用于40Gb/s光电子器件的新型低成本硅基过渡热沉

提出了一种新型低成本硅基过渡热沉,用以实现高达40Gb/s的高速光电子器件封装.采用高阻硅衬底作为热沉基底,制作出了0～40GHz范围内传输损耗小于0.165dB/mm的共面波导传输线.热沉中采用Ta2N薄膜电阻作为负载以实现器件的阻抗匹配,达到了0～40GHz范围内低于-18dB的宽带低反射特性.和传统硅基平台相比,新型硅基热沉更具有制作工艺简单、导热性能良好等优点.为了证明其实用性,热沉被应用于高速电吸收调制器的管芯级封装测试,获得了超过33GHz的小信号调制带宽特性,在硅基热沉上首次实现可用于40Gb/s系统的光电子器件.

全固源分子束外延技术及其在光电子器件制作中的应用

传统分子束外延(MBE)技术是不能生长含磷化合物的,原因在于通常情况下磷会带来很高的饱和蒸气压,使得生长难于控制。近几年来兴起的全固源MBE技术结合了裂解技术、阀门机制、“三温度区”结构及原位产生白磷的思想,它解决了传统MBE难以生长含磷材料的难题,与气源(GS)MBB和有机金属气相外延(MOCVD)相比,在成本和安全性方面具有优势,成为极具发展潜力的新一代外延生长技术。利用全固源MBE技术可生长高性能半导体光电子材料,尤其是InGaAsP系材料,其器件性能达到或超过了MOCVD、GSMBE生长的同类器件的最佳水平。

同一外延层结构高速DFB激光器/EA调制器集成光源的研究

对利用同一外延层结构实现ＤＦＢ激光器与ＥＡ调制器的集成机理进行了理论分析,指出该集成方法有可能获得激光器激射波长与调制器工作波长之间的良好匹配．在理论分析的基础上,研制出了基于同一外延层结构的高速集成光源,该器件具有良好的静态特性,并达到了约８ＧＨｚ的小信号调制带宽．

p型GaN材料的表面物理特性

运用 X射线光电子能谱 (XPS)和俄歇电子能谱 (AES)等表面分析手段对表面状态不同的 p- Ga N样品进行了分析 .在样品表面制作了 Ni/ Au电极并进行了 I- V特性测试 .实验结果表明样品表面镓氮元素化学比 (Ga/ N)的减小以及 C,O杂质含量的减少可以改善电极的欧姆接触性能 .

窄线宽半导体激光器件

分布反馈半导体激光器的线宽一般较大,难以满足光纤传感等领域的要求。根据C.H.Henry于1982年提出的半导体激光器的线宽理论,通过适当设计DFB半导体激光器的腔长、耦合系数、微分增益、光限制因子,能有效地减小激光器的线宽。同时,空间烧孔现象也可限制DFB半导体激光器的线宽,为此需要合理设计光栅结构。在此基础上,DFB激光器的线宽能达到几十千赫兹的量级。此外,采用DBR结构或者外腔结构,也可以获得相当窄的线宽。

大功率氮化镓基白光LED模组的散热设计

散热设计是大功率发光二极管(LED)模组结构设计的重要环节。首先利用计算流体力学方法对自然对流条件下大功率LED模组的温度场进行了模拟,提出并优化了模组可采用的散热片结构,进而对影响模组散热的其他关键因素进行了分析,结果表明,提高关键封装材料如银胶的热导率能够有效地降低芯片温度,提高芯片温度均匀性;多芯片封装时芯片的整体温度及均匀性相对于单芯片封装皆有改善。优化后的封装结构在5 W电功率注入条件下,芯片结温约60℃。

MOCVD生长GaN材料的模拟

基于计算流体力学在三维空间中模拟了水平行星式金属有机物化学气相沉积(MOCVD)反应器生长GaN材料的流场、热场、反应物与生成物的分布以及材料生长速率等重要物理参数.计算结果与同样条件下的实验结果吻合程度相当高,表明化学反应机理和计算方法是非常可靠的,能够以此来模拟和指导GaN基材料的MOCVD生长工艺.研究并讨论了GaN的MOCVD生长中输入Ⅴ/Ⅲ比、进气口双束流上下比、总流量、反应室压力等工艺条件对局域Ⅴ/Ⅲ比的影响.

