InGaN调制量子阱结构和性质

对InGaN调制量子阱结构及物理特性进行系统研究。在理论上利用基于微扰法的能带结构和载流子波函数的数值求解，以及基于多体理论的半导体自发发射和光增益模型的方法研究各种InGaN调制量子阱结构；在材料生长上采用MOCVD和MBE相结合的超精细结构外延生长方法生长出各同结构的调制量子阱；在特性分析上通过X射线衍射，高分辨透射电镜、原子分辨率原子序数衬度成像研究量子阱的晶体结构、通过变温的光致/电致荧光谱，时间分辨荧光谱，电流-电压特性测量和变条长测增益等表征手段，研究不同调制量子阱的内外量子效率，载流子输运，俘获和复合过程，光增益以及相关的出光偏振特性等与半导体光电器件的发光性能密切相关的特性，从而充分认识不同势阱结构的调制量子阱的微结构和发光特性的相互关系，探索抑制量子限制斯塔克效应的新途径，找到调控载流子行为的物理手段，提出和优化新型调制量子阱结构，提高III族氮化物发光器件的发光性能。

本课题以InGaN/GaN量子阱为对象，从理论模拟计算、MOCVD生长和物性分析表征、半导体微加工与材料器件特性等方面，系统研究了氮化镓基调制量子阱结构和性质。建立了GaN基应变调制量子阱结构的理论模型：基于6×6 k·p微扰理论，研究了其在高应变、强极化条件下的能带特征，依据费米黄金定则的光学跃迁几率计算了自发发射谱和和考虑多体效应的光增益谱；理论研究了量子限制Stark效应（QCSE）与GaN基量子阱的发光性质的关系。在实验研究方面，进行了GaN基应变调制量子阱的MOCVD外延生长；借助变角度的掠角X射线衍射，高分辨透射电镜、变温的光致/电致荧光谱，时间分辨荧光谱等表征手段深入细致研究了调制量子阱的微结构和发光性质，多角度研究了强极化场下量子阱结构中载流子的动力学行为和复合规律，认识了InGaN量子阱中的自发辐射与受激辐射发光机制；研究了QCSE效应对载流子输运、量子阱发光效率的影响，探究了抑制QCSE效应的不同方法和途径，提出和优化了多种新型InGaN量子阱结构，用之于III族氮化物半导体发光器件，提高了发光性能。另外，另外，理论上修正了传统的载流子稳态速率方程的ABC模型，并应用于研究（局域）表面等离激元耦合增强GaN基发光二极管的发光效率，使等离激元与量子阱之间的耦合作用得以优化。