InP/InGaAsP/InGaAs场助近红外光电阴极理论建模和特性分析

场助光电阴极可以有效提高长波阈值处的外量子效率,在近红外波段中有着较为广泛的应用。设计了pn结型n-InP/p-InGaAsP/p-InGaAs场助光电阴极,通过电流连续性方程建立其电子发射模型,在该模型基础上调整各层参数进行仿真,获得电子发射电流并计算外量子效率。分析外加电压、外延层掺杂浓度及厚度、基极电极宽度、发射面宽度及发射层材料等因素对外量子效率的影响,最终确定外量子效率达到峰值时各层最佳参数。结果表明:n型InP接触层、P型In_(0.7955)Ga_(0.2045)As_(0.45)P发射层和p型In_(0.53)_Ga_(0.47)As吸收层的最佳掺杂浓度分别为1×10^(19)、2×10^(18)和4×10^(17)cm^(-3),厚度分别为0.2μm、50nm和3μm;综合考虑仿真结果和工艺制备条件,基极电极宽度最佳范围为1~2μm,发射面宽度最佳范围为5~8μm。外加6V电压时,1.65μm波长处外量子效率理想峰值为41%。

γ辐照对InGaAsP/InP单光子雪崩探测器性能的影响

对InGaAsP/InP单光子雪崩探测器(SPADs)进行了总剂量为10 krad(Si)和20 krad(Si)的γ辐照,并进行了原位和移位测试。辐照后,暗电流和暗计数率有轻微的下降,而探测效率和后脉冲概率基本不变。经过一定时间的室温退火后,这些退化基本恢复,这表明瞬态电离损伤在γ辐照对InGaAsP/InP单光子雪崩探测器的损伤中占主导地位。

1.74μm大应变InGaAs/InGaAsP半导体锁模激光器

针对光频梳、医学光声成像及痕量气体探测等应用需要,研制了一种InP基碰撞锁模半导体激光器,可在1.74μm波段实现重复频率为19.3GHz的高效锁模,其射频(RF)谱半高全宽(FWHM)约14kHz。在可饱和吸收区未加偏压时,激光器的阈值电流为83mA,最大出光功率可达到25.83mW。固定吸收区偏置电压在-1.6V,增益区驱动电流高于130mA时,锁模激光器开始输出微波射频信号,并且RF谱的FWHM随着电流增加可下降至十几kHz。固定驱动电流为520mA,在吸收区偏置电压从-1.4V降至-2V过程中,激光发射光谱逐渐展宽,在-2V偏压下,光谱的FWHM为9.88nm,包含40多个间隔为0.2nm的纵模。对比分析了不同驱动电流和偏置电压下的射频频谱和发射光谱的变化趋势,证明了该锁模器件具有高效、稳定的锁模机制。

InGaAsP器件质子位移损伤等效性研究

对基于非电离能量损耗(NIEL)的位移损伤等效性研究方法进行了讨论,计算了不同能量质子在InGaAsP材料中的NIEL。利用解析方法对库仑散射引起的NIEL进行了计算,分析了不同库仑散射模型的适用范围,并利用Monte-Carlo方法对核反应引起的NIEL进行了计算。以InGaAsP多量子阱激光二极管为研究对象,开展了4、5和8 MeV质子辐照实验,获得了激光二极管的阈值电流损伤系数。研究结果表明:实验用不同能量质子辐射环境下的阈值电流损伤系数测试结果与NIEL理论计算结果之间呈线性关系。

应变层InGaAsP量子阱激光器结构的调制光谱研究

利用光调制反射谱(PR)对1.55μm应变层InCaAsP三量子阱激光器结构进行了研究,在样品的波导层观察到了Franz-Keldysh振荡。利用Bastard包络函数方法和Kane模型从理论上计算了该应变层InGaAsP四元合金三量子阱内电子和空穴的能级和跃迁能量,计算结果与实验数据符合得很好,得到了In_(0.758)Ga_(0.242)As_(0.83)P_(0.17)与In_(0.758)Ga_(0.242)As_(0.525)P_(0.475)四元合金应变界面的导带不连续性。

InP/InGaAsP条形半导体激光器中的瞬态温度特性理论计算

本文首次通过建立二维热传导模型,给出了条形InP/InGaAsP四元系半导体激光器中的瞬态热特性的理论计算结果,它包括了在几种条件下,激光器管芯内温度的空间分布随阶跃电注入的时间变化关系.计算结果表明四元系条形激光器体内温度升高比三元系GaAs/GaAlAs激光器的温升低,有关原因在文中给予讨论.

