射频磁控反应溅射技术与热退火处理制备了nc-Si/SiN_x多量子阱材料.对样品进行了小角度XRD、Raman光谱、吸收光谱测试,研究了其结构和光学性质.采用皮秒脉冲激光单光束Z-扫描技术研究了样品在非共振吸收区的三阶非线性光学特性.实验结果表明,其非线性折射率为负值,非线性吸收属于双光子吸收.由实验数据计算得材料三阶非线性极化率为7.50×10~(-8)esu,该值比体硅材料的三阶非线性极化率大4个数量级.对材料光学非线性产生的机理进行了探讨,认为材料的非线性极化率的增加来源于材料量子限制效应增强.

Si衬底减薄及氧化对硅基二氧化硅波导应力双折射影响的数值分析

采用有限元法对硅基二氧化硅波导在玻璃化过程中的应力与Si衬底厚度和背面氧化层厚度的关系进行了系统的分析;在此基础上,应用全矢量有限差分束传播法(FD-BPM) 对应力光波导的双折射进行了分析.结果表明随着Si衬底厚度的减薄,波导附近水平方向和垂直方向所受应力趋于一致,双折射系数B可小于10~(-4);Si衬底背面氧化层的存在使双折射系数略有增大,但随氧化层厚度的增加可减缓其增加量.

PLD工艺制备高质量ZnO/Si异质外延薄膜

采用脉冲激光沉积工艺在不同条件下以Si(111)为衬底制备了Zno薄膜.通过对不同氧压下(0～50Pa)沉积的样品的室温PL谱测试表明,氧气氛显著地提高了薄膜的发光质量,在50Pa氧气中沉积的ZnO薄膜具有最强的近带边UV发射.XRD测试说明在氧气氛中得到的薄膜结晶质量较差,没有单一的(002)取向.利用-低温(500℃)沉积的ZnO薄膜作缓冲层,得到了高质量的ZnO外延膜.与直接沉积的ZnO膜相比,生长在缓冲层上的ZnO膜展现出规则的斑点状衍射花样,而且拥有更强的UV发射和更窄的UV峰半高宽(98meV).对不同温度下沉积的缓冲层进行了RHEED表征,结果表明,在600～650℃之间生长缓冲层,有望进一步改善ZnO外延膜的质量.

Si_(0.75)Ge_(0.25)虚衬底上应变补偿Si/Si_(0.62)Ge_(0.38)量子阱发光

由于Si/SiGe异质结构的带阶差主要发生在价带,为实现高效率的发光,本文从理论上设计了在硅基Si_(1-x) Ge_x虚衬底上外延应变补偿的Si/S_(1-y) Ge_y(y>x)量子阱的能带结构,将量子阱对电子的限制势垒提高到100meV以上.在实验上,采用300℃生长的Ge量子点插入层,制备出薄的SiGe驰豫缓冲层(虚衬底),表面Ge组份达到0.25,表面粗糙度小于2nm,驰豫度接近100%.在我们制备的SiGe缓冲层上外延了应变补偿SiGe/Si多量子阱结构,并初步研究了其发光特性.

Si衬底上Ge材料的UHVCVD生长

采用超低温Buffer层技术在Si衬底上生长出了质量优良的厚Ge材料,材料的穿透位错密度为1×10~5 cm~(-2).原子力显微镜测试表明表面均方根粗糙度为0.33nm,卢瑟福背散射谱表明Ge的沟道产额低达3.9%,透射电镜分析则表明应变的弛豫主要是通过在Si与Ge的界面处形成失配位错来实现的.

第一性原理研究Mg,Si和Mn共掺GaN

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法(PWP)计算Mg,Si和Mn共掺GaN电子结构和光学性质,分析比较计算结果.计算表明:掺杂后体系均在能隙深处产生自旋极化杂质带,具有半金属性,能产生自旋注入.与Mn掺杂GaN比较,Mg共掺后能使居里温度(TC)升高,并在1.0eV出现源于Mn4+离子基态4T1(F)到4T2(F)态跃迁的较强的光吸收,而Mn掺杂GaN时位于1.3eV处的吸收峰消失;Si共掺后没能使TC升高,且在低能区无光吸收现象.

Si／SiNx超晶格材料的非线性光学特性

采用射频磁控反应溅射技术与热退火处理制备了Si／SiN；超晶格材料。利用吸收光谱和X射线衍射对材料进行表征。通过皮秒脉冲激光单光束Z-扫描技术研究了该材料在非共振吸收区的三阶非线性光学特性，实验结果表明，样品的非线性折射率为负值，非线性吸收属于双光子吸收。由实验数据得到材料的三阶非线性极化率实部和虚部分别为1．27×10~(-7)，1．51×10~(-8)esu，该值比体硅材料的三阶非线性极化率值大5个数量级。对材料光学非线性产生的机理进行了探讨，认为材料的非线性极化率的增加来源于材料量子限制效应的增强。

