本文设计了GaAs基1 060 nm高性能激光二极管的有源区结构, 通过在有源区中引入锑化物的应变补偿结构GaAsP/InGaAs/GaAsSb/InGaAsSb/GaAsP, 改变了有源区的能带结构, 解决了禁带宽度对发光波长的限制, 将弱Ⅱ型的量子阱能带结构变为Ⅰ型, 增大了电子空穴的波函数重叠, 提高了激光二极管跃迁概率和辐射复合概率及内量子效率, 降低了非辐射复合, 有效增强了器件输出功率和电光转换效率。同时, 设计了非对称异质双窄波导结构, p侧采用导带差大、价带差小的AlGaAs作为内、外波导层, 有利于价带空穴注入有源区且对导带中的电子形成良好的限制。n侧采用导带差小、价带差大的GaInAsP作为内、外波导层, 有利于导带电子的注入且对价带中的空穴形成更高的势垒。电子注入势垒和空穴注入势垒分别由原先的218、172 meV降低到148、155 meV, 提高了激光二极管的载流子注入效率; 电子泄漏势垒和空穴泄漏势垒分别由252、287 meV上升到289、310 meV, 增强了载流子限制能力。最后获得的激光二极管的输出功率和电光转换效率分别达到了6.27 W和85.39%, 为制备高性能GaAs基1 060 nm激光二极管提供了理论指导和数据支撑。

应用于掺镱(Yb)光纤激光器的半导体可饱和吸收镜(SESAM)需要具有较高的调制深度，即将较厚的砷化铟镓(InGaAs)材料作为吸收层。然而，InGaAs材料与砷化镓(GaAs)衬底之间的大失配，导致过厚的InGaAs材料质量极易恶化，影响锁模效果。因此，优化的外延结构设计和高质量的外延材料成为研制高性能SESAM的关键。本文设计了吸收层InGaAs材料总厚度分别为150 nm和300 nm的两种应变补偿多量子阱(MQW)结构的SESAM，利用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)方法进行外延材料生长，采用光致发光光谱仪、高分辨X射线衍射仪和分光光度计对外延材料特性进行表征，优化外延材料生长参数。将研制的两种SESAM应用到线型腔掺Yb光纤激光器中，实现稳定锁模的泵浦功率分别为130 mW和120 mW，输出激光脉宽分别为18.3 ps和9.6 ps。实验结果表明，吸收层InGaAs材料厚度为300 nm的SESAM更容易实现稳定锁模并获得脉宽较窄的激光脉冲输出。

Majorana费米子因反粒子是其本身且没有电矩和磁矩等性质而广受关注,其具有的可容错性在量子计算方面起着关键作用,能极大地提高计算机的存储能力,因而Majorana费米子成为国内外凝聚态物理界的研究热点。本文着重研究并整理Majorana费米子迄今为止的热点研究方向和相应研究进展,包括对约瑟夫森效应、量子点结构效应、Andreev反射以及Fano效应等理论模型的介绍,并对比多个相关实验的特点进行总结分析。

为了优化在长距离光纤通讯系统中采用的1.31μm波长的量子阱激光器, 对AlGaInAs/InP材料的有源区应变补偿的量子阱激光器进行了设计研究。采用应变补偿的方法, 根据克龙尼克-潘纳模型理论计算出量子阱的能带结构, 设计出有源区由1.12%的压应变AlGaInAs阱层和0.4%的张应变AlGaInAs垒层构成。使用ALDS软件对所设计出的器件进行了建模仿真, 对其进行了阈值分析和稳态分析。结果表明, 在室温25℃下, 该激光器具有9mA的低阈值电流和0.4W/A较高的单面斜率效率; 在势垒层采用与势阱层应变相反的适当应变, 可以降低生长过程中的平均应变量, 保证有源区良好的生长, 改善量子阱结构的能带结构, 提高对载流子的限制能力, 降低阈值电流, 提高饱和功率, 改善器件的性能。

