基于循环退火的Si诱导量子阱混杂研究(特邀)

腔面光学灾变损伤是制约半导体激光器输出功率以及可靠性的主要因素之一.为制备高功率和高可靠性半导体器件,初步探索了Si杂质诱导量子阱混杂技术,并将其应用于975 nm半导体激光器件的非吸收窗口制备工艺.采用循环退火方式,研究了不同条件下Si杂质诱导量子阱混杂的效果,当退火温度为830℃,退火时间为10 min,循环次数为...     

Si杂质扩散诱导InGaAs/AlGaAs量子阱混杂的研究（英文）

光学灾变损伤(COD)常发生于量子阱半导体激光器的前腔面处,极大地影响了激光器的出光功率及寿命。通过杂质诱导量子阱混杂技术使腔面区波长蓝移来制备非吸收窗口是抑制腔面COD的有效手段,也是一种高效率、低成本方法。本文选择了Si杂质作为量子阱混杂的诱导源,使用金属有机化学气相沉积设备生长了InGaAs/AlGaAs量子阱半导体激光器外延结构、Si杂质扩散层及Si 3 N 4保护层。热退火处理后,Si杂质扩散诱导量子阱区和垒区材料互扩散,量子阱禁带变宽,输出波长发生蓝移。退火会影响外延片的表面形貌,而表面形貌则可能会影响后续封装工艺中电极的制备。结合光学显微镜及光致发光谱的测试结果,得到825℃/2 h退火条件下约93 nm的最大波长蓝移量,也证明退火对表面形貌的改变,不会影响波长蓝移效果及后续电极工艺。     

基于SiO_2薄膜的915nm半导体激光器的无杂质空位诱导量子阱混合研究

为了提高915nm半导体激光器腔面抗光学灾变的能力,采用基于SiO_2薄膜无杂质诱导量子阱混合法制备符合915nm半导体激光器AlGaInAs单量子阱的非吸收窗口.研究了无杂质空位诱导量子阱混合理论及不同退火温度、不同退火时间、SiO_2薄膜厚度、SiO_2薄膜折射率、不同盖片等试验参数对制备非吸窗口的影响,并且讨论了SiO_2薄膜介质膜的多孔性对无杂质诱导量子阱混合的影响.实验制备出蓝移波长为53nm的非吸收窗口,最佳制备非吸收窗口条件为退火温度为875℃,退火时间为90s,SiO_2薄膜折射率为1.447,厚度为200nm,使用GaAs盖片.     

920nm光抽运垂直外腔面发射半导体激光器结构设计(英文)

设计并优化了一种用808nm的大功率激光二极管为抽运光源,In0.09Ga0.91As量子阱结构为增益介质的920nm光抽运半导体垂直外腔面发射激光器。运用有限元方法,对激光器的电特性方程和光特性方程求自洽解,计算了器件各种特性参量。分析了单个周期内不同阱的个数(1,2和3)、不同阱深、不同垒宽、不同非吸收层组分、不同非吸收层尺寸条件下,器件性能的改变,特别是模式、阈值和光-光转换效率的改变,从而选择一个最佳的结构。     

Zn杂质扩散诱导AlGaInP/GaInP量子阱混杂

杂质扩散诱导量子阱混杂技术可用于制作腔面非吸收窗口,提高大功率半导体激光器的输出功率.以Zn2As2为扩散源,采用闭管扩散方式,在550℃下对650 nm半导体激光器的外延片进行了一系列Zn杂质扩散诱导量子阱混杂的实验.实验发现,随着扩散时间从20～120 min,样品光致发光(PL)谱蓝移偏移增加,峰值波长蓝移53 nm;当扩散时间超过60 min后,样品的PL谱中不仅出现了常见的蓝移峰,同时还出现了红移峰,峰值波长红移32 nm.分析表明PL谱蓝移来自Zn扩散引起的AlGaInP/GaInP间的量子阱混杂;红移来自Zn杂质扩散对样品中Ga0.51In0.49P缓冲层的影响.还研究了扩散温度(550℃)和扩散时间对样品晶体品质的影响,并在理论上计算了AlGaInP/GaInP量子阱混杂巾的Al-Ga的互扩散系数.     

硅衬底生长的InGaN/GaN多层量子阱中δ型硅掺杂n-GaN层对载流子复合过程的调节作用

为了解决在单晶硅衬底上生长的InGaN/GaN多层量子阱发光二极管器件发光效率显著降低的问题,使用周期性δ型Si掺杂的GaN取代Si均匀掺杂的GaN作为n型层释放多层界面间的张应力。采用稳态荧光谱及时间分辨荧光谱测量,提取并分析了使用该方案前后的多层量子阱中辐射/非辐射复合速率随温度（10~300 K）的变化规律。实验结果表明引入δ-Si掺杂的n-GaN层后,非辐射复合平均激活能由（18±3）meV升高到（38±10）meV,对应非辐射复合速率随温度升高而上升的趋势变缓,室温下非辐射复合速率下降,体系中与阱宽涨落有关的浅能级复合中心浓度减小,PL峰位由531 nm左右红移至579 nm左右,样品PL效率随温度的衰减受到抑制。使用周期性δ型Si掺杂的GaN取代Si均匀掺杂的GaN作为生长在Si衬底上的InGaN/GaN多层量子阱LED器件n型层,由于应力释放,降低了多层量子阱与n-GaN界面、InGaN/GaN界面的缺陷密度,使得器件性能得到了改善。     

