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。

1.5μm高功率超辐射发光二极管的制备和性能

超辐射发光二极管作为光纤陀螺的核心元件,其性能直接影响光纤陀螺的精度;其中超辐射发光二极管出光功率越高,光纤陀螺接收信号信噪比越好。InP/AlGaInAs增益材料具有电子限制效率高的优点,然而由于Al元素容易氧化,面临一定的应用可靠性问题。本文采用InP/InGaAsP作为增益材料,通过在外延结构上采用宽带隙电子阻挡层来提高量子阱的电子限制效率。试验结果表明,激光芯片最大出光功率从69 mW提升至92 mW。在此基础上,通过优化材料沉积速率改善增益区和应变电子阻挡层材料质量。结果显示,激光芯片可靠性得到较为明显改善,经过1000 h寿命老化,样品阈值和功率变化率在合格范围之内。最后,进行超辐射发光二极管芯片制备。测试表明,电子阻挡层使得室温下SLD芯片饱和出光功率从19 mW提高至24 mW,饱和工作电流也有所提高,光谱宽度达到80 nm,光谱中心波长在1500 nm附近;芯片1000 h寿命老化阈值和光功率变化稳定,未出现性能退化样品。

1.55μm高功率单横模半导体激光器的研制

1.55μm高功率半导体激光器广泛应用于长距离主干网光网络、无人驾驶等领域,在应用系统中更高的激光出光功率有利于提升系统的工作距离和接收端的信噪比;随着光电子集成和共封装光学的快速发展,其高光电集成密度要求激光器具备低功耗等性能。本文通过优化激光器外延P-InP掺杂,激光器室温下串联电阻从3.2Ω降低至2.2Ω,器件电阻性能优于相同结构对比器件,300 mA电流下器件电功耗从510 mW降低至430 mW。进一步采用锥形波导结构提高激光器增益体积,测试结果显示,锥形波导结构使激光器出光功率提升17%以上,同时器件电功耗无明显增加;室温低电流下器件最高光电转换效率接近50%,与相关研究报道结果优值相当;远场测试结果显示,激光器水平方向发散角有效降低,同时器件光束质量未发生明显变化。实验结果为面向光电子集成应用的低功耗高功率半导体激光器提供了研究基础。

808 nm In GaAsP-InP单量子阱激光器热特性研究

从InGaAsP-InP单量子阱激光器结构分析入手,采用自行设计的热封闭系统对808nmInGaAsP-InP单量子阱激光器热特性进行了研究·实验表明,在23-70℃的温度范围内,器件的功率由1.74W降到0.51W,斜率效率由1.08W/A降到0.51W/A·实验测得其特征温度T0为325K·激射波长随温度的漂移dλ/dT为0.44nm/℃·其芯片的热阻为3.33℃/W·

InGaAsP单量子阱半导体微盘激光器研究

利用普通的液相外延和微加工技术成功地制备了ＩｎＧａＡｓＰ单量子阱微盘激光器，并从实验上观测到远低于普遍激光器阈值条件下的单模振荡，证实了微盘激光器中微盘很强的模式选择作用，反映了微盘的微腔特征．

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。

高功率14xx nm锥形增益区脊形波导结构量子阱激光器的研制

初步设计14xxnm锥形增益区脊形波导量子阱激光器材料和器件结构,利用MOCVD生长14xxnmIn-GaAsP/InP量子阱激光器外延片,引入腔破坏凹槽(cavity-spoilinggrooves)将有源层刻蚀断以隔离从锥形区反向传输回的高阶模,进一步改善远场光束质量.保持总腔长1900μm不变,改变脊形区的长度,其长度分别为450,700和950μm.对比三种情况的最高输出功率和远场特性,发现LRW=700μm时,器件特性参数和远场光束质量最优,斜率效率为0·32W/A,饱和输出功率为1·21W,其远场为近衍射极限的高斯分布,发散角为29°×9·6°.当固定脊形区长度为700μm,改变锥形区长度,发现当锥形区长度为1000μm时,器件特性参数进一步提高,斜率效率达0·328W/A,饱和输出功率为1·27W,远场仍为近似高斯分布.

适于测量波长1.3μm的超短光脉冲的强度自相关系统

本文介绍了一种适于测量半导体激光器产生的波长1.3μm的超短光脉冲的强度自相关系统的原理和装置。对波长1.3μm的InGaAsP/InP激光器产生的超短光脉冲的测量结果表明,该装置具有很高的分辨率和较高的灵敏度。

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。

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.

