非极性面AlGaN/ZnO异质结偏振发光/探测双功能器件光电性质研究

发布时间：2021-09-28 00:01

　　偏振紫外发光与探测在紫外偏振曝光、宇宙背景辐射探测、大气分析等特种应用领域有着重要的应用价值。非极性a面ZnO材料,一方面因高的激子束缚能（60 meV）和宽的直接带隙（3.37 eV）适合制备紫外波段光电器件;另一方面因天然具有偏振光学各向异性适合制备对偏振敏感的光电器件。能同时发光和探测的双功能器件因结构更为简单和集成度高在多功能器件领域具有重要的应用前景。难以制备稳定可靠的p-ZnO使得p-（Al）GaN经常用作ZnO基发光二极管和探测器件的空穴注入层。为制备基于非极性a面ZnO材料的偏振发光、探测双功能器件,需研究解决高质量非极性a面p-AlGaN及n-ZnO材料制备困难;衬底/模板材料施加的应力对材料偏振光学性质影响规律;GaN/ZnO材料体系中为实现ZnO主导发光需引入异质插入层导致ZnO材料晶体质量恶化;发光和探测属于相反的光电转化过程,难以实现单片集成等诸多问题。本论文以非极性a面p-AlGaN/n-ZnO材料外延生长为基础,以实现光发射和光接收双功能器件模型为目标,利用优化的非极性面AlGaN和ZnO外延生长工艺改善表面形貌提高晶体质量;借助晶格失配的模板材料对ZnO... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

在不同剂量偏振紫外线曝光照射下薄膜分子取向各向异性的程度[10]

还需要通过偏振片解析出其中的 p 光和 s 光，分别进行强度探测，最终完成偏振光信息的解析[13]。而图1-2（b）所示的装置中，强度探测依托于天然具有偏振探测能力的探测器来实现，则可省去偏振片或偏振调节光路，整体系统结构更为简单，在对重量和体积极为敏感的航天器上尤为有价值[14, 15]。

选择性实现偏振光发射或光吸收。对此首先需了解 III-V 和 II-VI 族二元化合物半导材料的能带结构，其电子结构的价带一般主要来源于共价键轨道（s 和 p）。虽然导带反键轨道组成，但当从周期表的 IV 族进一步向外移动时，二元化合物半导体的离子性将会变强。其化合物通常会形成立方（闪锌矿）和六方（纤锌矿）晶体结构，例如 Zn则更易形成纤锌矿结构。闪锌矿和纤锌矿结构之间的区别在于闪锌矿是立方的，而锌矿是在[111]方向（纤锌矿中的 z 方向）上的立方体的变形。离子性效应将让更多的电子位于 V 族或 VI 族原子上，并使得其价带上的电荷度具有更强的 s 和 p 特性。与仅具有共价键的材料相比，这种效应还会在布里渊区缘产生间隙，即横跨布里渊区域的扁平带。ZnO 为直接带隙材料，因此导带底和价顶都位于 Γ 点。如图 1-3 所示，ZnO 的导带在 Γ 点处是 S 轨道，并且是自旋简并的前三个价带是在闪锌矿和纤锌矿对称性中因自旋-轨道相互作用分裂而成的 p 轨道。锌矿对称性也具有晶体场分裂特性。


本文编号：3410865