直接键合的三结太阳能电池研究

本文研制了直接键合的三结GaInP/GaAs/InGaAsP太阳电池.直接键合技术可以减少晶格不匹配的材料在外延生长过程中产生的线位错和面缺陷,将缺陷限制在界面几十纳米的薄层而不向内扩散,是未来实现高效多结电池的发展趋势之一.此类电池国内鲜有报道.本文键合三结电池的键合界面采用p+GaAs/n+InP结构,得到电池开路电压3.0 V,在电池结构没有优化的情况下获得效率24%,表面未做减反膜.开路电压表明三结电池实现了串联,为单片集成的高效多结电池提供了新的途径.对实验结果进行了分析并给出了改进措施.     

直接键合InP-GaAs结构界面的特性研究

通过对直接键合InP-GaAs结构的红外吸收光谱分析以及断面扫描电子显微镜观察发现，样品制备过程中不均匀的外加压强导致InP-GaAs交界面局部出现了不连续过渡的空间层，实验上将熔融石蜡渗透并被填充到该空间层，利用其对3.509μm波长光的强烈吸收特性可表征 这种局部的键合不连续区域，二维扫描测试样品不同区域的吸收谱得到3.509μm波长吸收强 度等值线图，从而描绘出外加压强的不均匀分布.实验上通过改进键合装置的施压均匀性， 得到了连续过渡界面且均匀键合的InP-GaAs结构，利用这种均匀键合技术有望制备大尺寸器 件例如光学微腔等. 关键词： 晶片直接键合 界面 红外吸收光谱     

键合界面对面发射激光器光与热性质的影响

通过界面有效吸收系数的计算及界面对腔模的反射率的影响可知,采用双面键合技术制备面发射激光器应使键合界面处于驻波场分布零点位置,同时界面厚度应该小于20 nm以使器件光学性能受界面吸收系数的影响较小.采用有限元方法分析VCSEL温度分布,结果证实薄的键合界面使VCSEL有源区温度对界面的热导率和电导率改变不敏感,而厚的键合界面将可能使有源区温度有较大地升高,给器件带来严重的不良影响.亲水键合和疏水键合的SEM照片说明疏水处理界面较薄,适合用于器件的制备.而亲水处理界面厚度>40 nm,对器件的光、热特性不利 关键词： 键合 面发射激光器 热导率 电导率     

键合界面阻抗对VCSEL的电、热学特性的影响

采用一电阻层来表征键合界面处的阻抗.通过求泊松方程、电流密度方程、载流子扩散方程以及有源层结压降方程自洽解的方法，计算了VCSEL的电势分布，进而求解热传导方程，得到VCSEL的温度分布.详细分析了键合界面阻抗对晶片键合结构垂直腔面发射激光器内部的电势分布、温度分布以及有源层中的注入电流密度、载流子浓度、结压降和温度沿径向分布的影响.     

硅直接键合界面附近的深能级研究

利用扩展电阻探针（ＳＲＰ）和深能级瞬态谱（ＤＬＴＳ）技术详细研究了直接键合的ｎ－Ｓｉ／ｎ⁺－Ｓｉ界面附近的深能级。实验结果表明，在直接键合的ｎ－Ｓｉ／ｎ⁺－Ｓｉ界面ｎ－Ｓｉ一侧附近可观察到一个明显的电子陷阱Ｅ１（Ｅ_ｃ－０．３９ｅＶ）。Ｅ１可能是由若干个能级位置相近的陷阱迭加而成的，其浓度在１０¹³－１０¹⁴ｃｍ^-3之间。它可能是与制备键合材料的高温（１０００－１１００℃）处理 关键词：     

