本文利用低温光致发光谱(PL)研究了Fe掺杂GaN晶体非极性a面{1120}、m面{1100} 的带边峰和Fe3+相关峰(4T1(G)- 6A1(S))的偏振发光特性。结果表明: a面与m面光学各向异性差别较小,线偏振光的电矢量E平行于c轴［0001］时(E∥c),GaN带边峰强度最小,而Fe3+零声子峰(1.299 eV)强度最强。带边峰线偏振度小,而Fe3+零声子峰线偏振度大,a面带边峰的线偏振度为26％,Fe3+零声子峰的偏振度在a面和m面分别达到55%和58%。在5 K低温下,进一步测量了Fe3+精细峰和声子伴线的偏振特性,结果表明,除了一个微弱的峰外,其他精细峰和声子伴线与Fe3+零声子峰偏振特性一致。本研究有助于拓展Fe掺杂GaN晶体材料在新型偏振光电器件领域的应用。

碳化硅(SiC)被认为是最重要的宽禁带半导体材料之一，具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优越性质。基于SiC材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行，而且在高电压、高频率状态下也具有更高的可靠性。近20年来，随着材料生长技术、制造工艺与器件物理的迅速发展， SiC材料及器件在雷达、5G通信、电动汽车等领域获得了广泛应用，对**工业发展、国家信息安全、国民经济建设均产生了极其重要的影响。在以SiC为基础的大功率半导体器件产业链中，高质量的SiC单晶制备及其产业化是最为重要的一环。本文针对半绝缘SiC单晶衬底材料国内外发展进行了分析归纳，重点介绍了山东大学半绝缘SiC的研究历程、现状，并对研究和产业发展、存在的挑战做了论述。

为了获得高电阻率及迁移率的半绝缘GaAs单晶材料, 采用经高压及水平合成不同工艺制得的GaAs多晶料, 进行垂直梯度凝固(VGF)法半绝缘GaAs单晶生 长, 测试和分析相应单晶片的EL2浓度、C浓度及电阻率、迁移率等性能参数, 对比和分析了GaAs化学计量比的不同对单晶EL2浓度及电学参数的影响, 经多炉 次实验, 确定出GaAs单晶电阻率>1×108 Ω?cm及迁移率>5×103 cm2/(V?s)时C浓度及EL2浓度的合理范围, 并据此结论, 指导MBE外延用半绝缘GaAs单晶生 长, 保证了半绝缘GaAs单晶在满足高电阻率和迁移率的同时, 具有较高的重复性和一致性。

利用带间激发的超快瞬态吸收光谱,研究了导电(n型)氮(N)掺杂和半绝缘(SI)钒(V)掺杂6H-SiC晶片的超快载流子复合动力学过程。N杂质和/或固有缺陷的间接复合主导了n型6H-SiC的载流子弛豫,其寿命超过了10 ns。与n型6H-SiC相比,V掺杂对SI-6H-SiC的瞬态吸收具有显著的调制作用,这源于由V深能级的载流子俘获引起的一个额外的载流复合过程。载流子俘获(寿命约为160 ps)比间接复合快2个数量级以上。通过简化能级模型并进行全局分析,研究了6H-SiC的载流子复合机制,准确地获得了6H-SiC的载流子寿命。

通过激光辐照固态Al膜,制备了一种p型重掺杂4H-SiC,分析了Al膜厚度、激光脉冲个数对掺杂结果的影响,验证了不同工艺参数对p型掺杂层表面电学性能的调控作用。结果表明,当Al膜厚度为120 nm,脉冲个数为50时,掺杂试样的最大载流子浓度为6.613×10 ¹⁷ cm ^-3,最小体电阻率为17.36 Ω·cm,掺杂浓度(粒子数浓度)可达6.6×10 ¹⁹ cm ^-3。4H-SiC的Al掺杂改性机理为:在紫外激光作用下,Si—C键断裂,Al原子替代Si原子形成p型掺杂层。

利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上制备了GaN∶C 薄膜。为得到高阻(或半绝缘)的GaN 薄膜，研究了源(CCl4)流量和载气对MOCVD 外延GaN 薄膜电学性能的影响，发现CCl4流量和载气对实现高阻的GaN 影响很大。当GaN 缓冲层采用N2作为载气，CCl4的流量为0.016 μmol/min 时成功实现了GaN 的高阻生长，样品A2的方块电阻高达2.8×107 Ω/sq。经原子力显微镜(AFM)测试显示，样品的表面形貌较好，粗糙度均在0.3 nm 附近，说明Ｃ掺杂对外延GaN 薄膜的表面形貌没有大的影响。低温荧光光谱测试显示黄光峰与刃型位错有关。

为了进一步理解光导开关非线性工作模式机理,通过实验以及理论研究方法,研究了半绝缘GaAs光导开关工作于非线性模式下在不完全击穿前后暗态阻值的变化,认为击穿阶段和锁定阶段改变了材料内部位错区域As原子的形态以及局部电子陷阱EL2的浓度,导致了击穿后暗态阻值的减小.

报道了用1064nm激光脉冲触发电极间隙为8mm的半绝缘GaAs光电导开关的实验结果.在触发光能为1.9mJ,偏置电压分别为3kV和5kV条件下,光电导开关分别工作于线性和非线性模式,结果表明半绝缘GaAs光电导开关可以吸收1064nm波长的激光脉冲.讨论了半绝缘GaAs材料对1064nm激光脉冲的非本征吸收机制,指出GaAs材料禁带内的EL2深能级和双光子吸收对半绝缘GaAs吸收1064nm光脉冲起主导作用.

报道了用光子能量低于GaAs禁带宽度的红外激光脉冲,触发电极间隙为3mm和8mm的半绝缘GaAs光电导开关的实验结果.使用单脉冲能量为1.9mJ的1 064nm Nd:YAG激光触发开关, 在偏置电压分别为3kV和5kV条件下,光电导开关分别工作于线性和非线性模式.用900nm半导体激光器和1 530nm掺铒光纤激光器分别进行触发实验,得到了重复频率分别为5kHz和20MHz的电脉冲波形.结果表明,半绝缘GaAs光电导开关可以吸收大于本征吸收限波长红外激光脉冲.

报道用一块砷化镓基片兼作激光腔镜、光导开关和储能电容,制作千伏级纳秒脉冲发生器的实验结果。对所介绍的三功能元件的光学和电子学性能以及三种功能之间的相互影响进行了讨论。