低阈值InGaAsP/InP PBH双稳激光器

一种平面掩埋异质结构(PBH)InGaAsP/InP双区共腔双稳激光器业已研制成功.器件具有良好可控的光学双稳特性.激射波长1.3μm.直流L/I特性显示典型的迴滞曲线.导通阈电流的最低值为26mA,优于文献报道的最好值.在通态电流跨度内,器件以单纵模激射.数字光放大增益G≥30dB.导通时间τ_(on)<100ps,关断时间τ_(on)<1ns.

SiO_2膜增强InGaAsP超晶格外延片的量子阱混合

对晶格与 In P匹配的 In Ga As P超晶格结构外延片 ,运用等离子增强化学气相沉积法镀Si O2 膜 ,随后用碘钨灯快速热退火 ,进行无杂质空位扩散 ( IFVD)技术的实验研究 ,测量光致发光谱后得到了最大 50 nm的峰值位置蓝移 ;表明在没有掺杂和没有应变的情况下 ,IFVD仍有较好的处理量子阱材料的能力 .对影响 IFVD工艺的重复性因素进行了探讨 .

低暗计数率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管

通过对InGaAsP/InP单光子雪崩二极管(SPAD)的探测效率、暗计数率等基本特性与该器件的禁带宽度、电场分布、雪崩长度、工作温度等参数之间关系的分析,采用比通常的InxGa As(x=0.53)材料具有更宽带隙的InxGa1-xAsyP1-y(x=0.78,y=0.47)材料作为光吸收层,并且精确控制InP倍增层的雪崩长度,有效地降低了SPAD的暗计数率。其中InGaAsP材料与In P材料晶格匹配良好,可在In P衬底上外延生长高质量的InGaAsP/InP异质结,InGaAsP材料的带隙为Eg=1.03 e V,截止波长为1.2μm,可满足1.06μm单光子探测需要。同时,通过设计并研制出1.06μm InGaAsP/InP SPAD,对其特性参数进行测试,结果表明,当工作温度为270 K时,探测效率20%下的暗计数率约20 k Hz。因此基于时间相关单光子计数技术的该器件可在主动淬灭模式下用于随机到达的光子探测。

1.3 μm InGaAsP低电流超辐射发光二极管组件

设计并制作了用于高精度光纤陀螺的 1.3μm低电流超辐射发光二极管组件。采用隐埋异质结结构 ,实现了良好的电流限制和光限制 ,同时采用长腔结构来提高器件单程增益 ,从而获得了高的输出功率。组件具有工作电流小、输出功率高 ,以及光谱特性好等特点。测试结果表明 ,在 70mA工作电流下 ,组件尾纤输出功率大于 0 .1mW ,光谱宽度大于 30nm。

液相外延生长高质量大功率InGaAsP/GaAs半导体激光器研究

用改进的液相外延法生长了大功率 In Ga As P/Ga As半导体激光器 ,实验测量和理论分析都表明用该方法生长的单量子阱分别限制异质结构 ,达到了设计要求 ,阈值电流密度为 30 0 A/cm2 ,斜率效率达 1 .32 W/A。

InGaAs/InGaAsP量子阱激光器材料带隙蓝移研究

为了在光开关器件的制作中实现低传输损耗的光波导 ,对InGaAs/InGaAsP分别限制异质结多量子阱 (SCH MQW )激光器结构进行了一系列带隙蓝移实验 .将能量 12MeV、注量 15×10 13cm- 2 的P+注入到实验样品后 ,在 70 0℃下快速热退火 90s.发现光致发光谱的峰值位置发生蓝移 989nm .蓝移量随着注入能量和注量的增大而增大 ,并且能量比注量对蓝移的影响更大 .