高温退火处理下SiNx薄膜组成及键合结构变化

采用等离子增强化学气相沉积法, 以氨气和硅烷为反应气体, p型单晶硅为衬底, 低温下(200 ℃)制备了非化学计量比氮化硅(SiN_x)薄膜. 在N₂氛围中, 于500–1100 ℃范围内对薄膜进行热退火处理. 室温下分别使用Fourier变换红外吸收(FTIR)光谱技术和X射线光电子能谱(XPS)技术测量未退火以及退火处理后SiN_x薄膜的Si–N, Si–H, N–H键键合结构和Si 2p, N 1s电子结合能以及薄膜内N和Si原子含量比值R的变化. 详细讨论了不同温度退火处理下SiN_x薄膜的FTIR和XPS光谱演化同薄膜内Si, N, H原子间键合方式变化之间的关系. 通过分析FTIR和XPS光谱发现退火温度低于800 ℃时, SiN_x薄膜内Si–H和N–H键断裂后主要形成Si–N键; 当退火温度高于800 ℃时薄膜内Si–H和N–H键断裂利于N元素逸出和Si纳米粒子的形成; 当退火温度达到1100 ℃时N₂与SiN_x薄膜产生化学反应导致薄膜内N和Si原子含量比值R增加. 这些结果有助于控制高温下SiN_x薄膜可能产生的化学反应和优化SiN_x薄膜内的Si纳米粒子制备参数. 关键词： x薄膜')" href="#">SiN_x薄膜 Fourier变换红外吸收光谱 X射线光电子能谱 键合结构     

晶圆键合和激光剥离工艺对GaN基垂直结构发光二极管芯片残余应力的影响

GaN基发光二极管(LED)中的残余应力状态对器件的性能和稳定性有很大影响. 通过使用三种不同的键合衬底(Al₂O₃衬底, CuW衬底和Si衬底)以及改变键合温度(290 ℃, 320 ℃, 350 ℃和380 ℃), 并且使用不同的激光能量密度(875, 945和1015 mJ·cm^-2) 进行激光剥离, 制备了不同应力状态的GaN基LED器件. 对不同条件下GaN LED进行弯曲度、Raman 散射谱测试. 实验结果表明, 垂直结构LED中的残余应力的状态是键合衬底和键合金属共同作用的结果, 而键合温度影响着垂直结构LED中的残余应力的大小. 激光剥离过程中, 一定能量密度下激光剥离工艺一般不会对芯片中的残余应力造成影响, 但是如果该工艺对GaN 层造成了微裂缝, 则会在一定程度上起到释放残余应力的作用. 使用Si衬底键合后, 外延蓝宝石衬底翘曲变大, 对应制备的GaN基垂直结构 LED中的残余应力为张应力, 并且随着键合温度的上升而变大; 而Al₂O₃和CuW衬底制备的LED中的残余应力为压应力, 但使用Al₂O₃衬底键合制备的LED中压应力随键合温度上升而一定程度变大, CuW 衬底制备的LED中压应力随键合温度上升而下降.     

光通信用雪崩光电二极管(APD)频率响应特性研究

吸收层、电荷层和倍增层分离结构雪崩光电二极管(SACM-APD),包括InP/InGaAs、InAlAs/InGaAs和Si/Ge APD是光通信领域近年来研究的热点. 本文基于电路模型,系统比较了不同外延层厚度、不同材料以及不同结构APD的频率响应特性,重点探讨Si/Ge APD吸收层厚度、光敏面大小、寄生参数等各项参数对带宽的影响,仿真结果与实际器件实验数据相符合. 本文的研究成果对SACM-APD的优化设计具有指导意义. 关键词： SACM-APD 电路模型 频率响应     

a-Si:H/a-SiNx:H超晶格中空间电势分布和光电导的理论计算

本文从a-Si:H体材料的缺陷态模型出发,考虑在a-Si:H/a-SiN_x:H超晶格中由于空间电荷转移掺杂效应,以及界面不对称引起的a-Si:H阱层的能带下降和弯曲,严格求解空间电势分布和电荷分布,发现a-Si:H阱层中能带的下降值远大于由界面电荷不对称所引起的两端电势能差,且随转移到阱层中的电荷总量的变化非常敏感。空间电荷分布比较平缓,当不对称参数K=0.9时,空间电荷浓度的最大差值不到两倍。在此基础上,计算了超晶格中光电导的温度曲线,发现引起超晶格中暗电导和光电导相对于单层膜增大的主要原因是转移电荷量的多少,而界面电荷不对称的影响则小得多。计算中对带尾态采用Simmons-Taylor理论,考虑a-Si:H中悬挂键的相关性,并用巨正则分布讨论其在复合过程中的行为。 关键词：     

红外InGaAs/InP单光子探测器暗计数的研究

在开发探测器灵敏度极限实现单光子探测时,暗计数是影响探测效率的主要原因.本文分析了在红外波段采用InGaAs/InP雪崩光电二极管工作于雪崩击穿电压之上(盖革模式),进行单光子探测时暗计数的三个主要来源,指出隧穿效应对暗计数的贡献是很小的,并且针对热噪声和后脉冲分析了减小暗计数的有效方法.     

