1. 研究目的与意义（文献综述）

gaas凭借其很小的电子有效质量、很高的电子迁移率、较小的介电常数以及稳定的物理化学性质等优点，常被用于制作各类光学器件和电子器件中，如太阳能电池、光电探测器、晶体管等。然而我们知道，半导体结构的缺陷会影响材料的电学和光学性能，从而限制了其电子和光学器件性能的进一步提升。例如晶体的结构缺陷会在禁带中引入局域态，这些局域态一方面会捕获载流子增强非辐射复合，另外一方面也会给载流子提供耗散途径，从而减小了载流子的平均自由时间（或称载流子寿命），增大了漏电流。缺陷分为点缺陷和广延缺陷，点缺陷可通过适当注入的方式来使其饱和，但仅通过注入载流子的方式无法使广延缺陷饱和。而且在大注入水平下，还会引起广延缺陷朝缺陷网络方向的变异，产生更加不利的影响。因此，研究材料的广延缺陷对材料电学和光学性能的影响对于材料生长和器件应用而言十分重要。

光致发光光谱是一种表征单个缺陷特性的有效手段，其中共焦光致发光显微技术常被用于研究半导体材料广延缺陷及其周围载流子的运动。如果不考虑材料中载流子扩散，该系统的空间分辨率由光学系统的衍射极限决定。如果考虑载流子扩散，则其分辨率将受到载流子扩散的限制，这对我们研究缺陷的分布是非常不利的。为了减小载流子扩散对缺陷成像分辨率的影响，人们常采用激光扫描共焦光致发光成像技术。此外，拉曼散射光谱也常被用于研究材料的晶格损伤特性，大量实验结果表明晶格损伤增加了晶体缺陷态密度，在拉曼光谱中表现为声子模拉曼谱线的展宽。如nootz研究了gan薄膜的拉曼频移和位错密度的相关性，观察到gan声子模的峰值频率随着位错密度的增加而增大。kitamura的进一步研究表面gan声子的谱线宽度也随着位错密度的增加而增大。然而先前的研究工作都集中于不同缺陷密度的半导体材料的拉曼光谱分析，而不是单个广延缺陷的拉曼光谱。本文对单个广延缺陷的拉曼散射进行了深入研究，实验结果表明，与非缺陷处相比，广延缺陷处的gaas的lo声子-等离子体耦合模强度增强，峰值频率减小，线宽变窄。这主要是因为在缺陷处载流子浓度较低，等离子体的频率较小从而更接近lo模的频率，在拉曼光谱中表现为lo声子模和lo声子-等离子体耦合模不可分辨，检测到的就近似为lo声子模。

基于lo声子-等离子体耦合模的峰值频率和强度对载流子浓度变化非常敏感这一特性，采用lo声子-等离子体耦合模拉曼光谱对广延缺陷进行成像表征，力图减小载流子扩散对缺陷成像分辨率的影响。此外，通过lo声子-等离子体耦合模拉曼光谱线型拟合，分析样品的载流子浓度及其迁移率。

2. 研究的基本内容与方案

本文的重点就是要确定gaas中lo声子-等离子体耦合模的拉曼散射光谱的理论公式，然后利用这个公式对实验测得的数据进行拟合，根据拟合结果求得拟合参数（这里为等离子体频率和等离子体阻尼系数），然后再对应求出载流子浓度和迁移率，对不同位置的缺陷和非缺陷处的载流子浓度和迁移率进行对比分析。

本段介绍拟合所用的拟合工具和理论公式，同时附上初步拟合的结果，由于涉及大量的数学公式和图片这里没有展示，具体内容请看附件对应部分。

求出载流子浓度和迁移率后，需要对所得到的结果进行定性和定量的分析。定性分析主要从变化趋势的角度入手，包括各位置处载流子浓度和迁移率的变化，以及不同光强下缺陷处和非缺陷处的载流子迁移率的变化。定量分析则要从数值入手，在对应条件下找到合适数值来佐证我们得到数值的正确性。具体分析过程这里不作详述。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，学习相关基础知识，确定方案，完成开题报告。

第4－5周：学习半导体中lo声子-等离子体耦合模理论。

第6－9周：对gaas中的lo声子-等离子体耦合模进行模拟分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] f. chen, y. zhang, t. h. gfroerer, a. n. finger, and m. w. wanlass．spatial resolution versus data acquisition efficiency in mapping an inhomogeneous system with species diffusion[j]．scientific reports, 2015, 5(1): 10542, 1-9．

[2] k. alberi, b. fluegel, h. moutinho, r. g. dhere, j. v. li, and a. mascarenhas．measuring long-range carrier diffusion across multiple grains in polycrystalline semiconductors by photoluminescence imaging[j]．nature communications, 2013, 4:2699, 1-7．

[3] t. h. gfroerer, y. zhang, and m. w. wanlass．an extended defect as a sensor for free carrier diffusion in a semiconductor[j]．applied physics letters, 2013, 102:012114, 1-4．