硅基参杂量子阱和量子级联结构LED的研究

摘要

硅基发光二极管（Light emitting diode，LED），是以四族元素硅（Silicon）为载体，在传统PN结技术的基础上经过多种技术发展后形成的高性能发光器件。由于硅在通信窗口波长段透明的性质以及硅材料广泛的工业基础，在芯片上实现硅基光互连和硅基光电子集成具有现实性。而硅基光源将会是未来信息时代实现光互连的最为重要的一步。本文通过对硅基量子级联结构LED的实验与理论研究，提出了一种新型的利用掺杂量子点泵浦，局域态发光，量子级联结构耦合共振的PIN型硅基LED。
　　在实验研究中，采用了脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition，简称PLD）方法来制备所需要的掺杂量子点量子级联结构样品。并使用退火工艺对制备出来的样品进行处理以改进发光。使用SEM和TEM等对量子点以及薄膜结构进行表征。并且对掺杂硅基量子点以及薄膜进行电子束辐照来研究生长规律，以及使用原位监测手段进行表征。最后对各种硅基量子级联结构LED进行电致发光光谱和光致发光光谱对发光波段进行研究。
　　在模拟计算研究方面，采用广义梯度近似模拟和局域密度泛函的非相对论的从头算法对量子点和薄膜结构进行模拟计算，使用能级分析和曲面效应（Curved Surface Effect）等对发光波长和发光机理进行模拟研究以及调控。
　　最后，设计并且制备出新型硅基掺杂量子点量子级联结构LED，并使用光致发光光谱和电致发光光谱对制备的样品的发光性能进行表征与研究。结果表明该结构器件有着不错的阈值效应、随着泵浦能量增加而超线性增加的光学增益以及在第三通信窗口附近的尖锐发光，能够很好的满足信息社会的需求，具有不错的发展前景。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1引言

1.2硅基LED的研究进展

1.3 硅基LED的研究意义

1.4 本论文的主要工作

第二章 硅基薄膜的制备方法

2.1硅基LED的制备方法

2.2 脉冲激光沉积的原理

2.3 本章小结

第三章 光发射机理的研究

3.1退火对发光的影响

3.2电子束辐照和量子点对光发射的影响

3.3曲面效应对发光波长的调控

3.4 本章小结

第四章 硅基LED的制备与研究

4.1 发光二极管的原理

4.2 量子阱与量子级联发光原理

4.3稀土元素掺杂LED及其电致发光光谱的研究

4.4锗硅LED及其电致发光光谱的研究

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录：研究生期间发表的论文与参与的科研项目