ICP刻蚀p-GaN表面微结构GaN基蓝光LED

采用基于Cl2/Ar/BCl3气体的感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制作了p-GaN表面具有直径3μm、周期6μm的二维圆孔微结构GaN基蓝光LED,研究了刻蚀深度对光荧光(PL)和发光二极管(LED)光电特性的影响。结果表明,刻蚀深度为25 nm的表面微结构,与传统平面结构相比,其PL增强了42.8%;而采用ITO作为透明电极的LED,在20 mA注入电流下,正面出光增强了38%、背面出光增强了10.6%,同时前向电压降低了0.6 V,反向漏电流基本不变。

白光LED荧光粉荧光外量子效率的准确测量

利用光学软件仿真的方法分析了积分球涂层特性、不同测量方法对荧光粉荧光外量子效率测量准确性的影响。为提高传统方法的测量精度,提出了基于内置标准散射片于积分球中的准确测定LED荧光粉荧光外量子效率的新方法,制作了专用实验系统,测试结果显示商用的不同LED荧光粉荧光外量子效率存在差距较大,数值在0.744到0.92之间,且实验测试结果和理论仿真规律一致。当积分球吸收系数在1%～5%间变化时,测试系统误差可控制在2%的范围之内。

钝化处理对GaN基LED反向漏电流特性的改善

通过采用硫代乙酰胺(CH3CSNH2)溶液浸泡和沉积SiNx薄膜对干法刻蚀后的GaN基LED进行了处理。处理后,LED器件在-5 V直流电压偏置下的漏电流下降到约1/6。X射线光电子能谱(XPS)分析结果表明,CH3CSNH2溶液处理能阻止GaN表面吸附O杂质,起到钝化的作用。沉积SiNx介质薄膜能有效隔绝LED器件和周围的环境。因此,这种两步方法能钝化干法刻蚀后GaN的侧壁,有效地减小LED器件的漏电流。

荧光粉层形状对白光LED空间色温均匀性的影响

荧光粉的吸收散射特性、粒径分布及荧光粉涂层的形状对白光LED色温角空间分布具有直接影响。通过Mie散射理论对不同形状的荧光粉涂层进行了光学计算仿真,研究了荧光粉涂层形状对白光LED空间色温分布的影响规律,以及不同形状的荧光粉涂层效率,并从中找出色温均匀性最佳的荧光粉涂层形状。根据仿真结果,采用具有精确控制喷胶量和喷涂位置功能的高速喷胶技术对1mm2大功率芯片的荧光粉涂层的涂敷工艺进行实验制作,控制器件的平均色温在5 000K,获得荧光粉涂层形状对白光LED色温角空间分布影响的测量结果与计算仿真结果相吻合。通过该方法制作的荧光粉涂层使白光LED的最小色温差异达到537K,远优于目前一般采用的荧光粉涂敷技术。

完全 MBE 生长的内含吸收型光栅 GaAlAs／GaAs 多量子阱增益耦合型分布反馈式半导体激光器

我们首次完全采用ＭＢＥ技术成功地制作了内含吸收型光栅的ＧａＡＩＡｓ／ＧａＡｓ量子阶增益耦合型分布反馈式半导体激光器．激光器在室温下的激射波长为８６０ｕｍ，单模单端输出光脉冲峰值功率超过２０ｍＷ．器件在至少０℃到８０℃的范围内始终保持单纵模激射．作为初步结果，条宽为５～６μｍ的氧化物条形结构器件的脉冲工作阈值电流约为７００ｍＡ．

功率型LED封装中的热阻分析

芯片固晶过程是影响功率型LED封装热阻的重要方面。分析了银胶、共晶合金等不同导热率的固晶材料产生的固晶热阻的大小,并基于正向电压测结温法首次提出了一种测量LED固晶热阻的方法,得到了很好的测量结果,能有效分析封装结构中各部分引入的热阻的大小。

基于由照射目标向光源映射和微带表面构型的分离变量三维自由曲面非成像光学系统设计

为了使以发光二极管为代表的光源在照射目标平面上获得高分辨率的并具有复杂预定形状的远场照度分布,提出了从照射目标平面向光源映射、基于微带表面构型的分离变量三维自由曲面非成像光学系统设计方法。首先,计算依赖于映射关系的表面法向矢量;其次,逐步计算网格格点和表面微带的边缘曲线形状;最后,将所有表面微带联结在一起构成光学系统的表面。该设计方法具有无需误差校正过程,可以高效设计具有复杂照度分布形状的光学系统等独特优势。高分辨率光线追踪模拟结果表明,对于照射目标平面上的棋盘状和条状等多种预定照度分布形状,应用该方法均可高效地获得精准的非成像光学系统。