使用MOCVD在图形化Si衬底上生长了含V形坑的InGaN/GaN蓝光LED。通过改变生长温度, 生长了禁带宽度稍大的载流子限制阱和禁带宽度稍小的发光阱, 研究了两类量子阱组合对含V形坑InGaN/GaN基蓝光LED效率衰减的影响。使用高分辨率X射线衍射仪和LED电致发光测试系统对LED外延结构和LED光电性能进行了表征。结果表明: 限制阱靠近n层、发光阱靠近p层的新型量子阱结构, 在室温75 A/cm2时的外量子效率相对于其最高点仅衰减12.7% , 明显优于其他量子阱结构的16.3%、16.0%、28.4%效率衰减, 且只有这种结构在低温时(T≤150 K)未出现内量子效率随电流增大而剧烈衰减的现象。结果表明, 合理的量子阱结构设计能够显著提高电子空穴在含V形坑量子阱中的有效交叠, 促进载流子在阱间交互, 提高载流子匹配度, 抑制电子泄漏, 从而减缓效率衰减、提升器件光电性能。

在Si衬底上外延生长了3种不同量子垒结构的绿光外延片并制作成垂直结构芯片, 3种量子垒结构分别为GaN、In0.05Ga0.95N/Al0.1Ga0.9N/In0.05Ga0.95N、In0.05Ga0.95N/GaN/In0.05Ga0.95N, 对应的3种芯片样品为A、B、C, 研究了3种样品的变温电致发光特性。垒结构的改变虽然对光功率影响很小, 但是在光谱性能上会引起显著改变, 结果如下: 在低温(13 K)大电流下, 随着电流密度的增大, 样品的EL谱峰值波长蓝移更为显著, 程度依次为B>A≈C; 在高温(300 K)小电流下, 随着电流密度的增大, 样品EL谱的峰值波长蓝移程度的大小依次为A>B>C。在同一电流下, 随着温度的升高, 样品在大部分电流下的EL谱峰值波长出现“S”型波长漂移, 在极端电流下又表现出不同的漂移情况。这些现象与局域态、应力、压电场、禁带宽度等因素有关。

通过传输矩阵法, 对负介电常数材料和负磁导率材料组成一维光子晶体的多量子阱结构的共振隧穿特性进行了研究。结果表明, 该结构中存在不受入射角和偏振模式影响的全方向共振隧穿模, 其数量可以通过调节结构周期数来实现。共振峰的品质因子可以由外部障碍光子晶体的厚度比例调整。在研究单负材料损耗时, 发现电损耗对低频处共振模影响大, 而磁损耗对高频和低频处都有较大影响。

研究了几种具有不同周期数的量子阱结构和不同势垒层厚度的有机电致发光器件的特性。器件中的量子阱结构是由tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3)和2,9-dimethyl-4,7 -diphenyl-1,10-phenanthroline(BCP)两种材料制备的。其中Alq3层作为电子的势阱层, BCP层作为电子的势垒层。实验结果表明, 两个周期的阱结构器件的电流效率最高, 为3.46 cd/A, 大约是传统三层结构器件的1.6倍。器件电流效率的提高是由于当阱结构周期数增加时, 阱结构对载流子的限制作用会增强, 这使得势阱层(发光层)中激子的形成几率增大, 因此器件效率提高。但是当量子阱周期数太大时,电流效率反而会降低。在实验过程中, 还研究了不同势垒层厚度对器件特性的影响。实验结果表明,选用适当的阱结构周期数和适当的势垒层厚度, 可以提高有机电致发光器件的性能。

有机电致发光器件自从C． W. Tang等发表了高效、高亮度双层结构器件以来，因其工艺简单、成本低、直流低压驱动，并且可制成大面积的平板显示而成为当前显示器件研究的热点 [1-4] 。Forrest等人提出的有机多层量子阱结构的概念应用到了有机电致发光器件（OLEDs）中，进而提高了有机电致发光器件的性能，引起了学者们的研究热情。文章将这种结构器件的研究情况给予综述，从结构的应用、工作原理、优缺点和应用前景方面予以展望。