氧化后退火技术对SiO2/4H-SiC界面态密度的影响

采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）低温处理和高温快速退火的技术,研究了退火条件对SiO2/4H-SiC界面态密度的影响。在n型4H-SiC外延片上高温干氧氧化50 nm厚的SiO2层并经N2原位退火,随后在PECVD炉中对样品进行350℃退火气氛为PH3,N2O,H2和N2的后退火处理,之后进行高温快速退火,最后制备Al电极4H-SiC MOS电容。I-V和C-V测试结果表明,各样品的氧化层击穿场强均大于9 MV/cm,PH3处理可以降低界面有效负电荷和近界面氧化层陷阱电荷,但PH3处理样品的界面态密度比N2O处理的结果要高。经N2O氛围PECVD后退火样品在距离导带0.2和0.4 eV处的界面态密度分别约为1.7×10^12和4×10^11eV^-1·cm^-2,有望用于SiC MOSFET器件的栅氧处理。

双靶共溅射制备AZO薄膜的光电性能研究

采用双靶共溅射的方法制备了光电性能较好的掺Al氧化锌(AZO)薄膜,利用X射线衍射仪、霍尔测试仪、SEM等多种技术手段研究了不同的Al溅射功率和快速退火条件对AZO薄膜的影响,发现AZO薄膜在Al溅射功率为15W、退火温度为400℃时性能最佳。当Al溅射功率为15W时,其电阻率最低为6.552×10^(-4)Ω·cm,可见光波段(400~700nm)平均透过率超过92%。随着Al溅射功率的增大,可见光波段的透过率逐渐减小,红外波段(2.5~20μm)的透过率逐渐增大,最大为40%。

PbS量子点同质P-N结光电探测器

PbS胶体量子点因其带隙可调、可溶液加工、吸收系数高等优异特性而广泛应用于光电探测器领域。然而基于光电二极管结构的PbS量子点光电探测器通常会使用不同的材料来制备N型层,从而增加了器件设计和工艺的复杂性,不利于这类光电探测器未来在面阵成像芯片中的应用。为简化制备工艺,提出了一种PbS量子点同质P-N结光电探测器,仅通过一种工艺过程实现了器件P型层和N型层的制备。经测试,探测器对不同入射光强度的探测表现出了良好的线性响应;在0.5 V反向偏压作用下,器件在700 nm处的响应度为0.11 A/W,比探测率为3.41×10^(11) Jones,展现出了其对弱光探测的优异能力。结果表明文中提出的PbS量子点同质PN结光电探测器有助于推动其在面阵成像领域中的发展。

不同Mo层厚度的AlN/Mo/Sc_(0.2)Al_(0.8)N复合结构上MOCVD外延GaN

采用脉冲直流磁控溅射法在Si(100)衬底上制备了AlN/Mo/Sc_(0.2)Al_(0.8)N复合结构薄膜,在该结构上通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术进行GaN薄膜的外延。使用原子力显微镜、高分辨X射线衍射、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜和拉曼光谱研究了Mo插入层的厚度对Sc_(0.2)Al_(0.8)N缓冲层和GaN外延层晶体质量的影响,研究了Sc_(0.2)Al_(0.8)N缓冲层对Mo上生长的GaN外延层的影响。研究结果表明,Mo插入层的厚度是影响Sc_(0.2)Al_(0.8)N缓冲层和GaN外延层的重要因素,Sc_(0.2)Al_(0.8)N缓冲层对Mo上GaN晶体质量的提高具有重要意义。随Mo厚度的增加,Sc_(0.2)Al_(0.8)N缓冲层的表面粗糙度先减小后增大,GaN外延层的(002)面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽先减小后增大。当Mo插入层厚度为400 nm时,GaN外延层的晶体质量最好,GaN(002)面的X射线衍射摇摆曲线半峰全宽为0.51°,由拉曼光谱计算得到的压应力483.09 MPa;直接在Mo上进行GaN的外延,GaN(002)面的X射线衍射摇摆曲线半峰全宽无法测得,说明在Mo上进行GaN的外延需要Sc_(0.2)Al_(0.8)N缓冲层。

