微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制. 一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构，腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列，从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为 3～4nm. 从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强. 微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面：共振模式的增强和非共振模式的抑制. 硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强，非共振模式的辐射跃迁被抑制，因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道，导致光致发光谱的窄化和强度的增强. 因此，在提高硅材料发光效率方面，光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制.一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构,腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列,从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为3～4 nm.从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强.微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面:共振模式的增强和非共振模式的抑制.硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强,非共振模式的辐射跃迁被抑制,因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道,导致光致发光谱的窄化和强度的增强.因此,在提高硅材料发光效率方面,光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

基于光子晶体渐变型双异构微腔的掺铒硅光致发光研究

实验验证了室温下二维氧化物下包层非对称平板三角晶格光子晶体渐变型双异构微腔对绝缘体上硅(SOI)基片上铒氧共掺硅材料的显著发光增强作用.在波长为488 nm、功率为15 mW激光激发下,微腔的光致发光(PL)谱呈现出一个位于1 557.93 nm通信波长处的尖锐狭窄的发光峰,相比于无光子晶体区域,发光增强了约13倍.谐振峰随光泵浦功率增加,发生明显的红移,Q值逐渐下降,在1.5mW光泵浦功率下,Q值达6 655.微腔谐振波长与光子晶体晶格周期之间呈线性正比关系,通过调整晶格周期,实现了掺铒硅发光增强峰波长的灵活可控.     

光子晶体微腔发光二极管

光子晶体微腔因其具有增强自发辐射、定向输出和单模工作的能力而受到广泛关注。介绍了光子晶体微腔发光二极管的基本原理、设计、特性、制作及其典型器件。     

光学微腔的应用和发展前景

随着激光技术的不断发展,高Q值光学微腔受到广泛关注,其应用领域不仅局限于传统光学,在量子信息和集成量子芯片方面更是有广阔的应用前景。简要分析了两种不同类型光学微腔(回音壁模式光学微腔和光子晶体缺陷腔)的原理、发展历程以及相对于传统光学谐振腔的优势。同时数值模拟出了不同结构光学微腔的模式分布。基于其特殊优势,介绍回音壁模式光学微腔在激光技术、生物探测以及量子物理领域的重要应用,并且预测光子晶体微腔将在集成光学、微电子技术等领域具有巨大的发展前景。     

二维光子晶体波导和微腔缺陷态研究

利用二维三角晶格及正方晶格介质柱光子晶体TE偏振的禁带与介质柱半径的变化关系,分析了二维光子晶体缺陷态的分布.根据光子晶体波导间的耦合作用,计算其耦合长度设计合理的定向耦合器.通过分析波导与微腔的耦合特性,选取不同的传输方向,可以设计多种基于光子晶体波导与微腔耦合的波分复用系统.     

光子晶体超晶格的能带折叠

我们分析了光子晶体超晶格的能带结构，光子晶体超晶格的能带与半导体超晶格的相同，都有能带的折叠现象。一维光子晶体超晶格的每条能带被折叠成M条，二维光子晶体超晶格的第一条能带被折叠成M^2条，M是每个维度晶格放大的倍数。显然如果是三维光子晶体超晶格，每一条能带将被折叠成M^3条。     

GaAs/AlAs短周期超晶格的静压光致发光研究

在室温和液氮温度下对不同层厚的GaAs/AlAs短周期超晶格在0—50kbar范围内进行了静压光致发光研究。在导带最低能级为类Γ态能级(Ⅰ类超晶格)和类X态能级(Ⅱ类超晶格)两种情况下都得到了类Γ态能级与类X态能级差随层厚的变化。首次直接观察到室温、常压下(GaAs)_(11)(AlAs)_(11)超晶格中类Γ态能级与类X态能级发生交叉。从发光峰的强度随压力的变化求得室温下在类Γ态能级与类X态能级恰好交叉的压力下类X态电子和类Γ态电子到价带空穴的跃迁几率之比从(GaAs)_(17)(AlAs)_(17)的1.4×10~(-4)逐渐增加到(GaAs)_6(AlAs)_6的4.6×10~(-3)。表明类Γ态和类X态间的混合较弱。对实验结果进行了简短的讨论。     

光子晶体的微腔特性

为了设计一种高品质因子的光子晶体微腔和研究单缺陷光子晶体微腔谐振模波长随晶格常数的变化规律,使用时域有限差分法(difference time-domain method)和基于Baker算法的Padé近似方法计算了半导体材料上空气孔阵列光子晶体微腔的谐振模波长和品质因子.得到的新型光子晶体微腔的品质因子达246510,单缺陷光子晶体微腔模波长随晶格常数a和孔半径r的近似为线性变化关系:当孔半径r为一常数时,表现为晶格常数改变1nm,谐振波长变化约3nm,为实际制作光子晶体微腔激光器提供了理论指导.     

纳米硅镶嵌氮化硅薄膜的制备与光致发光特性

为研究氮化硅薄膜发光材料的制备工艺及其光致发光机制,实验采用射频磁控反应溅射技术与热退火处理制备了纳米硅镶嵌氮化硅薄膜材料.利用红外光谱(IR)、X射线衍射谱(XRD)、能谱(EDS)和光致发光谱(PL),对不同工艺条件下薄膜样品的成分、结构和发光特性进行研究,发现在制备的富硅氮化硅薄膜材料中形成了纳米硅颗粒,并计算出其平均尺寸.在510 nm光激发下,观察到纳米硅发光峰,对样品发光机制进行了讨论,认为其较强的发光起因于缺陷态和纳米硅发光.     