双异质结激光器的Auger复合分析

本文通过对１．５５μｍ双异质结激光器中０．９５μｍ的高能发光峰的分析，证明了ＩｎＧａＡｓＰ有源区的Ａｕｇｅｒ复合是造成载流子向两侧ＩｎＰ限制层漏泄的主要原因，也是影响激光器Ｔ０值的主要因素。

差温生长法制备 1.55 μm InP/InGaAsP/InP 激光晶片

采用差温生长法制备了１．５５μｍＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ双异质结激光晶片．差温生长法是在高温（约６２６℃）状态下生长ＩｎＧａＡｓＰ有源层；然后降低温度，在低温（约６００℃）状态下生长Ｐ－ＩｎＰ上限制层．此方法有效地解决了这种结构长波区（λ＞１．４５μｍ）的回熔问题，并克服了其他方法的缺点．

10×10InGaAsP/InP阵列波导光栅器件的研制

研制了脊形波导结构的10×10InGaAsP/InP阵列波导光栅器件(AWG),并采用掺铒光纤放大器(EDFA)作宽带光源测量了AWG的近场图以及分光特性。

InGaAsP/InP异质结构材料组分、结构的准确测定与综合分析

采用Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）对ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ异质结构金属有机化学蒸发沉积（ＭＯＣＶＤ）外延晶片作了表面元素组分定性、定量和深度分布分析。将其组分定量数据代入带隙经验公式，发现带隙的计算与用光压谱（ＰＶＳ）实验值十分吻合；但是代入晶体常数经验计算公式计算得到的失配率与由Ｘ射线双晶衍射（ＤＣＤ）测定的失配率却有明显差别。抽检的两个外延晶片的ＸＰＳ元素分析和元素的深度分布分析，以对比的方式展示两者元素的组成、化学状态在其表面和沿着深度方向的变化及其差异，由此得到的有关片子质量的正确判断，有力地证明了ＸＰＳ是研究ＭＯＣＶＤ外延膜材料的得力工具。

在InGaAsP/InP双异质结构中的光弹效应及其对侧向光的限制作用

从理论上计算了厚度为 110 nm的 W0 .95 Ni0 .0 5 金属薄膜应变条在 In Ga As P/ In P双异质结构中形成的应力场分布 ,及由应力场分布引起的折射率变化 .在 W0 .95 Ni0 .0 5 金属薄膜应变条下半导体中 0 .2— 2μm深度范围内 ,由应变引起条形波导轴中央的介电常数 ε相应增加 2 .3× 10 - 1— 2 .2× 10 - 2 (2 μm应变条宽 )和 1.2× 10 - 1— 4.1× 10 - 2(4μm应变条宽 ) .同时 ,测量了由 W0 .95 Ni0 .0 5 金属薄膜应变条所形成的 In Ga As P/ In P双异质结光弹效应波导结构导波的近场光模分布 .从理论计算和实验结果两方面证实了 In Ga As P/ In

应力对M-Z型InP/InGaAsP-EAM偏振相关损耗的影响

采用Agilent81910A光子全参量测试仪,首次实验研究了InP/In1-xGaxAs1-yPy-MQW(Multiple-Quantum-Well,MQW)材料与衬底间因应力而产生的M-Z型光调制器的PDL影响以及由此引起的由差分群时延(DifferentialGroupDelay,DGD)表征的偏振模色散(PolarizationModeDispersion,PMD)·研究结果表明,半导体MQW光调制器的PDL与DGD是一致的·因此在半导体光器件的制作过程中,应尽可能地减小衬底与波导芯层之间的因残存应力的存在造成对光器件的高速性能的不利影响·

γ辐照对InGaAsP/InP双异质结发光管特性的影响

本文研究了γ辐照对光通信用1.3μm InGaAsP/InP双异质结发光管特性的影响,结果表明:在辐照剂量1×105—1×107rad范围内,辐照前后器件的光功率和电带宽未发生明显变化;当辐照剂量>1×107rad后,器件的光功率下降,电带宽上升。器件在辐照前后的l-V特性和EL图象未发生变化。用少子寿命的变化度（τ/τ0）讨论了有关结果。

InP/InGaAsP脊波导的单模特性与偏振特性研究

以InP/InGaAsP脊形波导结构为研究对象,采用有限元算法(FEM),系统地仿真分析了在固定芯层厚度的情况下,不同脊高和脊宽条件下脊形波导的单模特性和偏振特性。在芯层厚度一定的情况下,脊宽越窄,刻蚀深度越浅,波导的传输模式越接近单模。在深刻蚀情况下,脊波导模双折射系数受到脊宽的影响较大,波导的偏振不敏感性较差;在浅刻蚀情况下,模双折射系数(Δn=nTE-nTM)受到脊宽和脊高的影响较为微弱,稳定在1.2×10-3。相关仿真和分析为基于InP/InGaAsP脊波导的光电子器件的结构设计提供了一定的理论支持。

InP/InGaAsP/InP多量子阱太阳电池结构的优化研究

用金属纳米粒子沉积在InP/InGaAsP/InP多量子阱太阳电池表面,利用光散射来研究该电池改善后的光电性能。金属纳米粒子对量子阱太阳电池器件光电性能的作用结果是:用量子阱层与周围材料反射系数的差异来限制不同方向的入射光进入太阳电池器件侧面的传播路径。量子阱太阳电池通过这种结构优化设计,对于硅和Au纳米粒子,可以观察到短路电流密度分别增加了12.9%和7.3%,输出最大功率的转换效率分别增加了17%和1%。