基于渐变组分体材料InGaAs的宽带长波长超辐射二极管(英文)

研制了一种新型的非选择性再生长掩埋异质结构长波长超辐射二极管(SLD).该器件采用渐变组分体材料InGaAs作为有源区,由金属有机物化学气相外延制备.150mA下,SLD发射谱宽的半高全宽为72nm,覆盖范围从1602到1674nm.发射谱光滑、平坦,光谱波纹在1550到1700nm的范围内小于0.3dB.室温连续工作,注入电流200mA下,器件获得了4.3mW的出光功率.器件适用于气体探测器和Lband光纤通信的光源.

新型Al组分渐变结构的N极性GaN基HEMT中二维电子气研究

提出了一种含有Al N插入层的新型Al组分渐变的N极性Ga N基高电子迁移率晶体管(HEMT)结构,并通过自洽求解一维薛定谔方程和泊松方程,仿真研究了该新型N极性HEMT结构的二维电子气特性。结果表明采用该新型N极性HEMT结构其体载流子浓度峰值与普通Al组分渐变N极性HEMT结构相比提高了12%。同时定义了Al组分从大到小渐变层和从小到大渐变层厚度之比R及最大值xmax,仿真表明二维电子气面密度随R增大而减小,而xmax超过0.4后二维电子气面密度出现饱和趋势。

具有Al组分V型渐变电子阻挡层的深紫外LED设计与分析

为了使基于AlGaN外延材料的深紫外发光二极管(DUV LED)的内量子效率(IQE)随驱动电流的增大而降低的幅度减小,有助于DUV LED在一个较大的驱动电流区间可以稳定地工作,提出并研究具有Al组分V型渐变P型电子阻挡层(P-EBL)结构的DUV LED。通过Crosslight APSYS软件对常规P型电子阻挡层(P-EBL)和Al组分V型渐变P-EBL结构DUV LED的能带、极化体电荷、电子电流、空穴浓度、内量子效率、输出功率和自发辐射光谱进行了数值研究。结果表明,在260 mA电流注入时,相比常规P-EBL结构,Al组分V型渐变P-EBL结构DUV LED的效率降低的幅度减小了5.86%,改善了DUV LED输出性能。根据数值模拟和分析,器件输出性能改善的原因是Al组分三角形渐变P-EBL沿生长方向产生的极化体电荷,抵消P-EBL与最后一个量子垒层异质结界面处存在的极化面电荷,从而减小了界面处的极化电场。

980nm渐变双波导激光二极管及其光电性能研究

为了提高980 nm激光二极管的光电性能,设计了Al组分内波导正向和外波导反向线性渐变的新型非对称双波导激光二极管。采用一维漂移扩散模型为理论基础,对新结构和传统结构进行了仿真模拟,并对比分析了两者的光电性能。光场分布表明,新结构通过改变波导折射率分布,减少了高阶模式数量,改善了基模的单模特性。能带排列表明,新型非对称双波导结构显著提高了电子和空穴泄漏的势垒,阻挡了载流子泄漏,增强了有源区的载流子限制能力,从而降低了有源区载流子浓度,提高了器件的内量子效率。与传统波导结构对比分析表明,新型非对称双波导结构激光二极管的阈值电流下降了27.65%,工作电压降低了15.24%。在注入电流为5 A时,输出功率达到5.36 W,电光转换效率达到78.06%。设计的新型波导结构提高了980 nm激光二极管的光电性能,对研发高性能激光二极管具有重要的理论指导意义。

LED外延结构中渐变式Al组分的电子限制层

根据外延结构应力导致的极化引起的能带弯曲理论,采用渐变式Al组分的电子限制层(EBL层),可有效提升电子限制能力,同时降低了该层和P-GaN层之间的晶格失配,提高了P-GaN层的外延质量,得到了发光效率更高的GaN基LED外延片。

