阶梯状量子阱结构对蓝光GaN基LED性能的改善

由于Ⅲ族氮化物材料自身的物理特性,InGaN/GaN量子阱结构存在极化效应导致能带倾斜,极大地影响了LED的辐射复合效率。采用阶梯状量子阱的结构来改善LED的发光特性,通过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)系统在4英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上外延生长了3种不同量子阱结构的样品,并对其进行材料结构与器件性能的表征。实验结果表明, In组分减小的阶梯状量子阱样品相对于传统量子阱结构,其在电致发光(EL)谱中蓝移现象几乎消失;同时在注入电流为140 mA时,其发光功率以及外量子效率分别提高3.8%和5.1%。此外,Silvaco Atlas软件的仿真结果显示了该样品的量子阱中具有更高的空穴浓度与辐射复合效率。

Cu/SiO_2逐层沉积增强无杂质空位诱导InGaAsP/InGaAsP量子阱混杂

研究了Cu/SiO_2逐层沉积增强的无杂质空位诱导InGaAsP/InGaAsP多量子阱混杂(QWI)行为。在多量子阱(MQW)外延片表面,采用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)不同厚度的SiO_2,然后溅射5 nm Cu,在不同温度下进行快速热退火(RTA)诱发量子阱混杂。通过光荧光(PL)谱表征样品在QWI前后的变化。实验结果表明,当RTA温度小于700℃时,PL谱峰值波长只有微移,且变化与其他参数关系不大;当RTA温度大于700℃时,PL谱峰值波长移动与介质层厚度和RTA时间都密切相关,当SiO_2厚度为200 nm,退火温度为750℃,时间为200 s时,可获得54.3 nm的最大波长蓝移。该种QWI方法能够诱导InGaAsP MQW带隙移动,QWI效果与InGaAsP MQW中原子互扩散激活能、互扩散原子密度以及在RTA过程中热应力有关。

纳米柱InGaN/GaN多量子阱的干法刻蚀制备技术

纳米柱GaN基多量子阱（MQW）拥有量子尺寸效应以及应变释放等特性,对于提高GaN基发光二极管（LED）的发光效率具有重要意义。采用快速热退火（RTA）形成的自组装Ni纳米颗粒作为刻蚀掩膜,利用电感耦合等离子体反应离子刻蚀（ICP-RIE）制备纳米柱InGa N/Ga N MQW。通过改变RTA温度发现在800℃以上才能有效形成Ni纳米颗粒掩膜。不同的ICP和射频（RF）功率条件下制备的纳米柱MQW光致发光强度相比于相同结构的平面MQW会发生显著变化。通过优化ICP-RIE的刻蚀条件,可以获得发光强度显著提高的纳米柱MQW结构。同时,纳米柱MQW中压电极化场的减弱会形成光致发光峰位蓝移。

InGaN/GaN多量子阱中的深能级表征分析

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上生长的In GaN/GaN多量子阱(MQW)结构中存在大量的深能级,电子空穴在多量子阱中复合发光时,深能级作为非辐射复合中心降低发光二极管(LED)内量子效率。通过稳态光电容(SSPC)和光电容(LCV)的测量方法,对比了在垒中掺杂Si和垒中没有掺杂样品的量子阱区域不同位置的深能级浓度和能级。测量结果表明,垒掺杂Si浓度为4×1017cm-3的样品的MQW的深能级密度比垒中没有掺杂的样品低一个数量级。利用变激发强度光致发光谱和发光强度来评估MQW的性能,测试结果表明,垒中掺杂Si可抑制深能级。MQW中深能级浓度影响发光效率,深能级缺陷浓度越小,MQW的发光效率越高。

生长停顿改善MOCVD生长InGaN/GaN多量子阱的特性

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)生长了InGaN/GaN多量子阱(MQWs)结构,研究了生长停顿对InGaN/GaN MQWs特性的影响。结果表明,采用生长停顿,可以改善MQWs界面质量,提高MQWs的光致发光(PL)与电致发光(EL)强度;但生长停顿的时间过长,阱的厚度会变薄,界面质量变差,不仅In组分变低,富In的发光中心减少,而且会引入杂质,致使EL强度下降。

Si基多量子阱SiGe/Si波导光电探测器的制备和研究

采用分子束外延MBE技术,在Si衬底上外延高质量的20周期SiGe/Si多量子阱(MQW)层;以SiGe/Si MQW材料作为吸收区,在Si基上制备波导型PIN光电探测器;金属Al制作在器件的台面上下,形成金属-半导体肖特基接触。测试结果表明,器件在-2V偏压下,对台面面积为7 500μm2,暗电流为0.1μA;在0V偏压下,探测器的光响应谱的吸收峰值为1 008nm,并可以观察到随着吸收长度的增大,响应信号也随之增大。

