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。