深紫外波段AlGaN電光效應調制.pdf

1、深紫外非線性光學材料在光信息處理和高速光通訊等領域具有廣泛的應用前景，發(fā)展適宜工作在深紫外波段的新型非線性光學材料成為國際學術界和產業(yè)界研發(fā)的熱點。AlGaN基半導體憑借寬帶隙帶來的信道容量大、纖鋅礦晶格排列缺乏反演對稱性造成的非線性光學效應、以及作為半導體可控制對n型p型的光電集成等優(yōu)勢，成為理想的深紫外波段非線性光學材料，在電光調制和電光開關等非線性光學器件方面極具應用潛力。本文理論設計并生長了高Al組分的AlxGa1-xN/GaN

2、超晶格結構，通過橢圓偏振光譜表征測算AlxGa1-xN/GaN超晶格結構的電光系數(shù)，在極化場、外電場和共振效應多場調制下增強電光效應，為AlGaN非線性材料走向實用化和普及化提供良好的物理基礎。
　　本文首先基于第一性原理，采用VASP程序包以GaN和AlN體材料為AlGaN典型代表模擬計算極化強度。計算結果表明高Al組分體材料的極化強度高于Al組分較低的體材料極化強度。立足于量子阱或超晶格結構界面處的強烈應變極化特性，本文設計了

3、AlN/GaN超晶格結構，計算分析顯示通過界面應變調制，超晶格結構極化效應相較于體材料呈現(xiàn)進一步增強。基于理論模擬設計，通過金屬有機物氣相外延(MOVPE)方法成功生長了Al組分高達0.6的AlxGa1-xN/GaN超晶格結構，經由X射線衍射(XRD)表征證實超晶格結構質量良好，且各參數(shù)均與預期生長設計符合。經電極加工工藝制備成電光效應測試樣品，應用橢圓偏振測量儀對樣品進行表征，施加變化的正向偏壓測量樣品橢圓偏振光譜，測量分析表明折射率

4、變化量隨外界電場的增強而呈近似線性增大。分析擬合折射率變化量與外加電場的關系，求取樣品電光系數(shù)。與前期研究同類型結構對比發(fā)現(xiàn)，高Al組分的AlxGa1-xN/GaN超晶格結構在響應波長為360nm下具有更大的電光系數(shù)。擴展表征短波段275nm-370nm之間的電光系數(shù)色散曲線，發(fā)現(xiàn)帶邊吸收區(qū)域共振效應可進一步提高樣品的電光效應。綜合橢偏測量和擬合結果，在極化場、外加電場和共振效應的共同調制下，AlGaN材料的非線性電光效應得以顯著增強且