半导体激光器结温测试研究

提出了一种测试结温的简便易行的新方法,用此方法能够较准确地测量出激光器在直流工作时的结温。通过改变环境温度得到激光器正向电压的温度系数dVf/dT,再改变电流应力测得正向电压随电流的变化率dVf/dI。其中,由理论计算得到dVf/dT推出的温度随电流的变化率ΔT/ΔI为31.9℃/A,由实验得到dVf/dT推出的ΔT/ΔI为37.2℃/A。把这两者和常规的波长漂移法得到的结果ΔT/ΔI≈29.7℃/A进行比较,结果基本一致,从而证明了新方法的可行性。

InGaN/GaN多量子阱蓝光LED电学特性研究

对不同温度（120～363K）下InGaN／GaN多量子阱（MQW）结构蓝光发光二极管（LED）的电学特性进行了测试与深入的研究。发现对数坐标下I—V特性曲线斜率随温度变化不大。分别用载流子扩散-复合模型和隧道复合模型对其进行计算，发现室温下其理想因子远大于2，并且随着温度的下降而升高；而隧穿能量参数随温度变化不大。这说明传统的扩散一复合栽流子输运模型不再适用于InGaN／GaNMQW蓝光LED。分析指出由于晶格失配以及生长工艺的制约，外延层中具有较高的缺陷密度和界面能级密度，导致其主要输运机制为栽流子的隧穿。

AlAs/AlGaAs的湿氧氧化及其在VCSEL制备中的应用

根据制备垂直腔面发射激光器 (VCSEL)电流限制层的需要 ,通过实验方法研究了氧化温度、Al组分和晶向等条件对AlGaAs氧化速率的影响 ,得到适用于VCSEL的材料参数和氧化条件 ;对氧化后表面分层、欧姆接触特性变差等现象进行分析 ,得到解决或改善方案。比较AlAs和Al0 .98Ga0 .0 2 As氧化特性及氧化后的热稳定性 ,结果表明Al0 .98Ga0 .0 2 As较AlAs更适于作VCSEL电流限制层。将优化的氧化条件及材料参数应用于VCSEL制备 ,得到室温连续工作的VCSEL器件 ,其阈值电流为 0 .8mA ,激射波长为 980nm ,工作电流为 15mA时输出功率可达 3.2mW。

新型GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器暗电流特性

对基于 Ga As/ Al Ga As系子带间吸收的一种新型量子阱红外探测器 ,采用 Poisson方程和 Schrodinger方程 ,计算了新器件结构的能带结构、电子分布特性 ,在此基础上采用热离子发射、热辅助遂穿模型对器件的暗电流特性进行了模拟 ,计算结果与器件实测的暗电流特性吻合得很好 ,说明热离子发射、热辅助遂穿机制是形成器件暗电流的主要构成机制 ,增加垒高、降低阱中掺杂浓度及降低工作温度是抑制器件暗电流的主要途径 ,计算结果对进一步优化器件的设计将起到重要的理论指导作用 .

功率LED热特性分析

随着LED功率的升高,热应力对LED的影响越来越显著,过高的结温不但会使器件寿命急剧衰减,还会严重影响LED的峰值波长,光功率,光通量等诸多性能参数。因此精确掌握LED器件的温升规律便成为了提高设备工作可靠性和芯片结构设计的关键所在。本文通过标准电学法对不同颜色的1W功率LED及不同功率的GaN基白光LED的结温和热阻进行了测量,实验结果表明:同种结构LED的温度系数K虽然离散但比较接近,不同结构LED芯片K明显不同;在相同衬底材料,相同芯片结构条件下,LED芯片结温会随芯片功率的增大而升高。并首次进行了变电流下不同功率LED芯片的结温和热阻测量,发现无论功率大小,结温均随热电流的增大而上升,功率越大,上升幅度也越大。随着LED两端所加电流的增大,3W白光LED的热阻呈上升趋势,而1W白光LED的热阻随电流增加基本不变。