光纤光栅可调谐半导体单模超短光脉冲的研究

本文利用光纤光栅形成外腔反馈,得到量子阱半导体激光二极管单模超短光脉冲.其光谱线宽约为0.4nm,脉冲宽度约为60ps.并利用调谐装置,改变光纤光栅的反射波长,得到不同波长的超短光脉冲,其波长可长期稳定.     

光电子技术与器件 光能转换与器件

TM9142006010565UHV-CVD生长的SiGe多量子阱在热光电池领域的应用=Application of a Si Ge multi-quantum well grown byUHV-CVD for thermophotovoltaic cells[刊,中]/孙伟峰(浙江大学硅材料国家重点实验室.浙江,杭州(310027)),叶志镇…∥半导体学报.—2005,26(11).—2111-2114为了验证Si Ge多量子阱的能带向直接带隙结构转变和进一步探索其在热光电池领域的应用,采用先进的超高真空化学气相沉积系统生长出高质量的Si Ge多量子阱外延层,并对其进行多次反射红外线吸收谱的测量。测量结果说明吸收峰接近黑体辐射峰1450nm波长,跃迁…     

直接带隙Ge耦合双量子阱中的光吸收系数

在有效质量近似下,详细研究了直接带隙Ge/Ge Si耦合双量子阱中带间光跃迁吸收系数和阈值能量随量子阱结构参数的变化情况.结果表明:随着量子阱阱宽增大,带间光跃迁吸收强度会逐渐减弱,阈值能量减小,吸收曲线向低能方向移动,出现了红移现象.增强耦合量子阱间的耦合效应使得带间光吸收强度显著提升.此外,与非对称耦合量子阱相比,耦合效应对对称耦合量子阱中光吸收系数的影响更为显著.     

三元系和四元系GaN基量子阱结构的显微结构

GaN基量子阱是光电子器件如发光二极管、激光二极管的核心结构。实验表明,采用InGaN/GaN三元和AlInGaN/GaN四元两种不同量子阱结构的激光二极管的发光性质和发光效率有明显差别,研究了这两种不同量子阱结构的显微特征。利用原子力显微镜表征了样品的(001)面;通过高分辨X射线衍射对两种量子阱结构的(002)面作ω/2θ扫描测得其卫星峰并分析了两种不同量子阱结构的界面质量;利用X射线衍射对InGaN/GaN和AlInGaN/GaN这两种量子阱的(002)、(101)、(102)、(103)、(104)、(105)和(201)面做ω扫描,进而得到其摇摆曲线。最后利用PL谱研究了它们的光学性能。通过这些显微结构的分析和研究,揭示了InGaN/GaN三元和AlInGaN/GaN四元两种不同量子阱结构宏观性质不同的结构因素。     

Laser rapid thermal annealing of quantum semiconductor wafers: a one step bandgap engineering technique

We report on a new Laser Rapid Thermal Annealing (Laser-RTA) technique for one-step bandgap engineering at selected areas of quantum semiconductor wafers. The technique is based on using a 150 W 980 nm fiber coupled laser diode and a 30 W TEM00 1064 nm Nd:YAG laser for background heating and ‘writing’, respectively, the regions of the quantum well intermixed (QWI) material. The implementation of a 3D Finite Element Method for modeling of laser induced temperature profiles allows for the design of processing schemes that are required for accurate bandgap engineering at the wafer level. We demonstrate that arbitrary shaped lines of the QWI material can be fabricated with the Laser-RTA technique in InGaAs/InGaAsP quantum well microstructures.     

非对称结构大功率940nm量子阱激光器

为改善940 nm大功率InGaAs/GaAs半导体激光器输出特性,通过模拟计算了非对称波导层及限制层结构的光场分布,并参照模拟制作了非对称结构半导体激光器器件。采用低压金属有机物气相沉积(LP-MOCVD)生长技术,获得了低内吸收系数的高质量外延材料,通过实验数据计算得到激光器材料内吸收系数仅为0.44mm~(-1)。进而通过管芯工艺制作了条宽100μm、腔长2000μm的940 nm半导体激光器器件。25℃室温10 A直流连续(CW)测试镀膜后器件阈值电流251 mA,斜率效率1.22 W/A,最大输出功率达到9.6 W,最大光电转化效率超过70%。     

High power red-light GaInP/AlGaInP laser diodes with nonabsorbing windows based on Zn diffusion-induced quantum well intermixing

The layer structure of GaInP/AlGaInP quantum well laser diodes (LDs) was grown on GaAs substrate using low-pressure metalorganic chemical vapor deposition (LP-MOCVD) technique. In order to improve the catastrophic optical damage (COD) level of devices, a nonabsorbing window (NAW), which was based on Zn diffusion-induced quantum well intermixing, was fabricated near the both ends of the cavities. Zndiffusions were respectively carried out at 480, 500, 520, 540, and 580 ℃ for 20 minutes. The largest energy blue shift of 189.1 meV was observed in the window regions at 580 ℃. When the blue shift was 24.7 meV at 480 ℃, the COD power for the window LD was 86.7% higher than the conventional LD.     

