Si掺杂对AlGaInP/GaInP多量子阱性能的影响

采用LP MOCVD技术在n GaAs衬底上生长了AlGaInP/GaInP多量子阱红光LED外延片。以X射线双晶衍射技术和光致发光技术对外延片进行了表征 ,研究了Si掺杂对AlGaInP/GaInP多量子阱性能的影响。研究表明 :掺Si能大大提高 (Al0 .3 Ga0 .7) 0 .5In0 .5P/Ga0 .5In0 .5P多量子阱的发光强度。相对于未故意掺杂的样品 ,多量子阱垒层掺Si使多量子阱的发光强度提高了 13倍 ,阱层和垒层均掺Si使多量子阱的发光强度提高了 2 8倍。外延片的X射线双晶衍射测试表明 。

Zn杂质扩散诱导AlGaInP/GaInP量子阱混杂

杂质扩散诱导量子阱混杂技术可用于制作腔面非吸收窗口,提高大功率半导体激光器的输出功率。以Zn3As2为扩散源,采用闭管扩散方式,在550℃下对650nm半导体激光器的外延片进行了一系列Zn杂质扩散诱导量子阱混杂的实验。实验发现,随着扩散时间从20～120min,样品光致发光(PL)谱蓝移偏移增加,峰值波长蓝移53nm;当扩散时间超过60min后,样品的PL谱中不仅出现了常见的蓝移峰,同时还出现了红移峰,峰值波长红移32nm。分析表明PL谱蓝移来自Zn扩散引起的AlGaInP/GaInP间的量子阱混杂;红移来自Zn杂质扩散对样品中Ga0.51In0.49P缓冲层的影响。还研究了扩散温度(550℃)和扩散时间对样品晶体品质的影响,并在理论上计算了AlGaInP/GaInP量子阱混杂中的Al-Ga的互扩散系数。

退火对AlGaInP/GaInP多量子阱LED外延片性能的影响

采用LP MOCVD技术在n GaAs衬底上生长了AlGaInP/GaInP多量子阱红光LED外延片。研究表明退火对外延片性能有重要影响。与未退火样品相比,460℃退火15min,外延片p型GaP层的空穴浓度由5.6×1018cm-3增大到6.5×1018cm-3,p型AlGaInP层的空穴浓度由6.0×1017cm-3增大到1.1×1018cm-3。但退火温度为780℃时,p型GaP层和p型AlGaInP层的空穴浓度分别下降至8×1017cm-3和1.7×1017cm-3,且Mg原子在AlGaInP系材料中的扩散加剧,导致未掺杂AlGaInP/GaInP多量子阱呈现p型电导。在460～700℃退火范围内,并没有使AlGaInP/GaInP多量子阱的发光性能发生明显变化。但退火温度为780℃时,AlGaInP/GaInP多量子阱的发光强度是退火前的2倍。

实用化GaInP－AlGaInP半导体量子阱可见光激光器

用低压ＭＯＶＰＥ方法研制出了波长为６５５ｎｍ与６７０ｎｍ的ＧａＩｎＰ－ＡｌＧａＩｎＰ半导体量子阱可见光激光器，并已形成一定的批量生产能力。器件的阈值电流典型值为４５ｍＡ，输出光功率不小于５ｍＷ，最高工作温度不低于５０℃，预计２０℃时寿命接近１００，０００小时，主要技术指标与目前进口的同类产品水平相当，完全可以满足实用要求。

GaInP/(Al_xGa_(1-x))InP多量子阱结构的光荧光特性分析

利用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)技术生长了GaInP/(AlxGa1-x)InP多量子阱(MQW)结构材料,对其进行光荧光特性测量,观察到在波长λ=647 8nm和λ=861 6nm处分别存在一个强发光锋和一个弱发光峰.理论计算和实测结果基本一致.

大功率GaInP/AlGaInP半导体激光器

制备了大功率实折射率GaInP/AlGaInP压应变分别限制量子阱激光器.所用外延材料在15°偏角的GaAs衬底上由有机金属气相外延一次外延生长得到.制备的激光器具有双沟脊波导结构,条宽和腔长分别为3和900μm,前后端面分别蒸镀5%的增透膜和95%的高反膜.分析了室温连续激射时激光器的光电输出性能.阈值电流的典型值为32mA,光学灾变阈值为88mW,功率为80mW时的工作电流为110mA,斜率效率为1W/A,串联电阻为3Ω.基横模光输出功率可达60mW,60mW时的平行结和垂直结的远场发散角分别为10°和32°,激射波长为658·4nm.器件的内损耗为4·1cm-1,内量子效率达80%,透明电流密度为648A/cm2.

AlGaInP大功率半导体激光器的漏电分析

对于GaInP/AlGaInP量子阱激光器,在大电流注入或高温工作时有源区中注入的电子会越过势垒进入p型限制层成为漏电流,严重影响器件的正常工作.本文通过测试AlGaInP大功率压应变量子阱激光器的阈值电流和外微分量子效率随温度的变化,拟合出有源区电子的有效势垒高度,并与理论模拟结果进行了比较,讨论了p型限制层掺杂浓度的分布对势垒高度的影响.