ICP刻蚀工艺对LED阵列电流输运特性的影响

在制备串联高压LED阵列工艺中,ICP刻蚀工艺引起的漏电与断路问题是高压LED电流输运特性中的核心问题。本文着重从刻蚀深度、掩模材料以及隔离槽制备方面分析了ICP刻蚀工艺对高压LED的漏电、电极开路等电流输运问题的影响。通过随机抽取样品进行电学测试并结合SEM观测,对比了不同工艺过程,得出ICP工艺是导致串联高压LED阵列中可靠性问题的主要原因。并通过优选ICP刻蚀工艺,使高压LED电流输运特性得以改善,制备出~12 V的四串联高压LED阵列器件。

GaN基微腔传感器悬空隔膜的力电转换的ANSYS研究

为了深入研究氮化镓薄膜的压电效应和机械特性,基于气体直接吸收红外辐射的原理,将基于氮化镓悬空隔膜的充气微腔红外传感器项目作为背景,以氮化镓/铝镓氮薄膜作为敏感单元,在材料力学以及压电效应方面,采用有限元分析软件ANSYS 14.0进行了理论分析和验证,取得了薄膜形状、厚度和面积等尺寸与压电薄膜输出电压以及薄膜灵敏度的逻辑关系数据,验证了薄膜力-电信号转换机制可行性。结果表明,GaN薄膜材料具有良好的压电特性以及线性度,有助于对探测器输出信号进行准确的预测,并进行温度补偿,突出GaN材料在应用中的优势。此研究对设计性能良好、灵敏度高的微腔红外传感器是有帮助的。

C掺杂GaAs外延层光学特性分析

对利用EMCORE D125 MOCVD系统生长的以CCl4为掺杂源,分析不同C掺杂浓度的GaAs 外延层光学特性。通过PL、DC XRD测试手段研究了掺C GaAs层,随C掺杂浓度增加,禁带宽度收缩, PL谱峰值半宽增大,晶格常数减小。

高压LED阵列电学特性的优化方法的研究

高压LED制备工艺中,优化电极参数是获得均匀分布电流,改善电流输运特性,提高器件出光效率的主要方法之一。改进不同隔离层制备工艺参数与电极参数,抽样检测样品,对结果分析发现,Cr/Au电极厚度分别达到500 nm/300 nm后,总体提高了高压LED的电流输运特性,减少了高压LED漏电现象,增强了高压LED的电学稳定性,改善了金属电极厚度对高压LED的影响。通过二步法制备隔离层,改变LED工艺参数及隔离层倾角,制备出正向电压约12 V的串联高压LED。

提高大功率激光器与光纤耦合效率的新型光腔

提出并实现了一种新型多有源区隧道级联大光腔半导体激光器,增大了半导体激光器激射窗口的高度,得到低于20°的垂直发散角,从而显著提高了激光器与光纤的耦合效率。将其与多种形式和规格的透镜光纤进行测试,耦合效率可以提高30%以上。

C掺杂GaAs外延层的MOCVD生长

以CCl4为掺杂源,利用EMCORED125MOCVD系统生长了不同C掺杂浓度的GaAs外延层。通过Hall、PL、DXRD以及在位监测工具Epimetric等手段研究了掺CGaAs层的电学特性、光学特性、晶体质量和生长速度等。

应变GaInNAs/GaAs量子阱光增益特性研究

采用近似方法对GaInNAs材料的能带结构进行了分析,并计算了应变GaInNAs/GaAs量子阱能级,在此基础上进一步计算了应变GaInNAs/GaAs量子阱的材料光增益谱。对计算结果的分析表明,应变GaInNAs/GaAs量子阱材料是一种可以应用于1300nm波段的新型长波长半导体光电子材料。

高提取效率表面织构红光发光二极管

给出了用蒙特卡罗射线追踪法模拟发光二极管(LED)光提取效率的过程,并对表面织构LED的光提取效率进行了模拟分析,得到存在一组优化的表面织构参数,可使LED的光提取效率提高36%。通过湿法腐蚀和干法刻蚀相结合工艺,制备了表面织构的红光LED,器件的轴向光强提高了20.6%。理论和实验结果,表明表面织构技术是提高LED光提取效率的一个主要途径。