全固源分子束外延生长InP和InGaAsP

在国产分子束外延设备的基础上 ,利用新型三温区阀控裂解源炉 ,对 In P及 In Ga As P材料的全固源分子束外延 (SSMBE)生长进行了研究。生长了高质量的 In P外延层 ,表面缺陷密度为 65cm- 2 ,非故意掺杂电子浓度约为 1× 1 0 16cm- 3.In P外延层的表面形貌、生长速率及 p型掺杂特性与生长温度密切相关 .研究了 In Ga As P外延材料的组分特性 ,发现在一定温度范围内生长温度对 族原子的吸附系数有较大影响 .最后得到了晶格匹配的 In0 .56Ga0 .4 4 As0 .94 P0 .0 6材料 ,低温光致发光谱峰位于 1 50 7nm,FWHM为 9.8me V.

选择区域生长高质量InGaAsP多量子阱材料

采用 L P- MOVPE在 Si O2 掩膜的 In P衬底上实现了高质量的 In Ga As P多量子阱 (MQW)的选择区域生长(SAG) .通过改变生长温度和生长压力 ,MQW的适用范围由 C波段扩展至 L 波段 ,即 MQW的光致发光波长从15 46 nm延展至 16 2 1nm.光致发光 (PL)测试表明 :在宽达 75 nm的波长范围内 ,MQW的质量与非选择生长的MQW质量相当 ,并成功制作出电吸收调制 DFB激光器 (EML) .

EBSD在InGaAsP／InP异质结构弹性应力区域的研究

利用扫描电镜附件电子背散射衍射（Electron Backscattering Diffraction，EBSD）技术，用菊池花样质量（IQ）作为应力敏感参数，研究了InGaAsP／InP异质结构缓冲层和外延层界面处的应力分布。

1．3μmInGaAsP／InP涂层结构超辐射发光二极管输出特性的理论和实验

本文用考虑了增益饱和和热效应的耦合速率方程，对减反射涂层结构１．３μｍＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ超辐射发光二极管的输出特性进行了计算，给出了腔长、有源层厚度和后腔面反射率对其输出光功率的影响以及光谱半宽随腔长和注入电流的变化。计算结果与我们制备的该结构超辐射发光二极管测试结果有较好的符合。

InGaAsP四元系量子阱材料的热稳定性

对与ＩｎＰ晶格匹配的ＩｎＧａＡｓＰ四元系量子阱材料进行了一系列热稳定性能的研究，通过光荧光谱（ＰＬ）的测量发现：ＩｎＧａＡｓＰ四元系量子阱材料在６５０ ℃以上的常规退火条件下有量子阱混合现象产生，而单量子阱结构较多量子阱或超晶格结构更容易产生量子阱混合．对单量子阱片进行快速退火处理后，荧光峰位置、峰宽无明显变化，表明量子阱混合的产生除了依赖于退火温度的高低，也与退火时间的长短密切相关．

用LPE生长1.35μm InGaAsP/InP量子阱结构的研究

在国内首次利用LPE生长技术在n-InP(100)衬底上成功地生长1.35μm InGaAsP分别限制单量子阱结构。通过对样品的横截面进行的TEM观测,量子阱的阱宽和过渡层的厚度分别为160A和30A。在10K和77K光致发光谱测量中,我们观察到n=1的子能级上电子到重、轻空穴带很强的自由激子跃迁峰,两峰间隔为8.3meV,在低温条件下光致发光谱的半高宽度为20meV。

InGaAsP／InPPFBH激光器

采用Ｎ－ＩｎＰ衬底研制ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ激光器和ＤＦＢ激光器在国内已报导过多次，本文介绍用Ｐ－ＩｎＰ衬底研制ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ平面埋层异质结构（ＰＦＢＨ）激光器和ＤＦＢ－ＰＦＢＨ激光器，同时利用晶体生长和晶向的依赖关系，改进埋区的结构，使器件最高激射温度大于１００℃。

用于宽带光纤用户网的高速1.3μm InGaAsP/InP DH LED

本文设计并制作了带有集成透镜的高速1.3μm InGaAsP/InP DH LED.器件的调制带宽达425MHz,与梯度折射率多模光纤的耦合效率高达7.5％,适用于四次群以上的宽带光纤通讯系统,在未来的宽带ISDN中将发挥重要作用.