电化学脉冲腐蚀法制备窄峰发射的多孔硅微腔

用电化学脉冲腐蚀方法制备了多孔硅微腔 ,讨论了脉冲电化学腐蚀的参数——周期、占空比对多孔硅多层膜制备的影响 ,并用了以 HF酸扩散为基础的多孔硅动态腐蚀机理对实验结果进行解释 ,认为在用电化学脉冲腐蚀法制备多孔硅微腔的过程中 ,不但要考虑到 HF酸对硅的纵向电流腐蚀 ,也要考虑到 HF酸对多孔硅硅柱的横向浸泡腐蚀 .可通过选取合适的周期、占空比 ,使二者对多孔硅的作用达到适中 ,以制备出高质量的多孔硅多层膜和微腔 .并用正交实验法优化了制备多孔硅微腔的参数 ,根据优化的实验参数 ,制备出了发光峰半峰宽为 6 nm的多孔硅微腔     

SiC/nc-Si多层薄膜的光致可见发光谱的紧束缚理论

用Vogl提出的sp3s紧束缚模型来研究碳化硅/纳米硅（SiC/nc-Si）多层薄膜的能带结构与其光致发光谱的关系，并设计出SiC/nc-Si多层薄膜最佳结构为{Si}1{SiC}8，即碳化硅层的厚度是纳米硅层厚度的8倍时的超晶格结构蓝光发射的效率最高. 在等离子体增强化学气相沉积系统中,通过控制进入反应室的气体种类逐层沉积含氢非晶SiCx∶H(a-SiCx∶H)和非晶Si∶H (a-Si∶H) 薄膜,然后经过高温热退火处理,成功制备出了晶化纳米SiC/nc-Si(多晶SiC和纳米Si)多层薄膜. 利用截面透射电子显微镜技术分析了a-SiCx∶H/nc-Si∶H多层薄膜的结构特性,表明制得的超晶格结构稍微偏离设计，它的结构为{Si}1{SiC}5. 最后对晶化样品的光致发光谱进行研究，详细分析了各个光致发光峰的物理本质.     

变折射率光学微腔性能研究

本文使用时域有限差分法研究了六种不同折射率分布的圆柱型光学微腔，计算了不同阶径向回音壁模式的能量分布和在棱镜耦合状态下的品质因数，分析了渐变型和突变型折射率分布对微腔性能的影响。在此基础上讨论了通过改变折射率分布来选择性增强特定阶模式和改善微腔性能的途径，这对微腔研究与应用的进一步发展具有一定的指导意义。     

Light extraction enhancement of SOI-based erbium/oxygen Co-implanted photonic crystal microcavities

H₅ photonic crystal（PC） microcavities co-implanted with erbium（Er） and oxygen（O） ions were fabricated on silicon-on-insulator（SOI） wafers.Photoluminescence（PL） measurements were taken at room temperature and a light extraction enhancement of up to 12 was obtained at 1.54μm,as compared to an identically implanted unpatterned SOI wafer.In addition,we also explored the adjustment of cavity modes by changing the structural parameters of the PC,and the measured results showed that the cavity-resonant peaks shifted towards shorter wavelengths as the radius of the air holes increased,which is consistent with the theoretical simulation.     

随机层厚分布的半导体超晶格光荧光对温度的依赖关系

本文提出热激活辐射过程和Berthelot-型的非辐射复合过程互相竞争的简单模型解释无序半导体超晶格的光荧光随温度变化行为,预言了当温度升高荧光衰变时间在某一温度附近快速下降;获得了高温时较大无序度的半导体超晶格比较小无序度的半导体超晶格荧光强,在低温时情况相反;且荧光峰随温度变化存在一个最大值。理论结果与实验观察到的无序半导体超晶格荧光行为一致。     

富Si的SiN薄膜光致发光及电致发光研究

采用等离子体化学气相沉积法(PECVD)制备了三种不同化学计量比的富Si的SiN薄膜,并对其光致发光及电致发光性能进行了研究.研究发现,随着Si含量的增加,薄膜的光致发光峰位从460 nm红移到610 nm,且半高宽不断增加;而薄膜的电致发光峰位并没有随着Si含量的改变而变化,始终处于600 nm附近,这主要是由于富Si的SiN薄膜的光致发光与电致发光的机理是不同的.光致发光来源于SiN薄膜缺陷态能级之间辐射复合,而电致发光则是由注入的裁流子先迟豫到较低的缺陷态能级,然后经过辐射复合而得到.     

Padé近似在光子晶体模拟中的应用

为了节省时域有限差分(FDTD)法的计算时间,提出了许多将FDTD的时域结果转换到频域的方法.文中介绍了一种基于Baker算法的Pade近似,并展示了其在光子晶体模拟中的应用.对频率为160THz,品质因子为5000的简单谐振子,结果显示Padé近似用28时间步数据得到的强度谱比快速傅里叶变换用220时间步数据得到的强度谱更精确.采用这一Padé近似,光子晶体平板结构中不同波矢对应的模式频率和品质因子及其能带结构可以在很短的FDTD输出结果下得出.另外,Padé近似也用于计算光子晶体微腔的模式频率和品质因子.