808nm无Al量子阱激光器mini阵列的研制

通过分析激光器的结构,优化设计了非对称宽波导激光器结构及外延生长条件。利用低压金属有机化合物气相淀积技术(LP-MOCVD)生长了高质量的InGaAsP/GaInP无铝应变量子阱外延材料,制作成808 nm高功率半导体激光器mini阵列,将其应用到1 064 nm全固态激光器中。20℃下,制作的808 nm,0.5 cm半导体激光器mini阵列,连续驱动电流50 A时输出功率达到50 W,最高光电转换效率达到53%。将该808 nm激光器mini阵列应用到全固态1 064 nm激光模组中,50 W,1 064 nm激光输出时,工作电流只有15 A。经过多于500 h老化以后,1 064 nm全固态激光器的功率衰减小于2%。

GaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器垂直于结方向上的光束质量研究

用转移矩阵方法对 680nmGaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器的波导模式作了分析和计算。根据非傍轴光束传输的矢量矩理论 ,对该激光器垂直于结平面方向上的光束质量因子M2 ⊥ 进行了理论计算 ,结果表明M2 ⊥ 小于 1,和实验结果相符合。

谱导数法在光谱研究GaInAs/InP和GaInP/AlGaInP多量子阱中的应用

在简要讨论谱导数法物理机理的基础上 ,给出了其在光吸收谱和光反射谱方法研究张应变GaInAs InP和GaInP AlGaInP多量子阱中的成功应用实例 .比较了不同阶谱导数对测定激子跃迁能量的影响 ,论及了其与双调制谱方法、曲线拟合方法的区别 .指出了谱导数法在光谱研究GaInAs InP和GaInP AlGaInP多量子阱中的重要性和易行性 .

GaInP／AlGaInP应变多量子阱激光器的光束质量

设计了一大角度能将非傍轴光束非截取地变换到傍轴光束的光学变换系统,并应用于测量650 nm GaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器的等效光束质量.垂直于结方向上的光束经变换后的第二束腰的位置,要比平行于结方向上的远.实验测得平行于结方向上的等效光束质量因子是1.2;垂直于结方向上的等效光束质量因子是0.6.综合考虑各种因素,实验的测量误差约为±20%.随后,用波导模式理论和非傍轴矢量矩理论对各类激光器的光束质量进行了初步的理论分析和计算,得到光束质量因子小于1的基本条件是发射区的尺寸小于0.3个波长.由于目前变换系统还存在着像差,实验结果与理论计算值尚有一定差距,因此该光学变换系统有待于进一步改进、完善.通过这一研究,有助于半导体激光器有源区尺寸的优化设计和半导体激光器的优化封装,从而有利于半导体激光器性能的综合改善,以提高其使用性能,拓展其应用范围,推动半导体激光器科学技术的研究、应用和发展.(OG15)

MOCVD生长GaAsP/GaInP量子阱材料的发光特性

通过利用低压金属有机物化学气相沉积技术,在不同偏向角的GaAs衬底上生长了GaAsP/GaInP量子阱外延层结构。通过对样品室温光致发光测试结果的分析,讨论了势垒层生长温度、势阱层Ⅴ/Ⅲ比以及衬底偏向角对外延片发光波长、发光强度及半峰全宽的影响。发现在相同生长条件下,势垒层低温生长的量子阱发光更强;降低势阱层Ⅴ/Ⅲ比可以增加样品的发光强度,同时发光的峰值波长会出现红移。相同生长条件下,样品的发光强度会随其衬底偏向角的增加而增强,半峰全宽随其衬底偏向角的增大而减小。

670nm发光二极管材料的MOCVD外延生长

重点介绍了670nm LED材料的结构与制备方法,用MOCVD方法生长了较高压应变的670nm多量子阱。分析比较了670nm量子阱室温光荧光谱线宽度的影响因素,指出室温光荧光主要来源于带-带复合,荧光谱线宽度的减小是应变量子阱轻重空穴能级分离的结果,并不意味着量子阱界面质量的改进。同时介绍了二乙基锌(DEZn)的掺杂技术和掺杂浓度,通过优化掺杂条件和退火条件,p型AlInP材料获得了0.9×1018/cm3的空穴密度。外延材料制作成200μm×200μm尺寸的LED管芯,在20mA工作电流下亮度为22～24mcd。器件结果表明,用5个压应变量子阱的有源区并且采用DEZn掺杂可以制作出高亮度的670nm LED外延材料。