3d过渡金属在NiAl中的占位及对键合性质的影响

通过赝势平面波方法系统地研究了3d过渡金属元素在B2-NiAl中的占位以及对键合性质的影响.通过形成能得出Sc,Ti,V 和Zn元素优先取代NiAl中的Al位,而Cr,Mn,Fe,Co和Cu优先取代Ni位.通过分析晶格常数变化量、电荷聚居数、交叠聚居数以及价电荷密度分布, 讨论了晶格畸变和键合性质的变化.结果表明: 取代Al的Sc,Ti,V和Zn元素掺杂使NiAl中晶格发生畸变,这对NiAl键合性质的变化起着重要作用,这些掺杂元素与第一近邻Ni原子产生强烈的排斥作用,形成反键,同时它们之间发生较大的电荷转 关键词： NiAl金属间化合物 3d过渡金属 第一性原理 键合性质     

a-Si:H/a-SiN_x:H超晶格中空间电势分布和光电导的理论计算

本文从a-Si:H体材料的缺陷态模型出发,考虑在a-Si:H/a-SiN:H超晶格中由于空间电荷转移掺杂效应,以及界面不对称引起的a-Si:H阱层的能带下降和弯曲,严格求解空间电势分布和电荷分布,发现a-Si:H阱层中能带的下降值远大于由界面电荷不对称所引起的两端电势能差,且随转移到阱层中的电荷总量的变化非常敏感。空间电荷分布比较平缓,当不对称参数K=0.9时,空间电荷浓度的最大差值不到两倍。在此基础上,计算了超晶格中光电导的温度曲线,发现引起超晶格中暗电导和光电导相对于单层膜增大的主要原因是转移电荷量的多少,而界面电荷不对称的影响则小得多。计算中对带尾态采用Simmons-Taylor理论,考虑a-Si:H中悬挂键的相关性,并用巨正则分布讨论其在复合过程中的行为。     

门控下InGaAs/InP单光子探测器用于符合测量的时域滤波特性研究

基于砷化镓/磷化铟雪崩光电二极管(InGaAs/InP APD)的半导体单光子探测器因工作在通信波段,且具有体积小、成本低、操作方便等优势,在实用化量子通信技术中发挥了重要作用.为尽可能避免暗计数和后脉冲对单光子探测的影响,InGaAs/InP单光子探测器广泛采用门控技术来快速触发和淬灭雪崩效应,有效门宽通常在纳秒量级.本文研究揭示了门控下单光子探测器可测量的最大符合时间宽度受限于门控脉冲的宽度,理论分析与实验结果良好拟合.该研究表明,门控下InGaAs/InP单光子探测器用于双光子符合测量具有显著的时域滤波特性,限制了其在基于双光子时间关联测量的量子信息技术中的应用.     

SiO/SiO_2超晶格结构界面发光的研究

利用热蒸发技术在硅衬底上制备了层厚不同的SiO/SiO2超晶格样品.对其光致发光谱进行研究发现,随着SiO/SiO2超晶格中SiO层厚度的增加,发光峰在400～600 nm之间移动.研究表明,样品的发光中心来自于SiO/SiO2界面处的缺陷发光(界面态发光).即在样品沉积的过程中,在SiO/SiO2的界面处由于晶格的不连续性,会形成大量的Si-O悬挂键,这些悬挂键本身相互结合可以形成一定数量的缺陷,同时由于O原子容易脱离Si原子的束缚而产生扩散,因此,这些悬挂键可以与扩散的O原子结合,随着SiO层厚度的增加,在SiO/SiO2的界面处先后出现WOB(O3<≡Si-O-O·),NOV(O3≡Si-Si≡O3),E'中心(O≡Si·),NBOHC(O3≡Si-O·)等缺陷,这些缺陷在SiO层厚度增大的过程中对发光先后起到主导作用,从而使得发光峰产生红移.     

