用于1.44μm半导体激光器的GaInAs/InGaAsP量子阱结构的设计

采用有效质量模型下的 4× 4Luttinger Kohn哈密顿量矩阵对GaxIn1 -xAs/In0 .80 Ga0 .2 0 As0 .4 4P0 .56 /InP量子阱结构进行了能带计算 ,求得了该量子阱结构跃迁能量随组份及阱宽的变化关系 ,从而得到了激射波长 1.44 μm时的Ga组份x与阱宽Lw(在 5～ 10nm内取值 )的相互关系 :x=0 .3 2 0 13 +0 .0 60 93Lw-0 .0 0 5 3 4Lw2 +0 .0 0 0 17483Lw3,当阱宽为 5～ 10nm ,因而Ga组份为 0 .5 1～ 0 .5 7时 ,阱材料中产生的张应变量为 :0 .2 9%～ 0 .70 %。最后 ,我们计算了该量子阱结构的能量色散关系和光增益谱 ,从而对x与Lw 组合值进行优化。

直接键合微腔结构的光谱特性

采用直接键合方法制备了法布里-珀罗共振微腔结构,并用传输矩阵方法对其反射光谱进行了理论模拟.通过构造键合界面两侧多层薄膜材料的光学厚度呈现指数规律变化的模型,分析了键合效应对微腔结构光学特性的影响.结果表明:在较低退火温度下(如580℃)进行直接键合有利于高光学性能微腔结构的制备,而提高退火温度则需要在键合结构中加入缺陷阻挡层以提高键合质量.

基于InAsP/InGaAsP量子阱的1.3μm垂直腔面发射激光器

以InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱为有源增益区,研制出室温连续工作的单模1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL)。激光器谐振腔镜分别由SiO2/TiO2介质薄膜和GaAs/Al(Ga)As半导体分布布拉格反射镜(DBR)实现,由晶片直接键合方法进行InP基有源谐振腔与GaAs基DBR材料的融合,经过选择性侧向腐蚀p+-InP/n+-InAlAs隧道结定义电流限制孔径等器件工艺,最后通过电子束蒸发沉积介质薄膜DBR制作出激光器件。单模VCSEL器件的室温阈值电流为0.75mA,最高连续工作温度达到100℃;多模器件的最高光功率为1.9mW。器件结果表明,InAsP/InGaAsP量子阱材料体系可用于高性能长波长VCSEL的研制。

ICP刻蚀对InAsP/InP应变多量子阱的损伤

为了研究ICP刻蚀对InAsP/InP应变多量子阱的损伤情况,用气态源分子束外延技术生长了经特殊设计的InAsP/InP应变多量子阱结构.采用感应耦合等离子体对其进行刻蚀.通过测量刻蚀前、后量子阱结构的光致发光谱,确定了刻蚀75nm后样品损伤深度约为40nm,应用Rahman模型计算得到的理论损伤深度为43.5nm,两者符合得比较好.通过分析损伤产生的机理,认为产生损伤的主要原因是离子隧穿.

离子注入方法形成电流限制孔径及其对器件光电特性的影响

采用离子注入方法和后续的退火工艺制作了1.3μm面发射电致发光(EL)器件结构的电流限制孔径,通过对此结构的电学和光学特性进行测试分析,获得了离子注入和退火温度的优化参数,工艺参数为离子注入剂量5×1014cm-2和450℃退火1min.结果显示随着电流限制孔径的缩小,器件的电阻呈线性增大;电流限制孔径的形成显著增强1.3μm面发射器件结构的电致发光强度,孔径为15μm的样品是没有限制孔径样品的4倍(注入电流3mA),并就电流限制孔对EL器件结构电致发光的影响进行了物理解释.

掩埋隧道结在长波长VCSEL结构中的应用

采用气态源分子束外延技术在InP(100)衬底上分别生长了δ掺杂的p+-AlIn-As-n+-InP和p+-InP-n+-InP两种隧道结结构,用电化学C-V和I-V特性曲线表征了载流子浓度和电学特性,发现p+-AlInAs-n+-InP隧道结性能优于p+-InP-n+-InP隧道结.在InP(100)衬底上生长了包含p+-AlInAs-n+-InP掩埋隧道结和多量子阱有源层的1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构,测试得出其开启电压比普通的pin结VCSEL小,室温下其电致发光谱波长为1.29μm.