黄绿光发光二极管光衰性能研究

AlGaInP是GaAs基LED有源区主要材料,广泛应用于黄绿光至红光波段的LED。但在短波段尤其是黄绿光波段(565~575nm),因其材料组成较接近间接带隙,其发光效率和稳定性存在问题。目前黄绿光功率衰减以俄歇复合损耗、非复合辐射中心损耗、载流子损耗为主。所以研究相同生长温度不同阱垒厚度、量子阱相同厚度不同生长温度、P型掺杂层掺杂浓度对发光光衰的影响。发现较薄的MQW阱垒厚度、较高的MQW生长温度及P-space后端P型层前端插入一层20nm厚度,1.7×10^18cm^-3浓度的高掺杂层三种方案可以改善黄绿光发光二极管光衰性能。

学人风采

吴麟章，男，1969年生，江西余干人，中共党员，工学博士、二级教授、博士生导师，享受国务院政府特殊津贴专家。曾任湖北工业大学党委常委、副校长；现任荆楚理工学院院长、党委副书记。吴麟章教授先后就读于浙江大学、清华大学和德国斯图加特大学，是中国电子学会高级会员，中国物理学会会员，教育部中南地区高等教育电子信息基础课程教学研究会常务理事，《Chinese Physics Letters》特约审稿人，兼任湖北省光伏工程技术研究中心主任，华中科技大学出版社“21世纪电气信息学科系列教材”编委会主任，人选湖北省新世纪高层次人才工程，曾获“清华大学研究生学术新秀”、“清华大学优秀博士毕业生”等荣誉称号。吴麟章教授长期从事光电子薄膜材料生长与器件制备、薄膜材料与器件性能表征、量子与器件物理理论等领域的研究与教学工作，在量子阱等低维结构及其在新型光电子器件（如半导体激光器、太阳能电池）中的应用研究中取得丰富成果。曾首次实验发现MOCVD工艺中硒掺杂影响AlGaInP激光器的光学性能、增益性能以及器件性能等的综合效应；基于激光器结构的优化设计和硒掺杂的研究成果，研制成功了超低阈值电流密度的670nm AlGaInP应变单量子阱激光器；提出了一系列新颖的半导体激光器及半导体薄膜材料的实验理论和测量方法；建立了半导体环形激光器的理论模型，探讨了半导体环形激光器用于实现集成光学陀螺的可行性，为半导体环形激光陀螺的研制提供了理论指导。先后主持了国家高新技术重大研究计划（863）、国家科技部光伏工程示范项目、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、湖北省教育厅优秀中青年创新团队等多项研究课题。以第一作者身份发表学术论文40余篇，其中SCI收录11篇（SCI一区论文3篇，SCI二区论文5篇），EI收录6篇，ISTP收录若干篇。

Mg掺杂AlInP 650 nmLD外延片的Zn扩散研究

利用石英闭管法,对Mg掺杂AlInP 650 nm LD外延片进行Zn扩散,分析了扩散温度和时间2个参数对Zn扩散的影响。采用光致发光(PL)谱和电化学蒸涂(ECV)方法研究了Zn扩散产生的影响。PL谱结果表明,Zn扩散引起了AlGaInP/GaInP多量子阱(MQW)有源层的组分无序,使PL谱的峰值蓝移,最大蓝移为54 nm,约175 meV。ECV测量结果显示,Zn已经扩散到MQW有源区,MQW区域的p型载流子浓度为4.4×1017cm-3。

808nm大功率无铝有源区非对称波导结构激光器

采用分别限制非对称波导结构,将光场从对称分布变为非对称分布,降低了载流子光吸收损耗,并允许p型区具有更高的掺杂水平,从而使器件电阻降低。对GaAsP/GaInP张应变单量子阱（SQW）非对称波导结构激光器的光场特性进行了理论分析,设计了波导层厚度,并制作了波长为808 nm的无铝有源区大功率半导体激光器.器件综合特性测试结果为：腔长900μm器件的阈值电流密度典型值为400 A/cm^2,内损耗低至1.0 cm^-1;连续工作条件下,150μm条宽器件输出功率达到6 W,最大斜率效率为1.25 W/A.器件激射波长为807.5 nm,平行和垂直结的发散角分别为3.0°和34.8°。20～70℃范围内特征温度达到133 K。结果表明,分别限制非对称波导结构是降低内损耗,提高大功率半导体激光器特性的有效措施。

带非吸收窗口的大功率657nm半导体激光器

在激光器腔面处制作非吸收窗口（NAW）可以有效地减少光吸收，防止激光器过早出现光学灾变损伤（COD），是提高大功率半导体激光器的功率特性的重要手段之一。采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术二次外延生长了大功率657nm红光半导体激光器结构，通过闭管扩散Zn的方法在腔面附近制作了非吸收窗口。实验发现扩散温度550℃，扩散时间20min时，得到的非吸收窗口最为有效，激光器连续工作的无扭折输出功率大于100mW，超过常规的无窗口结构激光器的最大输出功率的两倍，激光器的斜率效率提高了23％。测量该类器件的温度特性发现，环境温度为20～70℃时，其输出功率均可大于50mW，计算得到激光器的特征温度约为89K，波长增加率约为0.24nm／℃。