Zn扩散对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管雪崩击穿概率的影响

对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管进行结构设计与数值仿真，得到相应的电学与光学参数。针对雪崩击穿概率对器件光子探测效率的影响，研究了两次Zn扩散深度差、Zn扩散横向扩散因子、Zn掺杂浓度以及温度参数与器件雪崩击穿概率的关系。研究发现，当深扩散深度为2.3μm固定值时，浅扩散深度存在对应最佳目标值。浅扩散深度越深，相同过偏压条件下倍增区中心雪崩击穿概率越大，电场强度也会随之增加。当两次Zn扩散深度差小于0.6μm时，会发生倍增区外的非理想击穿，导致器件的暗计数增大。Zn扩散横向扩散因子越大，倍增区中心部分雪崩击穿概率越大，而倍增区边缘雪崩击穿概率会越小。在扩散深度不变的情况下，浅扩散Zn掺杂浓度对雪崩击穿概率无明显影响，但深扩散Zn掺杂浓度越高，相同过偏压条件下雪崩击穿概率越小。本文研究可为设计和研制高探测效率、低暗计数InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管提供参考。     

用刻蚀坑方法抑制平面型InGaAs/InP盖革模式APD的边缘击穿

通过测量平面型InGaAs/InP雪崩光电二极管闭管扩散器件帽层InP中Zn杂质的分布,拟合出掺杂浓度随扩散深度的变化函数,并且利用离化积分研究不同倍增层厚度下的最佳刻蚀坑深度和最佳刻蚀方法.结果表明在帽层深度不变的情况下,最佳刻蚀坑深度会随着倍增层厚度而变化,当倍增层厚度为1μm左右时刻蚀坑深度在0.1~0.3μm之间.采取反应离子刻蚀可以获得良好的刻蚀坑形貌,有利于边缘击穿的抑制.     

应变层超晶格InAs/InP界面的平均键能行为与价带边不连续性

采用LMTO能带方法,对两种不同应变状态下(自由形变和以InP为衬底),应变层超晶格(InAs)₁(InP)₁(001)和与应变层超晶格的分子层相对应的应变体材料,以及无应变的体材料进行了第一原理计算,并采用冻结势方法求出了两种超晶格各分子层的平均键能。结果表明,能存在应变的情况下,异质界面两边的平均键能非常一致,且这种一致性受应变状态的影响很小,因而可以把它用来作为确定应变层超晶格价带边不连续值(△E_v)的普遍适用的参考能级。研究了应变对 关键词：     

基于1.5GHz多次谐波超短脉冲门控InGaAs/InP雪崩光电二极管的近红外单光子探测技术研究

提出了一种高速门控盖格模式的铟镓砷/铟磷雪崩光电二极管(InGaAs/InP APD)单光子探测技术。将1.5GHz多次谐波超短脉冲加载到InGaAs/InP APD上,盖革模式下的光生雪崩信号埋藏在短脉冲充放电形成的噪声中,采用700MHz低通滤波器实现了50.6dB的噪声抑制比,有效地提取出了雪崩信号。通过半导体制冷,使InGaAs/InP APD工作在-30℃,1.5GHz短脉冲驱动下的InGaAs/InP APD在1550nm的探测效率为35%,暗计数率为每门6.4×10-5,超过了单纯使用1.5GHz正弦门的探测性能,而且在15%的探测效率下,2.7ns后发生后脉冲的概率仅为每门6.0×10-5。     

InP晶片表面优化处理及键合性质分析

采用原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）对不同处理流程后的InP（100）表面粗糙度及化学成分进行测试分析,优选出C、O元素浓度较低,且表面均方根粗糙度影响较小的表面清洗方法。通过比较键合结构的薄膜转移照片可知,表面清洗后的干燥与除气步骤可较好地去除键合界面中的空洞和气泡,从而提高键合质量。键合结构的电子显微镜（SEM）照片,X射线双晶衍射曲线（XRD）及I-V测试分析表明键合结构具有良好的机械、晶体及电学性质。     

SiC缓冲层对Si表面生长的 ZnO薄膜结构和光电性能的改善

用脉冲激光沉积(PLD)技术制备了ZnO/SiC/Si和 ZnO/Si薄膜并制成了紫外探测器。利用X射线衍射(XRD),光致发光(PL)谱,I-V曲线和光电响应谱对薄膜的结构和光电性能进行了研究。实验结果表明:SiC缓冲层改善了ZnO薄膜的结晶质量和光电性能,其原因可能是SiC作为柔性衬底能够减少ZnO与Si 之间大的晶格失配和热失配导致的界面缺陷和界面态。