硅-玻璃静电键合中的电流-时间特性分析

在微传感器和微机械结构的静电键合实验中 ,当加电压到键合片对上时 ,外电路的电流迅速上升到一定值后 ,不是逐渐减小 ,而是较缓慢的继续上升 ,或在某一值停留一段时间再逐渐减小到最小值。通过对实验现象的分析 ,认为键合的电流 -时间特性主要是下述两个过程的综合反映 ,键合过程中接触电阻的减小引起的电流增大和空间电荷区形成引起的电流减小 。

新型双波长激光器热学特性研究

制备了一种新型双波长和单波长隧道再生半导体激光器,测试了两种激光器在25-105℃温度范围内的P-I特性曲线,对比分析了两种激光器输出光功率、阈值电流、斜率效率随温度的变化。测试结果表明,新型双波长隧道再生激光器有高输出功率、高斜率效率以及双激射波长等优点;高掺杂隧道结的引入以及双有源区的器件结构导致其热特性略差于单波长半导体激光器。

快速热退火对电子束蒸镀的ITO膜光电特性影响

用真空电子束蒸镀的方法制备半导体发光二极管LED所用的ITO膜,然后在N2气环境中进行快速热退火(RTA)处理,对ITO膜的各项特性进行测试分析。结果表明,ITO的电阻率并不随RTA温度上升单调下降,而是在达到一个峰值后下降,在不超过240s时间内,ITO电阻率随RTA时间的增加而单调降低,霍尔测试结果表明影响电阻率的主要原因是载流子的迁移率。RTA处理对ITO膜的光透过率有一定的改善作用,并且使膜的折射率上升。

条形列阵激光器侧向隔离研究

对条形激光器漏电流进行了理论分析,结果表明,漏电流占注入电流的比例随着激光器条形台面宽度的增大而降低,因此实验中采用宽条形台面激光器。同时根据理论分析做对比实验得出,在不增加非辐射复合情况下,隔离槽与台面越近越能充分发挥其减小漏电流的作用,这样阈值电流密度降低,最佳工作点的功率效率提高。

RCLED的制作工艺与性能研究

设计并用MOCVD在GaAs衬底上分别生长了以34对AlAs/Al0.5Ga0.5As材料为下DBR,6对(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P/AlInP材料为上DBR,以及有源区为3个GaInP/(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P量子阱的外延片。设计了以SiO2做阻挡层,并且深腐蚀过有源区的台形RCLED的工艺结构,利用光刻、腐蚀、等离子化学气相沉淀(PECVD)以及溅射等工艺,成功制备了波长为650nm的谐振腔发光二极管(RCLED),并对其性能进行了测试。通过与普通LED相比较发现,RCLED不仅具备更强的轴向光强和更高的提取效率,而且具有更窄的光谱线宽、更小的发散角、更好的发射方向性,利于与塑料光纤进行耦合。

实现半导体白光LED的新途径

光子再生LED技术、隧道再生LED技术、多量子阱和量子点白光LED技术,是避开国际专利冲突,从而获得白光LED的新方法.

低阈值高效率InAlGaAs量子阱808nm激光器

以Al0.3Ga0.7As/InAlGaAs/Al0.3Ga0.7As压应变量子阱代替传统的无应变量子阱作为有源区,实现降低808 nm半导体激光器的阈值电流,并提高器件的效率。首先优化设计了器件结构,并利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)进行了器件的外延生长。通过优化外延生长条件,保证了5.08 cm片内的量子阱(QW)光致发光(PL)光谱峰值波长均匀性达0.1%。对于条宽为50μm,腔长为750μm的器件,经镀膜后的阈值电流为81mA,斜率效率为1.22 W/A,功率转换效率达53.7%。变腔长实验得到器件的腔损耗仅为2 cm-1,内量子效率达90%。结果表明,压应变量子阱半导体激光器具有更优异的特性。