离子注入结合无杂质空位诱导量子阱混合的研究

离子注入诱导无序（IICD）和无杂质空住扩散（IFVD）方法是在同一基片上生长量子阱以后再导致部分区域量子阱混合（QWI）的重要方法。本文采用磷离子注入（注入能量为160keV，剂量分别为1×10^11，1×10^12，1×10^13，3×10^13，7×10^14ion／cm^2）和用无杂质空位扩散（PECVD 200nm SiO2电介质膜）相结合的方法来实现InGaAsP／InP多量子阱的混合（高纯氮保护下进行快速热退火，退火温度为780℃，退火时间为30s）。同时，和相同条件下纯磷离子注入诱导混和结果进行了比较。试验发现，先用PECVD镀200nm的SiO2电介质膜再进行磷离子注入的方法造成的带隙蓝移值比在同样条件下纯离子注入方法小，而先进行磷离子注入在用覆盖200nm的SiO2电介质膜造成的带隙蓝移值比在同样条件下纯离子注入方法稍大。说明，离子注入造成的缺陷比介质膜SiO2中的缺陷多。带隙兰移主要由离子注入引起。但用两种方法结合时，SiO2中的缺陷也起到促进作用。

Si_3N_4无杂质空位诱导InGaAs/InP量子阱结构带隙的蓝移

用光荧光谱和二次离子质谱的方法 ,研究了由Si3N4 电介质薄膜引起的无杂质空位诱导InGaAs/InP多量子阱结构的带隙蓝移。实验中选用Si3N4 作为电介质层 ,用以产生空位 ,并经快速热退火处理。实验结果表明 ,带隙蓝移同退火时间和退火温度有关 ,合理选用退火条件可以控制带隙的蓝移量。二次离子质谱分析表明 ,电介质盖层Si3N4 和快速热退火导致量子阱中阱和垒之间互扩 ,这种互扩是导致带隙蓝移的主要原因。

无杂质空位诱导InGaAs/InP量子阱结构的光荧光研究

用光荧光谱 ( PL)方法研究了无杂质空位诱导 ( IFVD) In Ga As/In P多量子阱 ( MQWs)结构的带隙蓝移 .实验中选用 Si3 N4 作为电介质层 ,用以产生空位 ,并经快速热退火处理 ,产生扩散 .实验结果表明 ,带隙蓝移同退火温度和退火时间有关 ,最佳退火条件是 80 0℃ ,1 0 s.同时二次离子质谱 ( SIMS)的分析表明 ,电介质盖层 Si3 N4 和快速热退火 ( RTA)导致量子阱中阱和垒之间元素互扩 。

无杂质空位扩散法造成InGaAsP/InP多量子阱结构带隙蓝移规律的研究

采用光荧光谱 (PL)和光调制反射谱 (PR)的方法 ,研究了由Si3 N4 、SiO2 电介质盖层引起的无杂质空位(IFVD)诱导的InGaAsP四元化合物半导体多量子阱 (MQWs)结构的带隙蓝移。实验中Si3 N4 、SiO2 作为电介质盖层 ,用来产生空位 ,再经过快速热退火处理 (RTA)。实验结果表明 :多量子阱结构带隙蓝移和退火温度、复合盖层的组合有关。带隙蓝移随退火温度的升高而加大。InP、Si3 N4 复合盖层产生的带隙蓝移量大于InP、SiO2 复合盖层。而InGaAs、SiO2 复合盖层产生的带隙蓝移量则大于InGaAs、Si3 N4 复合盖层。同时 ,光调制反射谱的测试结果与光荧光测试的结果基本一致 ,因此 。

InGaAs(P)/InP量子阱混合处理对其光电特性的影响

用离子注入诱导无序(IICD)和无杂质空位扩散诱导无序(IFVD)方法研究了InGaAs(P)/InP量子阱结构的混合造成材料光电特性变化、带隙蓝移的规律。研究结果发现,IICD造成的带隙蓝移与离子注入的种类、剂量、注入后退火温度、时间有关,也和样品存在的应力有关。具有压应力的样品产生的蓝移量比具有张应力的大。IFVD方法造成的带隙蓝移量与介质膜的种类、后继退火温度、退火时间有关。同时还发现,蓝移量与半导体盖层成分和介质层成分的组合有关,InGaAs与SiO2组合产生的蓝移比InGaAs与Si3N4组合产生的蓝移大;与此相反,InP与Si3N4组合产生的蓝移比InP与SiO2组合的大。介质层的掺杂也影响蓝移量,掺P的SiOxPyNz可以产生高达224meV的蓝移,目前尚未见其他报道。二次离子质谱(SIMS)研究说明,量子阱层元素的互扩散可能是造成带隙蓝移的主要原因。