长波长VCSEL结构中的欧姆接触工艺

简要叙述了欧姆接触工艺在长波长垂直腔面发射激光器(VCSEL)制作中的重要作用。采用圆环传输线方法(CTLM)研究了应用于长波长VCSEL结构的p型InGaAsP和InP材料与Ti-Au的接触特性,发现p-InGaAsP与Ti-Au经高温退火后能获得欧姆接触,其最低比接触电阻值可达6.49×10-5Ω.cm2。将此工艺结果应用于1.3μm VCSEL结构中,发现其开启电压和串联电阻显著减小。

低温Au-In-Au金属键合及其在VCSELs制作中的应用

研究了Au-In-Au低温金属键合技术,并把它应用到长波长垂直腔面发射激光器(VCSEL)器件结构的制作中．利用该技术不仅有利于提升器件的热学性能,而且有利于提高VCSEL结构中分布Bragg反射腔镜(DBR)的反射率．实验结果表明,InP基外延半腔VCSEL结构成功地在200℃低温下金属键合到Si衬底上,键合强度高,键合质量达到了VCSEL器件工艺制作要求．对键合样品光学特性的分析表明,低温金属键合过程不影响量子阱有源区及DBR的光学性质,这对VCSEL器件结构的制作是有利的．这种低温金属键合技术,有望应用在许多半导体光电器件的制作中．

GaAs/AlAs DBR的GSMBE优化生长及表征

采用气态源分子束外延(GSMBE)技术优化生长了GaAs/AlAs分布布拉格反射镜(DBR)材料,并用X射线衍射(XRD)及反射光谱对其生长质量进行了表征。结果表明,采用5s间断生长的GaAs/AlAs DBR材料质量和界面质量优于无间断生长,并且10对GaAs/AlAs DBR的质量优于30对,说明DBR对数越多,周期厚度波动越大,材料质量越差。优化生长得到的30对GaAs/AlAs DBR的反射率大于99%,中心波长为1316nm,与理论设计结构的模拟结果基本一致,可用作1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL)直接键合的反射腔镜。

InAsP/InGaAsP/InP应变材料的二维倒空间衍射研究

采用X射线衍射三轴二维倒空间衍射图研究了InP(100)衬底上分子束外延生长的压应变InAsP材料和张应变InGaAsP材料.实验测定了两种材料的(004)面、(224)面的倒空间衍射图,得到了处于部分弛豫状态的InGaAsP在不同方向呈现不同的应变状态.排除了外延层倾斜及应变对确定失配度的影响,准确计算得到InAsP外延层体失配度为1.446%,InGaAsP外延层体失配度为-0.5849%,并且生长了高质量的应变补偿8阱多量子阱.

干法刻蚀对InAsP/InGaAsP应变多量子阱发光特性的影响

采用气态源分子束外延(GSMBE)生长了具有不同阱宽的InAsP/InGaAsP应变多量子阱,并对干法刻蚀前、干法刻蚀及湿法腐蚀不同厚度覆盖层后的多量子阱光致发光(PL)谱进行了表征.测量发现干法刻蚀量子阱覆盖层一定厚度后量子阱光致发光强度得到了明显的增强.这与干法刻蚀后量子阱覆盖层表面粗糙度变化及量子阱内部微结构变化有关.

宽带隙ZnMgO的电学特性及其透明薄膜场效应晶体管

首次提出了用六方相晶体结构的宽带隙ZnMgO作为薄膜场效应晶体管(TFT)的沟道层,用立方相ZnMgO纳米晶体薄膜作为栅绝缘层,在实验中用透明的ITO导电玻璃作为衬底,通过连续沉积六方和立方相结构的纳米ZnMgO晶体薄膜,并通过光刻、电极工艺等,研制了透明的ZnO基TFT,TFT的电流开关比达到104,场效应迁移率为0.6cm2/(V·s).在偏压2.5MV/cm下漏电流为10-8A.

Pb_(1-x)Sr_xSe薄膜材料的微结构和光学特性

采用分子束外延的方法在BaF_2衬底(111)上制备出了高质量的Pb_(1-x)Sr_xSe(0≤x≤0.050)薄膜.X射线衍射结果表明,Pb_(1-x)Sr_xSe薄膜为立方相NaCl型晶体结构,没有观察到SrSe相分离现象,薄膜的取向为平行于衬底(111)晶面.薄膜晶格常数随Sr含量的增加逐渐增大,Sr含量由Vegard公式得到.再用理论模拟Pb_(1-x)Sr_xSe薄膜透射光谱的方法得到了相应的带隙.最后通过介电函数模型拟合得到了PbSe和Pb_(1-x)Sr_xSe薄膜在光子能量位于基本带隙附近的折射率n和吸收系数α.

