根据TMM(传输矩阵理论), 对采用ZnMgO/ZnO为工作物质的紫外波段DFB(分布反馈)半导体激光器的结构进行设计与仿真。当占空比为0.5, 光栅周期为92.5 nm, 光栅高度为65 nm时, 得到了364.8 nm出射波长。通过改变有源层的厚度, 分析了不同有源层厚度时激光器阈值电流与输出功率的关系。仿真结果表明, 有源层太厚会减弱对载流子的限制作用, 使阈值电流增大; 而有源层太薄时, 波导层对光子的限制效果减弱, 导致损耗增大, 功率下降, 阈值电流增大。所以合理选取有源层厚度可改善DFB激光器的电流功率特性。
分布反馈半导体激光器 氧化镁锌/氧化锌 布拉格光栅 紫外波段 DFB semiconductor laser ZnMgO/ZnO Bragg gratings ultraviolet band
1 安徽理工大学 电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
2 安徽理工大学 数理学院, 安徽 淮南 232001
3 南京大学电子科学与工程学院 微结构国家实验室, 江苏 南京 210093
高迁移率的二维电子气在纤锌矿结构Zn1-xMgxO/ZnO异质结构中被发现, 二维电子气的产生很可能是由于这两种材料界面上存在不连续性极化。本文基于第一性原理GGA+U方法研究了Zn1-xMgxO合金的自发极化随Mg组分x的变化关系, 其中极化特性的计算采用Berry-phase方法。我们将极化分为3个部分: 电子极化、晶格极化以及压电极化, 结果表明压电极化在总极化中起着主要作用。
氧化锌 氧化镁锌 自发极化 Berry-phase方法 ZnO MgZnO spontaneous polarization Berry-phase method
1 发光学及应用国家重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院清洁能源前沿研究重点实验室 北京新能源材料与器件重点实验室 中国科学院物理研究所 北京凝聚态物理国家实验室, 北京100190
3 南京大学 电子科学与工程学院和南京微结构国家实验室(筹), 江苏 南京210046
4 中国矿业大学 物理学院, 江苏 徐州221116
5 东南大学 生物科学与医学工程学院 生物电子学国家重点实验室, 江苏 南京210096
6 中山大学 光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州510275
7 香港科技大学 物理系, 香港999077
8 吉林大学电子科学与工程学院 集成光子学国家重点实验室, 吉林 长春130012
9 大连理工大学 物理与光电工程学院, 辽宁 大连116023
Ⅱ-Ⅵ族直接带隙化合物半导体氧化锌(ZnO)的禁带宽度为3.37 eV, 室温下激子束缚能高达60 meV, 远高于室温热离化能(26 meV), 是制造高效率短波长探测、发光和激光器件的理想材料。历经10年的发展, ZnO基半导体的研究在薄膜生长、杂质调控和器件应用等方面的研究获得了巨大的进展。本文主要介绍了以国家“973”项目(2011CB302000)研究团队为主体, 在上述方面所取得的研究进展, 同时概述国际相关研究, 主要包括衬底级ZnO单晶的生长, ZnO薄膜的同质、异质外延, 表面/界面工程, 异质结电子输运性质、合金能带工程, p型掺杂薄膜的杂质调控, 以及基于上述结果的探测、发光和激光器件等的研究进展。迄今为止, 该团队已经实现了薄膜同质外延的二维生长、硅衬底上高质量异质外延、基于MgZnO合金薄膜的日盲紫外探测器、可重复的p型掺杂、可连续工作数十小时的同质结紫外发光管以及模式可控的异质结微纳紫外激光器件等重大成果。本文针对这些研究内容中存在的问题和困难加以剖析并探索新的研究途径, 期望能对ZnO材料在未来的实际应用起到一定的促进作用。
氧化锌 氧化镁锌 外延薄膜 表面/界面工程 紫外探测器 ZnO MgZnO molecular beam epitaxy surface/interface engineering ultraviolet photodetector