不同Al组分的扩散阻挡层对无杂质空位诱导量子阱混杂的影响

为了获得更好的量子阱混杂效果,深入探讨了不同Al组分的扩散阻挡层对无杂质空位诱导量子阱混杂的影响。首先在两种不同Al组分外延片表面上分别生长了一层200nm厚的SiO_(2)介质薄膜,然后在865~905℃温度范围内,进行了90s的高温快速热退火处理。实验结果表明,低铝结构的波长蓝移量更大,且光致发光(Photoluminescence,PL)谱的强度下降更小,这说明在无杂质空位诱导量子阱混杂中,外延结构中的Al和Ga对点缺陷扩散的影响是不同的,Ga更有利于点缺陷的扩散。研究结果为无杂质空位诱导量子阱混杂的理论研究及器件的外延结构设计提供了参考。

基于无杂质空位混杂法制备带有无吸收窗口的940nm GaInP/GaAsP/GaInAs半导体激光器研究

为提高940nm半导体激光器抗灾变性光学损伤(COD)能力,采用无杂质空位量子阱混杂技术制备了带有无吸收窗口的940nm GaInP/GaAsP/GaInAs半导体激光器。借助光致发光光谱分析了退火温度和介质膜厚度对GaInP/GaAsP/GaInAs单量子阱混杂的影响;通过电化学电容-电压(EC-V)方法检测了经高温退火后激光器外延片的掺杂浓度分布的变化情况。实验发现,在875℃快速热退火条件下,带有磁控溅射法制备的200nm厚的SiO2盖层样品发生蓝移达29.8nm,而电子束蒸发法制备的200nm厚TiO2样品在相同退火条件下蓝移量仅为4.3nm。两种方法分别对蓝移起到很好的促进和抑制作用。将优化后的条件用于带有窗口结构的激光器器件制备,其抗COD能力提高了1.6倍。

带有非吸收窗口的大功率915nm半导体激光器

为了实现大功率输出,应用无杂质空位诱导量子阱混合(IFVD)方法制备带有非吸收窗口结构的915 nm半导体激光器单管。通过实验确定促进和抑制量子阱混合的Si O2和Si3N4薄膜的厚度分别为300和500 nm,退火条件为800℃,90 s。最终制备出的带有非吸收窗口的激光器,与普通激光器的阈值电流和斜率效率几乎一样。但普通激光器在电流为10 A时发生灾变性光学损伤(COD)并失效,而带有非吸收窗口的激光器在电流达到13 A时仍然可以正常工作,相比普通激光器其最大输出功率增加了15%。每种器件各20个在20℃,电流为9 A时进行直流老化试验,普通激光器在老化时间达到100 h时全部失效,而带非吸收窗口器件在老化200 h时仅有两个失效,这表明非吸收窗口结构显著提高了器件的抗COD能力。

基于循环退火技术的InGaAs/AlGaAs量子阱混杂

为了解决由于激光器腔面处的光吸收引起的腔面光学灾变损伤(COD),采用无杂质空位扩散(IFVD)法,研究了由SiO2电介质层诱导的InGaAs/AlGaAs量子阱结构的带隙蓝移。使用等离子化学气相沉积(PECVD)在InGaAs/AlGaAs量子阱的表面生长SiO2电介质层;然后采用IFVD在N2环境下进行高温退火实验,从而实现量子阱混杂(QWI)。实验结果表明:蓝移量的大小随退火时间和电介质层厚度的变化而变化,样品覆盖的电介质层越厚,在相同的退火温度下承受的退火时间越长,得到的蓝移量也越大。然而,在高温退火中的时间相对较长时,退火对量子阱造成的损坏相当大。高温短时循环退火,能够在保护量子阱晶体质量的同时实现QWI。通过在850℃退火6min下循环退火5次,得到了46nm的PL蓝移,且PL峰值保持在原样品的80%以上。

采用IFVD-QWI技术制备电吸收调制DFB激光器

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在InGaAsP多量子阱/InP缓冲层/InGaAs层上沉积SiO2薄膜,通过N2气氛下快速热退火(RTA)方法实现无杂质空位扩散(IFVD)的量子阱混杂(QWI)。对不同退火温度下量子阱增益峰值波长的蓝移特性进行了实验摸索,在780℃@80s的退火条件下,可以获得最大72.8nm的相对波长蓝移量,并且发现快速热退火RTA温度低于780℃以下时,LD区的波长蓝移量随温度变化基本能控制在10nm以内。通过选取合适退火条件实现了光荧光(PL)峰值波长约50nm的蓝移量,在选区制备出合适带隙波长材料的基础上,在LD区制作全息光栅并二次外延P型掺杂电接触层后,采用标准化浅脊波导电吸收调制(EAM)分布反馈激光器(EML)工艺制备了1.5μm波长的EML管芯,器件阈值为20mA,出光功率达到2mW@90mA,静态消光比在+6V反偏压下为9.5dB。