GaN基蓝光LED的多量子阱结构优化

基于量子阱结构中载流子遂穿势垒原理,使用APSYS软件模拟不同条件下具有不同垒高、垒宽及阱宽的发光二极管(LED)的I-V特性、光强和内量子效率(IQE)的变化,发现自发发射光谱存在红移现象。通过与传统LED的多量子阱(MQW)参数比较发现,当阱宽为2 nm、垒宽为4 nm、垒中In含量为0.08和驱动电流为20mA时,电压降低了18.43%,光强增加了11.46%,红移现象减小了5 nm。研究结果可为LED芯片的应用设计提供参考。

GaAs/AlGaAs多量子阱空间光调制器入射角度特性研究

研究了GaAs/AlGaAs多量子阱(MQW)空间光调制器(SLM)在不同入射角度下的调制特性。对腔模位置与入射角度的关系进行了理论计算和实验验证,两者具有较好的一致性。当入射角在0°～75°之间变化时,腔模从871nm变化至845nm,可调节范围达26nm。当入射光从垂直入射变化为约45°入射时,SLM对比度从(CR)3.8提高到16.3,调制电压从9.5V下降至6.5V。理论分析和实验结果表明,入射角度调节能够有效提高GaAs/AlGaAs MQW SLM调制性能。

InGaAs/InAlAs多量子阱单环谐振腔光滤波器性能分析

提出了一种基于InGaAS/InAlAs多量子阱结构的单环谐振腔光滤波器.应用时域有限差分(FDTD)法,对工作波长约为1.3 μm,圆环半径在9μm到13μm的二维单环光谐振腔滤波器实现了数值模拟.重点分析了该滤波器的光谱响应、主瓣结构和半高全宽(FWHM)、插入损耗、消光比等参数,对器件进行了优化设计.

GaZnO透明导电层提高绿光LED发光效率

详细研究了分别利用Ga Zn O薄膜和纳米级Ni/Au薄膜作为透明导电层(TCL)的绿光LED芯片的光电性能。利用扫描电子显微镜和透射光谱对Ga Zn O TCL和传统的纳米级Ni/Au TCL进行结构表征,结果表明,Ga Zn O透明导电层表面呈现为高密度、纳米尺度的突起,而纳米级Ni/Au TCL样品表面则较为平整;研究波长范围内,Ga Zn O薄膜具有较高的透射率(大于90%)。对两种LED芯片的光电特性进行测试,结果表明,Ga Zn O作为透明导电层的LED芯片发光均匀,具有较小的正向开启电压、等效串联电阻,发光峰中心波长变化仅有5.6 nm,而发光效率相对于传统的Ni/Au TCL LED提高40%,光电工作特性优异。

双沟道脊波导InGaAsP/InGaAsP半导体激光器的温度分布仿真

采用二维有限元法(FEM)模拟了激射波长为1 550 nm的InGaAsP/InGaAsP多量子阱(MQW)双沟道脊波导(DCRW)激光器的热分布,系统研究了钝化层材料、沟道宽度、Au层厚度和石墨烯填充对激光器散热的影响。模拟结果表明,上述参数均对激光器的有源区温度和热分布产生影响。当没有石墨烯填充时,激光器的温升随着沟道宽度减少而提高;当有石墨烯填充时,激光器的温升随着沟道宽度和石墨烯厚度增加而提高。采用AlN钝化层、Au层加厚和石墨烯填充优化的激光器结构,其温升比传统结构激光器的温升低6℃。该结果为设计制备InGaAsP/InGaAsP激光器改善其散热性能提供指导,可为其他InP基光子集成回路改善热性能提供参考。

PIN结构发光二极管反向击穿特性分析

通过利用突变结PIN理想结构电场分布模型,分析了该结构发光二极管(LED)反向击穿电压与非故意掺杂有源区厚度的线性相关性。通过利用LP-MOCVD技术生长了不同厚度多量子阱(MQW)有源区AlGaInP LED,测量了器件的反向击穿特征,测试结果与理论分析非常吻合。同时获得了AlGaInPMQW结构的临界反向击穿电场强度数值。这些结果可以作为具有PIN结构的LED性能优化的重要参考。

条形InP／InGaAsP-EAM的色散特性实验研究

采用Agilent公司的81910A光子全参数测试仪,实验研究了不同组分比的条形InP/In1-xGaxAs1-yPy多量子阱电吸收调制器(MQW-EAM)的色度色散(CD)特性。研究结果表明,Ⅲ-Ⅴ半导体MQW-EAM的CD特性与材料密切相关,并估算了EAM的带宽。因此,对应用于高速光通信系统中的同类型半导体光子器件,所用材料必须尽可能一致,以保证其高速性能的一致性。