论文题目: InP-SiO2三维光子晶体的MOCVD法制备和表征
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学
作者: 谭春华
导师: 范广涵
关键词: 光子晶体,欧泊,有机金属气相化学沉积,扫描电子显微镜,紫外可见反射光谱
文献来源: 华南师范大学
发表年度: 2005
论文摘要: 由于光子晶体能够控制光在其中的传播,所以它的应用十分广泛,目前光子晶体已成为世界研究领域的热点课题之一。本文围绕InP-SiO2三维光子晶体的制备和表征展开。首先利用重力沉积法和垂直沉积法制备了SiO2胶体光子晶体（欧泊）并进行了SEM表征和反射谱测试,继而在GaAs衬底上利用重力沉积法制备了用于InP填充的SiO2光子晶体模板,在此基础上进行了InP在模板空隙中的MOCVD生长。获得的主要研究成果包括: 1.在广泛调研的基础上设计了独特的在SiO2光子晶体模板空隙中生长InP的工艺,事实表明该生长工艺对提高InP在模板空隙中的填充率具有至关重要的作用。 2.设计了InP成核条件实验,通过对MOCVD生长InP成核条件的研究,发现成核温度和PH3流量对InP外延过程有着重要的影响,继而影响到所制备样品的光学特性。结果表明低温有利于InP成核,而InP在空隙内的填充率随成核阶段PH3流量的增加而增加。提出了InP低温下在SiO2球表面的成核模型解释了上述实验现象。 3.通过实验研究了生长周期对InP填充的影响,结果表明采用周期生长模式可有效提高InP的填充率。而且在TMI通入量一定的条件下,周期数越长,InP的填充率越高,光子带隙的移动越显著。 4.通过实验,分析了InP外延生长的影响因素,对所用的MOCVD生长工艺进行了优化,确立了合适的外延生长工艺流程。在优化的生长条件下得到InP结晶质量和填充率较高的样品。计算表明所制备得到的样品InP的填充率达到了19.5%,远远超出国际上的有关报道。 5.实验了除去SiO2光子晶体模板的方法,优化腐蚀条件之后可将SiO2球全部蚀去而得到InP三维网络骨架。证明了制备InP三维光子晶体的可能性。 6.对InP在SiO2光子晶体空隙内的优先生长机制进行了理论分析。影响InP在空隙内优先生长的因素主要有:低压生长,凹角成核,异质同构和晶格匹配。 7.根据InP不同生长阶段在SiO2球表面的形貌,提出了岛状成核机理合理地解释了实验现象。 8.研究了Si掺杂对GaAlInP/GaInP多量子阱光学特性的影响,结果表明Si可显著提高量子阱的荧光强度。
论文目录:
第一章 绪论
§1.1 光子晶体的特征
1.1.1 光子带隙
1.1.2 光子局域
1.1.3 其它特征
§1.2 光子晶体的制作方法
1.2.1 物理方法
1.2.2 胶体晶体法
1.2.3 模板法
1.2.4 双光子聚合法
1.2.5 制作可调光子晶体
§1.3 光子晶体的应用
1.3.1 高性能反射镜
1.3.2 光子晶体滤波器
1.3.3 光子晶体偏振片
1.3.4 光子晶体超棱镜
1.3.5 光子晶体微腔
1.3.6 光子晶体波导
1.3.7 光子晶体光纤
1.3.8 光子晶体发光二极管、激光器
§1.4 光子晶体的发展及展望
§1.5 本论文的选题背景、意义
§1.6 本论文的工作
本章小结
参考文献
第二章 光子带隙的电磁波理论
§2.1 概述
§2.2 光子带隙的电磁波理论
2.2.1 电磁波在介质中的传播
2.2.2 电磁波在周期性介质中的传播
2.2.3 光子晶体和光子带隙
§2.3 光子晶体的理论研究方法
2.3.1 平面波方法
2.3.2 转移矩阵法
2.3.3 时域有限差分法
2.3.4 多重散射法
§2.3 三维光子晶体能带计算的平面波展开法
本章小结
参考文献
第三章 SiO_2胶体光子晶体的制备及性能测试
§3.1 人工欧泊制备方法概述
3.1.1 自然沉降法
3.1.2 电泳法
3.1.3 离心沉积法
3.1.4 过滤法
§3.2 欧泊光子晶体表征手段
3.2.1 紫外-可见光分光光度计
3.2.2 扫描电子显微镜
§3.3 重力沉积法制备二氧化硅胶体光子晶体
3.3.1 单分散二氧化硅颗粒的制备
3.3.2 重力沉积法制备SiO_2胶体光子晶体
§3.4 垂直沉积法制备SiO_2光子晶体模板
3.4.1 实验
3.4.2 垂直沉积法生长光子晶体原理
3.4.3 结果和讨论
本章小结
参考文献
第四章 MOCVD技术
§4.1 MOCVD技术概述
§4.2 MOCVD的生产设备
4.2.1 气体处理系统
4.2.2 MOCVD反应室
4.2.3 尾气处理
4.2.4 控制系统
§4.3 低压MOCVD技术
本章小结
参考文献
第五章 LP-MOCVD方法在SiO_2光子晶体空隙中填充InP的工艺设计
§5.1 薄膜生长理论
5.1.1 薄膜生长特点
5.1.2 薄膜生长方法
5.1.3 薄膜的生长过程
5.1.4 薄膜的生长模式
§5.2 生长InP源材料的选择
5.2.1 衬底的选择
5.2.2 源材料的选择
5.2.3 InP生长设备
§5.3 外延生长工艺设计
5.3.1 模板表面的高温处理过程
5.3.2 低温成核(缓冲)层的生长
5.3.3 InP的高温生长
5.3.4 停止生长与关机
§5.4 TMIn和PH_3反应生长InP的反应机理
5.4.1 TMIn的分解
5.4.2 PH_3分解
5.4.3 PH_3-TMIn-D_2系统中PH_3和TMIn的反应机理
本章小结
参考文献
第六章 LP-MOCVD法在SiO_2光子晶体空隙中生长InP的实验研究
§6.1 成核条件的影响
6.1.1 成核温度的影响
6.1.2 PH_3流量的影响
§6.2 生长周期的影响
6.2.1 实验
6.2.2 结果与讨论
§6.3 优化条件后的InP填充
6.3.1 实验
6.3.2 结果与讨论
§6.4 模板的腐蚀
§6.5 InP衬底的影响
本章小结
参考文献
第七章 InP在空隙中优先生长机理及在SiO_2球表面的生长机理分析
§7.1 InP在模板空隙中优先生因素分析
7.1.1 低压生长特征
7.1.2 凹结构成核
7.1.3 GaAs衬底对InP成核的催化作用
7.1.4 InP与SiO_2的异质同构
§7.2 InP在SiO_2球表面的生长机理分析
7.2.1 薄膜生长的一般机制
7.2.2 InP在SiO_2球表面的生长机理
本章小结
参考文献
第八章 Si掺杂对AlGaInP/GaInP多量子阱性能的影响
§8.1 引言
§8.2 样品和实验
§8.3 GaInP/AlGaInP MQW结构外延片X射线双晶衍射测试
8.3.1 X射线双晶衍射简介
8.3.2 X射线双晶衍射测试结果分析
§8.4 GaInP/AlGaInP MOW结构外延片光致发光测试
8.4.1 光致发光原理
8.4.2 GaInP/AlGaInP MQW结构外延片光致发光光谱研究
本章小结
参考文献
结论与展望
博士期间发表论文
致谢
发布时间: 2005-07-15
参考文献
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