微波功率和反应腔室压强对MPCVD生长AlN薄膜质量的影响

研究了微波功率和反应腔室压强对微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法生长AlN薄膜质量的影响。采用高温MPCVD法,以N2为氮源,三甲基铝(TMAl)为铝源,在6H-SiC衬底上进行AlN薄膜的外延生长。在不同微波功率和不同反应腔室压强下,外延生长了AlN薄膜样品。生长样品的测试结果表明,在微波功率为4500 W时,样品(002)面X射线摇摆曲线(XRC)半高全宽(FWHM)为217 arcsec。在反应腔室压强为130 Torr(1 Torr=133.3 Pa)时,样品(002)面XRC的FWHM为216 arcsec。该研究将为以后AlN材料的MPCVD生长提供一些参考。

894 nm高温工作氧化限制型基横模VCSEL研究

针对芯片原子钟(铯)用激光光源系统对垂直腔面发射激光器(VCSEL)模式及工作温度的需求,研制出可以高温工作的氧化限制型基横模894.6 nm VCSEL。通过缩小VCSEL氧化孔直径至3μm,限制VCSEL高阶横模激射,保证器件基横模低阈值电流工作。通过常温下腔模与材料增益失谐12 nm的结构设计,使器件能够在50~65℃高温时,激射波长对准原子能级且工作模式稳定。实验所制备的VCSEL在工作温度为55℃、注入电流1.8 mA时,激射波长达到894.6 nm,边模抑制比(SMSR)大于35 dB,基横模功率为0.75 mW,具有11.4°的远场发射角。当温度为65℃时,器件SMSR大于25 dB,基横模功率大于0.1 mW。该高温基横模工作的VCSEL在芯片原子钟中具有重要的应用前景。

基于模型性能相关性的分级剪枝率剪枝方法

目前剪枝方法中还没有对信息量分布不均的神经网络层做不同剪枝率处理的方法,为此提出一种对不同网络层剪枝不同比例的方式。逐层恢复已经被剪枝神经网络模型的各层,得到各层与模型性能的相关性,对神经网络层进行分类级,对不同类级的神经网络标定不同剪枝率。结合FPGM剪枝方法在cifar10数据集上的实验结果表明,在总体剪枝计算量不变的情况下,不同层级不同剪枝量的方法,模型性能损失更少;在模型性能损失保持良好条件下,可对模型剪枝更高的剪枝量。

基于非磁性材料Cr/Au的VCSEL欧姆接触特性

采用圆点传输线模型(CDTLM),对基于非磁性材料Cr/Au的垂直腔面发射激光器(VCSEL)n型GaAs欧姆接触系统进行了研究。实验结果表明,在400℃下退火35 s后,基于非磁性材料Cr/Au (50 nm/300 nm)的n型GaAs欧姆接触系统具有低的比接触电阻率,其值为2.5×10^-6Ω·cm^2。在高合金温度下,基于Cr/Au的欧姆接触系统性能得到了改善。将非磁性材料Cr/Au应用到整个VCSEL结构设计中,当工作温度从20℃升高到50℃时,VCSEL的阈值电流保持在0.65~1 mA,最大输出光功率达到1.71 mW。此外,运用电导数法深入分析了基于Cr/Au电极的VCSEL的可靠性,结果表明基于非磁性材料Cr/Au的VCSEL可以实现良好的金属-半导体界面状态,并具有低的阈值电流和较小的并联非线性电阻,从而获得了低的器件退化率和优异的热稳定性。

具有阻挡层的H等离子体处理增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT研究

采用H等离子体处理p-GaN盖帽层来制备p-GaN栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT).在p-GaN层表面上先沉积2 nm的Al_(2)O_(3)薄膜,以减少H等离子体注入p-GaN时对表面造成的损伤.经研究表明沉积Al_(2)O_(3)阻挡层的器件栅极反向泄漏电流降低了一个数量级,开关比提高了约3倍.由于栅极泄露电流的减小,关态击穿电压从410 V提高到780 V.针对栅极反向泄漏减小的现象,进行了变温I_(G)-V_(G)测试,验证了栅极反向泄漏电流的主导机制是二维变程跳跃(Two-dimensional variable range hopping,2D-VRH)模型.分析了减小栅极反向电流的原因是由于Al_(2)O_(3)阻挡层改变了HR-GaN的表面态,使陷阱能级的活化能升高.此外,器件动态特性也表现出更稳定的趋势,这是Al_(2)O_(3)薄膜阻挡过多的H等离子体的注入,使AlGaN势垒和沟道陷阱态数量减少,电流崩塌效应减弱.