多晶金刚石衬底范德瓦耳斯外延GaN薄膜

随着氮化镓(GaN)在高功率领域的广泛应用,GaN基器件的散热性能成为了制约其功率密度的主要因素,因此开辟新的热管理方案至关重要。具有高热导率的金刚石衬底可以用于改善GaN器件的散热问题。然而,由于金刚石和GaN之间的天然晶格失配,在金刚石衬底上GaN的直接外延仍然是一个难以克服的问题。本工作以二维材料/Al组分渐变的AlGaN异质结作为衬底与外延层之间的成核层,在多晶金刚石衬底上实现了单晶GaN薄膜的范德瓦耳斯外延。其中,二维材料可以有效屏蔽掉衬底与外延层晶格不匹配带来的不良影响,而Al组分渐变的AlGaN缓冲层结构可实现Ga原子和N原子的有序迁移,进而精确地控制GaN薄膜的生长。本工作为异质衬底上高质量生长氮化物提供新思路。实验结果表明,成核层的引入有效地消除晶格失配的影响,从而打破了金刚石衬底上难以直接外延单晶GaN薄膜的瓶颈。本工作为GaN基器件的功率密度的进一步提升提供了基础。

156GHz 0.15μm GaAs Metamorphic HEMT器件研制

应用电子束直写技术成功制作了栅长0.15μm的高性能In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As GaAs MHEMT。从工艺角度,结合器件的小信号等效电路的理论分析,优化了器件源漏间距,从而减小了器件寄生参数,达到了较好的器件性能。最终制作的In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As MHEMT饱和电流达到495mA/mm,夹断电压-0.8V,在Vgs为-0.19V时的最大非本征跨导gm为1032mS/mm,截止频率ft达到156GHz,最大振荡频率fmax大于150GHz。

具有136GHz的0.18m GaAs Metamorphic HEMT器件

应用电子束直写技术成功制作了栅长0.18μm的高性能In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As MHEMT。从工艺角度,结合器件的小信号等效电路的理论分析,优化了器件结构,特别是T形栅结构,从而减小了器件寄生参数,达到了较好的器件性能。最终制作的In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As MHEMT饱和电流达到275mA/mm,夹断电压-0.8V,在Vgs为-0.15V时的最大非本征跨导gm为650mS/mm,截止频率ft达到136GHz,最大振荡频率fmax大于120GHz。

100nm GaAsMHEMT器件研制

应用电子束直写技术成功制作了栅长100nm的高性能In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As GaAs MHEMT(渐变组分高电子迁移率晶体管)。从工艺角度,结合器件的小信号等效电路的理论分析,优化了器件T形栅尺寸与工艺,从而减小了器件寄生参数,达到了较好的器件性能。最终制作的In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As MHEMT饱和电流达到460mA/mm,夹断电压-0.8V,在Vgs为-0.23V时的最大非本征跨导gm为940mS/mm,截止频率ft达到220GHz,最大振荡频率fmax大于200GHz。

用InGaAs材料制作的2.6μm光电探测器

介绍了２ ．６ μｍ Ｉｎ０ ．８２ Ｇａ０ ．１８ Ａｓ／ Ｉｎ Ｐ Ｐ－ Ｎ 异质结光电探测器，组分渐变层对调节 Ｉｎ Ｐ衬底与 Ｉｎ０ ．８２ Ｇａ０ ．１８ Ａｓ 之间的２ ％ 的晶格失配是有效的。在２ ．１ μｍ ～２ ．６ μｍ 区域，量子效率为７０ ％ ～７５ ％ ；室温下约－ ２ Ｖ 时， Ｉｄ ＝ ３ ．５ μ Ａ。

基于低温In_xGa_(1-x)P组分渐变缓冲层的InP/GaAs异质外延

采用低温GaAs与低温组分渐变InxGa1-xP作为缓冲层,利用低压金属有机化学气相外延(LP-MOCVD)技术,在GaAs(001)衬底上进行了InP/GaAs异质外延实验。实验中,InxGa1-xP缓冲层选用组分线性渐变生长模式(xIn0.49→1)。通过对InP/GaAs异质外延样品进行双晶X射线衍射(DCXRD)测试,并比较1.2μm厚InP外延层(004)晶面ω扫描及ω-2θ扫描的半高全宽(FWHM),确定了InxGa1-xP组分渐变缓冲层的最佳生长温度为450℃、渐变时间为500s。由透射电子显微镜(TEM)测试可知,InxGa1-xP组分渐变缓冲层的生长厚度约为250nm。在最佳生长条件下的InP/GaAs外延层中插入生长厚度为48nm的In0.53Ga0.47As,并对所得样品进行了室温光致发光(PL)谱测试,测试结果表明,中心波长为1643nm,FWHM为60meV。

