基于液滴外延技术制备无应力纳米光电红外探测器的研究

Coumpound semiconductor nanomaterials will be grown by droplet epitaxy technique. These nanomaterials will be analyzed by using TEM, XRD, AFM, and PL techniques in order to monitor the material quality as well as understand the growth mechanism. By varying and control the conditions of crystallization process of nano droplets, this project will achieve nanomaterial ordering and strain-free nanomaterials with high quality by using droplet epitaxy. Based on high quality epitaxial materials and mature fabrication techniques of quantum dot infrared photodetectors, the project will study strain-free infrared photodetectors in order to solve the low quantum efficiency issue of quantum dot infrared photodetectors.Moreover, by studying new material systems using droplet epitaxy, the project will fabricate infrared photodetectors with novel device structures and realize high performance multicolor infrared photodetectors.Through systematic measurements of the dark current, responsivity, and noise of the photodetectors, the project will thoroughly study the physical properties of the photodetectors based on strain-free nanomaterials. The project will pave the way for development of the third generation high performance infrared photodetectors by employing the droplet epitaxy growth technique.

通过液滴外延生长方法生成无应力的化合物半导体纳米材料，并利用透射电子显微镜，X射线衍射仪，原子力学显微镜，光致发光光谱等测定材料生长质量并研究液滴生长机理。利用改变控制纳米液滴晶化过程等办法，实现液滴外延可控生长，并制备高质量的无应力纳米材料。在优化材料质量的基础上，结合量子点红外探测器的制备工艺，研制新型无应力光电红外探测器，以期解决传统量子点红外探测器量子效率低的问题。并通过研究新材料体系的液滴外延生长，制备具有新器件结构的红外探测器，实现多色高性能光电红外探测器。通过系统地测量器件暗电流，光响应率，噪声等手段，深入研究基于无应力纳米材料光电红外探测器的性质。本研究将为应用液滴外延生长方法研制第三代高性能红外探测器奠定实验基础。

量子点等半导体纳米材料被广泛的用于下一代光电器件的研发中。然而传统量子点探测器面临效率低等问题，而如何实现高效率的探测器是当前急需解决的研究重点之一。本项目主要生长制备半导体纳米材料用于探测器的应用，特别是通过液滴外延生长方法制备新型的无应变化合物半导体纳米材料。研究主要内容集中于研究利用液滴外延技术对纳米材料生长的有效控制，并利用透射电子显微镜，X 射线衍射仪，原子力学显微镜，光致发光光谱等多种测试手段测定材料生长质量并研究液滴生长机理；研究纳米液滴的形成和生长控制，并实现在无损伤表面的有序的生长，为实现高均一性的纳米材料提供重要参考；通过新的生长手段实现低真空窄禁带半导体薄膜的制备和其光电应用。项目重要结果、关键数据及其科学意义包括：在国际上率先报道了垂直耦合的液滴外延生长技术,该研究不仅在液滴外延生长技术上提供了新的生长技术，定性的解释了其生长机理，并且通过该生长技术，可以实现在纳米尺度的异质机构，从而可以将原有的常用于量子机构红外探测器的多层量子结构放在单层的异质纳米结构上，大大的增加了探测器的设计的灵活性，项目还通过聚焦离子束制备有序排列的纳米液滴，并在国际上率先报道了利用聚焦的镓离子束在无损砷化镓表面可控的的制备纳米液滴。本研究实现的新的生长方法和器件研制技术将能够应用于研究开发下一代高性能红外光电器件。