垂直腔面发射激光器DBR的生长优化

基于能带理论和分布布拉格反射镜(DBR)的工作原理,分析了垂直腔面发射激光器(VCSEL)中DBR串联电阻较大的原因。采用组分渐变降低DBR结构中异质结界面处势垒,优化DBR的各层掺杂浓度,通过调控费米能级进一步降低DBR中的异质结势垒,从而有效降低DBR串联电阻。实验采用Al_(0.22)Ga_(0.78)As/Al_(0.9)Ga_(0.1)As作为生长DBR的两种材料,设计了DBR各层厚度,研究了AlGaAs材料的最佳生长温度,利用MOCVD外延技术完成了795nm VCSEL突变DBR与渐变DBR的生长。经过工艺制备,测得突变DBR和渐变DBR的电阻分别为6.6和5.3Ω,优化生长后的DBR电阻得到有效降低。

多量子阱红外探测器耦合光栅的新型制备工艺

基于微米球刻蚀技术设计了一种制备多量子阱红外探测器(QWIP)表面二维光栅的新型工艺,通过改变微米球的直径可以为不同探测波长的QWIP制备表面二维光栅,有效降低了制备成本和技术难度。采用GaAs衬底作为实验片制作光栅、聚苯乙烯(PS)材质小球作为表面掩膜,对小球的单层排布、PS小球刻蚀和光栅的刻蚀等工艺进行了深入的实验研究,并得出了最优的工艺参数。制备出了具有良好均匀性和一致性的二维光栅结构。通过傅里叶光谱仪测得表面光栅的耦合波长为6~9μm。最后研究了不同工艺条件对耦合结果的影响,证实当光栅直径为PS球直径的0.74倍时获得的耦合效果最优。

石墨烯玻璃透明薄膜加热特性

石墨烯玻璃透明薄膜不仅具有石墨烯的高导热率和高电导率特性,同时表现出优异的电热转化和宽光谱高透光率特性。本文基于常压化学气相沉积技术获得了玻璃基(高纯石英JGS1)多层石墨烯薄膜,并对其电学特性、透光率以及电加热特性进行了详细的实验研究。结果表明:对于面电阻值为1500Ω∙sq^(−1),透射率为74%的石墨烯玻璃,当施加40 V外加偏压后,石墨烯薄膜可达到185℃的饱和温度,薄膜最高饱和温度达到325℃,加热速率超过18℃∙s^(−1)。与PET(Polyethylene terephthalate)基和硅基转移的石墨烯薄膜相比,直接生长石墨烯玻璃透明薄膜加热能力提高了195%,获得了更高的饱和温度、更短的热响应时间和更快的加热速率,并表现出优异的可重复性和长期稳定性,表明石墨烯玻璃在透明电加热领域中具有更加广阔的应用前景。

表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列的热特性

液晶与垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs)阵列结合可实现波长可调谐、偏振精确控制等,同时液晶的引入也会改变垂直腔面发射半导体激光器阵列的热特性,本文设计了表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列结构,并开展了阵列的热特性实验研究.对比分析了向列相液晶层对VCSEL阵列热特性的影响,实验结果表明,1×1,2×2,3×3三种表面液晶-VCSEL阵列的阈值电流温度变化率最高可降低23.6%,热阻降低26.75%;同时,激光器阵列各发光单元之间的温度均匀性显著提高,出光孔与周围温差小于0.5℃.综上所述,VCSEL阵列中液晶层的引入不仅大大加速激光器阵列单元热量扩散,而且降低了有源区结温,提高了VCSELs激光器阵列热特性,为实现高光束质量的单偏振波长可控VCSEL激光器阵列打下了良好的理论和实验基础.

GaN基肖特基势垒二极管的结构优化研究进展

氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体材料的代表之一,具有电子饱和速率高、临界击穿电场大、热导率高等优点。GaN基肖特基势垒二极管(SBD)具有工作频率高、导通电阻小、耐高温高压等特点,在电动汽车、数据中心及5G通信技术等领域有广泛的应用前景。综述了GaN基SBD的工作原理,目前面临的主要问题,以及器件设计和结构优化的研究进展,包括横向结构(AlGaN/GaN异质结)SBD的外延、肖特基阳极和终端结构的优化;展示了垂直SBD及准垂直SBD的研究进展;最后,对GaN基SBD的进一步发展进行了总结和展望。