nc-Si／SiN_x超晶格薄膜实现Nd

采用射频磁控反应溅射法制备a—Si／SiN。超晶格薄膜材料，热退火后形成纳米Si晶粒。把nc—Si／SiN，薄膜作为饱和吸收体插入Nd

以Au为缓冲层在Si衬底上生长ZnO薄膜

采用化学气相沉积（CVD）方法在Si（001）衬底上分别制备了有金属Au缓冲层以及无Au缓冲层的ZnO薄膜。其中Au缓冲层在物理气相沉积（PVD）设备中蒸发，厚度大约为300nm。有Au缓冲层的ZnO薄膜晶体质量比直接在Si衬底上生长有了显著提高。利用X射线衍射（XRD）研究了所生长ZnO薄膜的结晶质量，有Au缓冲层的ZnO薄膜虽然仍为多晶，但显示出明显的择优取向。用光学显微镜研究了ZnO薄膜的表面特征，金属Au缓冲层显著地提高了在Si衬底上生长的ZnO薄膜的晶粒尺寸及平整度。同时利用室温光致发光（PL）谱研究了ZnO薄膜的光学性质，并分析了有Au缓冲层的ZnO薄膜NEB发光峰强度反而弱的可能原因。

以金属为缓冲层在Si（111）上分子束外延GaN及其表征

用电子束蒸发方法在Si（111）衬底上蒸发了Au/Cr和Au/Ti/Al/Ti两种金属缓冲层,然后在金属缓冲层上用气源分子束外延（GSMBE）生长GaN.两种缓冲层的表面都比较平整和均匀,都是具有Au（111）面择优取向的立方相Au层.在Au/Cr/Si（111）上MBE生长的GaN,生长结束后出现剥离.在Au/Ti/Al/Ti/Si（111）上无AlN缓冲层直接生长GaN,得到的是多晶GaN;先在800℃生长一层AlN缓冲层,然后在710℃生长GaN,得到的是沿GaN（0001）面择优取向的六方相GaN.将Au/Ti/Al/Ti/Si（111）在800℃下退火20min,金属层收缩为网状结构,并且成为多晶,不再具有Au（111）方向择优取向.

VGF法生长的低位错掺Si-GaAs单晶的缺陷和性质

研究了垂直梯度凝固法（VGF法）生长的掺Si低阻GaAs单晶材料的晶格缺陷和性质,并将VGF法和LEC法生长的非掺半绝缘GaAs单晶进行了比较.利用A-B腐蚀显微方法比较了两种材料中的微沉积缺陷,对其形成原因进行了分析.利用荧光光谱研究了掺Si-GaAs单晶中Si原子和B原子的占位情况和复合体缺陷.Hall测量结果表明,掺Si低阻VGF-GaAs单晶中存在很强的Si自补偿效应,造成掺杂效率降低.VGF-GaAs单晶生长过程中高的Si掺杂浓度造成晶体中产生大量杂质沉积,而杂质B的存在加重了这种现象.对降低缺陷密度,提高掺杂效率的途径进行了分析.

界面热应力对InP/Si键合质量的影响

通过实验和理论计算,分析了InP/Si键合过程中,界面热应力的分布情况、影响键合结果的关键应力因素及退火温度的允许范围。分析结果表明,由剪切应力和晶片弯矩决定的界面正应力是晶片中心区域大面积键合失败的主要原因,为保证良好的键合质量,InP/Si键合退火温度应该在300～350℃范围内选取。具体实验验证表明,该理论计算值与实验结果相一致。最后,在300℃退火条件下,很好地实现了2inInP/Si晶片键合,红外图像显示,界面几乎没有空洞和裂隙存在,有效键合面积超过90%.

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si薄膜深度剖析

对于在Si(111)上用氧离子束辅助(O~+-assisted)脉冲激光淀积(PLD)生长的ZnO薄膜,用X射线光电子能谱(XPS)深度剖析方法对长成的样品进行了异位测试,分析了导致各峰峰位能移的因素;通过异位与原位XPS谱图的比较,指出O+-assisted PLD法生成的ZnO薄膜中存在孔隙;指出生长出的ZnO薄膜中含si成分的厚度不超过18 nm;同时探讨了在长成的ZnO/Si上继续生长GaN薄膜的可行性.

有机／无机杂化SiO_2／Si光波导薄膜的制备及表征

采用有机／无机杂化溶胶-凝胶（sol-gel）法制备了SiO_2光波导薄膜材料。采用甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（MAPTMS）作为反应先躯体，四丙氧基锆（ZPO）作为调节折射率的材料，正丙醇（n-propyl alcohol）为溶剂，利用旋涂方法在Si基片上成膜，采取低温长时间、高温短时间的热处理方式，制备出无龟裂薄膜。分别采用棱镜耦合仪和原子力显微镜（AFM）研究了不同溶剂量和不同ZPO量情况下，薄膜的折射率、厚度以及表面形貌变化情况。研究结果表明

Si基外延GaN的结构和力学性能

采用MOCVD技术在Si衬底(111)面上生长了GaN外延膜,分析了薄膜表面形貌和Si基GaN的临界载荷,研究了表面发光性能和GaN晶体质量随深度的变化.结果表明,外延层的表面比较平整,多组超晶格插入层可以进一步降低位错密度,提高晶体质量.膜的表面有许多颗粒状的发光中心,除了强的带边峰外,还有弱的黄光带和红光带,这可能是ON与VGa所产生的深能级跃迁产生的.GaN的晶体质量具有梯度变化,GaN外延层的上层晶体质量比较好,界面附近比较差,但是外延层与衬底的结合强度较高,临界载荷达到2.05 N.