立方相MgxZn1-xO纳米晶体薄膜的物理特性

介绍了在Si衬底和石英玻璃衬底上生长的立方相MgxZn1-xO(0.55≤x≤1)晶体薄膜的物理特性,AFM和XRD等微结构特性表征显示了良好的表面形貌和高度的(111)取向生长特性.采用Manifacier方法,根据透射光谱中的干涉峰,计算得到立方相MgxZn1-xO薄膜的折射率.与已报道的六方相MgxZn1-xO(0≤x≤0.5)薄膜的折射率相类似,在400～800nm的可见光区域,不同Mg含量的立方相MgxZn1-xO薄膜,其折射率随入射波长的色散关系遵循一阶Sellmeier方程.对给定400nm的入射光波长,当薄膜中的Mg含量由55%增至100%时,其折射率由1.89衰减至1.73.

离子注入在1.3μm面发射激光器结构中的应用

研究了H+离子注入对InP材料和1.3μm面发射激光器结构的电学、光学性能的影响。当离子注入后InP表面电学特性退化,在300℃以上退火后,材料表面回复较好,H+离子注入区电阻率约为InP体材料的104倍。接着,将离子注入工艺应用于1.3μm面发射激光器结构电流限制孔径的制作,通过比较电学特性得出450℃的最佳退火温度,并发现高温退火后电致发光强度增强。

AlInAs/InP异质隧道结的设计与器件应用

应用高掺杂pn结和异质结能带理论,计算了AlInAs/InP异质隧道结的电学特性,发现其性能优于AlInAs和InP同质隧道结,并得出了掺杂浓度与隧道电流的关系曲线。采用气态源分子束外延(GSMBE)设备生长了面电阻率约为10-4Ω.cm2的AlInAs/InP异质隧道结结构,并应用于制作1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL),器件在室温下脉冲激射。

侧向腐蚀在1.3μm垂直腔面发射激光器中的应用

研究了广泛应用于垂直腔面发射激光器(VCSEL)等Ⅲ-Ⅴ族光电子器件制作的侧向腐蚀技术。分别采用C_6H_8O_7:H_2O_2溶液、HCl:H_3PO_4溶液对InAlAs材料、InP材料进行了侧向腐蚀试验,获得了较稳定的速率,并对其腐蚀机制和晶向选择性进行了分析。采用侧向腐蚀技术制备了电流限制孔径分别为11μm和5μm的1.3μm垂直腔面发射激光器,器件在室温下均连续激射。

1.31μm垂直腔面发射激光器材料生长及其物理特性

采用气态源分子束外延(GSMBE)技术在InP衬底上生长发光波长为1.31μm的InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱和在GaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs分布布拉格反射镜(DBR),并用直接键合技术将生长在InP基上的InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱结构组装到GaAs衬底上生长的DBR结构上,对其微结构和发光等特性进行了比较系统的研究.发现500～620℃的高温键合过程和后续的剥离工艺不仅没有引起量子阱发光效率的降低,反而由于键合过程中的退火改进了晶体质量,大大提高了量子阱的发光强度,其中620℃退火处理后的光致发光强度是原生样品的3倍.

离子刻蚀Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的损伤机理

采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术对InGaN/AlGaN、InAsP/InP应变多量子阱和InAsP/InGaAsP应变单量子阱进行了系统研究,光致发光特性分析表明轻度离子刻蚀后量子阱发光强度得到显著增强,导致发光效率增强的物理机理是:干法刻蚀一方面使量子阱表面变粗糙,使出射光逃逸几率增大;另一方面Ar离子隧穿引起的量子阱内部微结构变化则是发光效率提高的主要原因。

掩埋隧道结的研制及其在1.3μm VCSEL结构中的应用

采用气态源分子束外延(GSMBE)技术在(100)InP衬底上分别了生长了δ掺杂的p+-A lInAs-n+-InP和p+-InP-n+-InP两种隧道结结构,用电化学C-V和I-V特性曲线表征了载流子浓度和电学特性,发现p+-A lInAs-n+-InP隧道结性能好于p+-InP-n+-InP隧道结。接着在(100)InP衬底上生长了包含p+-A lInAs-n+-InP掩埋隧道结和多量子阱有源层的1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构,测试得出其开启电压比普通的PIN结VCSEL小,室温下其电致荧光谱波长在1.29μm。