内腔亚波长光栅液晶可调谐垂直腔面发射激光器

随着信息技术的快速发展,可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)逐渐成为密集波分复用通信技术(DWDM)中的重要光源.通过利用液晶(LC)的双折射特性所实现的液晶可调谐VCSEL具有偏振稳定、可靠性高、连续波长调谐等优点.本文设计了一种基于内腔亚波长光栅的液晶可调谐VCSEL结构,并对液晶层和亚波长光栅对VCSEL波长调谐特性的影响进行了详细分析与研究.结果表明,可调谐VCSEL结构中液晶层厚度不仅影响波长调谐范围,同时决定了VCSEL激光器调谐过程中模式跳变.此外,通过对亚波长光栅结构设计,形成了有效的折射率减反层,优化液晶层与半导体层界面折射率差,进一步的提高波长调谐范围和调谐效率.当中心波长为980 nm时,调谐范围提升了42%,达到41 nm,波长调谐效率提升41%.为实现高光束质量、连续稳定波长调谐的VCSEL激光器提供了一种新的设计方法.

红光RCLED研究与进展

谐振腔发光二极管(Resonant Cavity Light-emitting Diode,RCLED)利用谐振腔改变自发辐射的空间分布,使其具有效率高、方向性好、光谱半宽窄及波长稳定等优点。基于AlGaInP材料的红光RCLED不但在短程光通讯领域已得到广泛应用,而且在高效率红光Micro LED方向也有良好的应用前景。本文针对课题组近年来的工作,阐述了RCLED基本原理,总结了高效率红光RCLED、面向POF的红光RCLED以及Micro-RCLED的研究进展。

基于GaAs E/D PHEMT工艺的单片集成光接收芯片

设计并实现了一款适用于广电混合光纤同轴电缆网络（HFC）的高增益单片集成光接收芯片,该芯片主要包括跨阻放大器（TIA）、衰减器（VVA）和输出放大器三部分。跨阻放大器采用差分结构,相较于单端TIA提高了噪声性能,衰减器采用相位相消方式实现信号衰减,输出放大器为芯片补足增益并实现阻抗匹配。使用ADS仿真软件进行电路设计、版图设计、仿真验证,采用GaAs 0.25μm E/D PHEMT工艺进行了流片。测试结果表明,芯片实现了42 d B的最大增益,在0-3 V控制电压下,0-28 dB的连续可调增益范围,工作频率为50 MHz-1 GHz,差分输入单端输出,输出负载为75Ω,芯片面积1 412μm×1 207μm,芯片性能符合设计目标。

大功率半导体激光器光束质量的研究与进展

半导体激光器作为一种理想的激光光源,具有广阔的发展前景。在激光雷达、光泵浦、光纤耦合等领域,对半导体激光器的要求除大功率以外,还需具有高光束质量。由于大功率半导体激光器自身的结构特点,侧向易出现多模态光束,严重影响侧向光束质量。因此对大功率半导体激光器侧向模式进行控制,改善侧向光束质量,已成为行业内的研究热点。从3个部分展开:锥形激光器、宽脊波导半导体激光器光束质量控制、半导体激光器散热封装结构,分类介绍了当前国内外在控制侧向光束质量方面具有代表性的研究成果与进展。

垂直腔面发射激光器横模控制方法的研究进展

垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为理想的激光光源,具有广阔的发展前景。在光纤通信、光互连以及激光打印等应用领域中,大多要求VCSEL工作在基横模状态,而由于VCSEL自身的结构特点,易于激射出多横模,因此对VCSEL横向模式的限制成为了研究热点。本文综述了VCSEL横模控制方法的研究报道,分类分析了光子晶体、表面浮雕、反波导、扩展谐振腔以及高对比度光栅结构等横模控制方法的研究进展。

垂直腔面发射半导体激光器氧化优化研究

GaAs基垂直腔面发射激光器在干法刻蚀过程中,台面侧壁形成的缺陷会导致器件出现层结构分层、断裂以及氧化孔不规则等问题。针对该问题,提出了一种干法刻蚀与硫化铵钝化相结合的氧化前预处理方案,研究了硫化铵钝化处理对器件层结构以及氧化工艺稳定性的影响。扫描电子显微镜测试结果表明:器件侧壁层结构的分层现象减少,器件结构稳定性更好;高Al层的氧化速率更稳定,氧化孔形状更为规则。将该工艺方案用于制备氧化孔直径为5μm的940 nm垂直腔面发射激光器,室温下,与传统工艺制备的器件相比,钝化后的器件的斜率效率提高了5%,各器件之间的性能一致性更好。同时,在1 mA的驱动电流下,激光器的边模抑制比可达36 dB,处于单模激射状态。在优化后的氧化工艺条件下,制备了形状规范的氧化孔结构,进一步改善了氧化限制型垂直腔面发射激光器的性能。