GaN基绿光LED材料蓝带发光对器件特性的影响

分析比较了在不同外延生长条件下 Ga N基高 In组分绿光 L ED材料室温和低温 10 K下光致发光谱中蓝带发光峰 ,研究了外延结构中 p型层蓝带峰发光特性对材料晶体质量和器件电光转换效率的影响 .结果表明 :通过优化 p型层的外延生长条件 ,可有效降低和消除其蓝带发光峰较之多量子阱主峰的相对强度 ,有利于提高 L ED器件特别是高 In组分绿光 L ED器件在同等注入电流条件下的发光功率 .

氮化镓基高亮度发光二极管材料外延和干法刻蚀技术

通过对氮化镓(Galliumnitride,GaN)基蓝色高亮度发光二极管(Highbrightnesslightemittingdiode,HB LED)材料金属有机气相外延(Metalorganicvaporphaseepitaxy,MOVPE)生长技术的研究和优化以及在有源区内引入新型InxGa1-xN/GaN多量子阱(Multiplequantumwells,MQWs)结构,获得了高性能的HB LED外延片材料。高分辨率X射线衍射(HighresolutionX raydiffraction,HR XRD)和变温光致荧光谱(Temperaturedependentphoto luminescencespectra,TD PLSpectra)测量表明外延材料的异质界面陡峭,单晶质量优异,并由变注入电致荧光谱(Injectiondependentelectroluminescencespectra,ID ELspectra)测量获得:HB LED芯片的峰值发光波长在注入电流为2mA至120mA变化下蓝移量小于1nm,电致荧光谱的半高全宽值(Fullwidthhalfmaximum,FWHM)在注入电流为20mA时仅为18nm。此外,还介绍了GaN基材料感应耦合等离子体(Inductivelycoupledplasma,ICP)干法刻蚀技术。考虑实际需要,本文作者开发了AlGaN/GaN异质材料的非选择性刻蚀工艺,原子力显微镜(Atomicforcemicroscope,AFM)观察得到AlGaN/GaN刻蚀表面均方根粗糙度RMS仅为0.85nm,与外延片的表面平整度相当。还获得了AlGaN/GaN高选择比的刻蚀技术,GaN和AlGaN的刻蚀选择比为60。

LED城市道路照明灯具二次光学系统的光效分析

由于白光LED具有很多显著的优点,将其用作城市公共照明设施的替代光源有着许多的优点。然而要真正充分发挥半导体光源的长处,二次光学系统的设计至关重要。本文从系统光效和光场照度分布的角度出发,对各种光学系统的性能特点进行了分析,指出了二次配光设计时应考虑的问题和设计原则。介绍了一种独特的适用于城市道路照明二次光学系统,他能较好的满足城市道路照明的相关标准,并可以灵活地适用于不同的道路情况。

CdSe纳米材料对大功率白光LED显色性能的影响

利用CdSe纳米材料可以通过改变其大小和形状得到不同波段发射光谱的特点,在常规荧光粉中加入发射波长为630nm的红色CdSe纳米材料,补充大功率白光LED光谱在深红波段的缺失。结果表明:引入红色CdSe纳米材料后,大功率白光LED的显色指数最高可到90左右,色温降低,但光效有所下降。这种方法为提高大功率白光LED显色指数提供了一种新的解决方案。

LED路灯特性长程测试中的误差分析

作为户外照明产品的LED路灯,其可靠性必须进行现场的长程测试,而长程测试过程和方法对测量可信度会带来很大影响。本文针对LED的特性,讨论了LED路灯长程测试方法和测试过程中可能引入的误差以及改进的方法,包括被测光源特性、测试设备、测试环境等。

热阻网络法在半导体照明光源热分析中的应用

热阻网络法在传统热阻定义的基础上,简化了系统的计算模型。文章在分析半导体照明系统内部各器件热阻的基础上,提出了一种计算各点温度的热阻网络模型。利用一维热阻网络拓朴关系进行了热场的计算和分析,并与有限元仿真结果进行了对比。通过验证表明,采用该方法得到的结点温度与有限元仿真的结果相差不超过5%,模拟结果与热阻网络模型预测的结果吻合得很好,显示该模型具有较高的精确度。这种热阻网络拓朴分析技术可在某种程度上应用于发光二极管(LED)组件甚至复杂的照明系统的热学分析。