Al组分三角形渐变P-EBL结构AlGaN基DUV LED数值分析

效率陡降严重影响AlGaN基深紫外发光二极管(DUV LED)的输出性能,也是近年来DUV LED的一个瓶颈性问题。对常规电子阻挡层(P-EBL)和Al组分三角形渐变P-EBL两种结构DUV LED进行了数值分析。研究了能带、电子电流、空穴浓度、电场、内量子效率、输出功率和自发辐射光谱的分布特性。模拟结果表明,在260 mA电流注入时,相比常规PEBL结构,Al组分三角形渐变P-EBL结构DUV LED的效率陡降减小了5.85%,改善了DUV LED输出性能。根据数值模拟和分析,器件输出性能改善的原因是Al组分三角形渐变P-EBL结构提高导带势垒高度和增强空穴在P型区域获得的动能,从而减小电子泄漏,并提高了空穴注入效率。

绿光LED有源区中极化自屏蔽效应的研究

设计了一种具有自屏蔽量子限制斯塔克效应(QCSE)的绿光LED。该器件主要是用沿极性面[0001]方向生长的InN组分渐变量子垒来替代传统的GaN量子垒,从而在量子垒的内部产生极化体电荷。该极化体电荷能够抵消由极化作用在异质结界面处产生的界面电荷,进而有效地屏蔽量子阱内所产生的内建极化电场。另外InN组分的提高,一定程度上降低了量子垒的势垒高度,促进了空穴注入有源区。因此,器件的光输出功率和外量子效率(EQE)均得到显著提升。

GaN基外延结构中EBL层生长工艺对发光效率的影响

根据量子限域电子溢出理论及极化场引起的能带弯曲理论,我们采用不同工艺的EBL层结构,通过控制Al组分分布,在不影响P-GaN层空穴的注入的情况下,提升电子限制能力,提升芯片的发光效率。

不同盖层对InAs/GaAs量子点结构和光学性质的影响

利用金属有机化合物气相沉积设备生长了不同盖层结构的InAs/GaAs量子点,采用原子力显微镜和光致发光光谱仪对量子点的结构和光学性质进行了研究.量子点层之间的盖层由一个低温层和一个高温层组成.对不同材料结构的低温盖层的对比研究表明,In组分渐变的InGaAs低温盖层有利于改善量子点均匀性、减少结合岛数目、提高光致发光强度;当组分渐变InGaAs低温盖层厚度由6.8nm增加到12nm,发光波长从1256.0nm红移到1314.4nm.另外,还对不同材料结构的高温盖层进行了对比分析,发现高温盖层采用In组分渐变的InGaAs材料有利于光致发光谱强度的提高.

980nm底发射VCSEL的DBR设计与优化

根据DBR的工作原理,以P型DBR为例,通过研究DBR的能带结构详细分析了不同的渐变区宽度和不同的掺杂浓度下的DBR的电学特性和反射特性.选用Al_(0.9)Ga_(0.1)As和Al_(0.1)Ga_(0.9)As作为DBR的材料,设计了980 nmVCSELs的P型DBR,通过比较确定了Al组分渐变区的宽度和整个DBR结构的掺杂浓度.依此结构制作了980 nm底发射VCSELs,器件的Ⅰ-Ⅴ特性曲线显示器件的串联电阻约为0.05Ω.

InAs/GaAs和InAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线异质结构的生长研究

利用金辅助金属有机化学气相沉淀法(MOCVD)在GaAs(111)B衬底上分别制备了InAs/GaAs和InAs/InxGa1-xAs/GaAs(0≤x≤1)纳米线异质结构.实验结果显示,直接生长在GaAs纳米线上的InAs纳米线生长方向杂乱或者沿着GaAs纳米线侧壁向衬底方向生长,生长的含有InxGa1-xAs组分渐变缓冲段的InAs/InxGa1-xAs/GaAs三段式纳米线异质结构在轴向上串接生长而形成双异质结构.通过插入三元化合物InxGa1-xAs渐变缓冲段可以有效的克服界面能差异和晶格失配带来的负面影响,提高纳米线的晶体质量和生长可控性.