Surface passivation technology for III-V semiconductor nanoelectronics

The present status and key issues of surface passivation technology for III-V surfaces are discussed in view of applications to emerging novel III-V nanoelectronics. First, necessities of passivation and currently available surface passivation technologies for GaAs, InGaAs and AlGaAs are reviewed. Then, the principle of the Si interface control layer (ICL)-based passivation scheme by the authors’ group is introduced and its basic characterization is presented. Ths Si ICL is a molecular beam epitaxy (MBE)-grown ultrathin Si layer inserted between III-V semiconductor and passivation dielectric. Finally, applications of the Si ICL method to passivation of GaAs nanowires and GaAs nanowire transistors and to realization of pinning-free high-k dielectric/GaAs MOS gate stacks are presented.     

新型多有源区隧道再生光耦合大功率半导体激光器

针对大功率半导体激光器面临的主要困难,提出并实现了一种隧道再生多有源区耦合大光腔 高效大功率半导体激光器机理.该机理能有效地解决光功率密度过高引起的端面灾变性毁坏 、热烧毁和光束质量差等大功率激光器存在的主要问题.采用低压金属有机化合物气相淀积 方法生长了以碳和硅作为掺杂剂的GaAs隧道结、GaAs/InGaAs 应变量子阱有源区和新型多有 源区半导体激光器外延结构,并制备了高性能大功率980nm激光器件.三有源区激光器外微分 量子效率达2.2,2A驱动电流下单面未镀膜激光输出功率高达2.5W. 关键词： 半导体激光器 大功率 金属有机化合物气相沉积     

941nm2%占空比大功率半导体激光器线阵列

计算了半导体激光器的激射波长与量子阱宽度以及有源层中In组分的关系,确定了941nm波长的量子阱宽度和In组分.并利用金属有机化合物气相淀积(MOCVD)技术生长了InGaAs/GaAs/AlGaAs分别限制应变单量子阱激光器材料.利用该材料制成半导体激光器线阵列的峰值波长为940.5 nm,光谱的FWHM为2.6 nm,在400 μs,50 Hz的输入电流下,输出峰值功率达到114.7 W(165 A),斜率效率高达0.81 W/A,阈值电流密度为103.7 A/cm2;串联电阻5 mΩ,最高转换效率可达36.9%.     

无杂质空位扩散法造成InGaAsP/InP多量子阱结构带隙蓝移规律的研究

采用光荧光谱(PL)和光调制反射谱(PR)的方法,研究了由Si₃N₄、SiO₂电介质盖层引起的无杂质空位(IFVD)诱导的InGaAsP四元化合物半导体多量子阱(MQWs)结构的带隙蓝移。实验中Si₃N₄、SiO₂作为电介质盖层,用来产生空位,再经过快速热退火处理(RTA)。实验结果表明:多量子阱结构带隙蓝移和退火温度、复合盖层的组合有关。带隙蓝移随退火温度的升高而加大。InP、Si₃N₄复合盖层产生的带隙蓝移量大于InP、SiO₂复合盖层。而InGaAs、SiO₂复合盖层产生的带隙蓝移量则大于InGaAs、Si₃N₄复合盖层。同时,光调制反射谱的测试结果与光荧光测试的结果基本一致,因此,PR谱是用于测试带隙变化的另一种方法。     

Recent Progress in Mid- and Far-Infrared Semiconductor Detectors

The recent developments of semiconductor infrared detectors in extending the wavelength coverage and improving the focal plane array (FPA) performance are reviewed. The emphasis is on the GeSi/Si heterojunction infrared photoemission detectors (HIPs), GaAs/AlGaAs quantum well infrared photodetecots (QWIPs), Si, Ge and GaAs blocked impurity band detectors (BIBS), and Si and GaAs homojunction interfacial work-function internal photo-emission (HIWIP) far-infrared (FIR) detectors. The advantages, current status, and potential limitations of these infrared detectors have also been discussed.     

High Power 980 nm InGaAs/AlGaAs Strained Quantum Well Lasers

1lntroductionCarhan,aIVcolutnnelement,hasmanyadvantagesinGaAsAlGaAsmaterials,suchasIowdiffudricoefficient,relativelowactivateenergyabout26meV,highincmptiOnconcentratboandhighm0bilityduetothelowcomensaterate.SocarbonhasbeenwidelyusedinGaAsAlGaAsheter0unctionbipoartransistors(HBT),modulationdoPingfieldeffecttransistors(m),tunneldiodes,iInPurityinducedlayerdisorderinglaserdiodeS,anddistributedBraggreflectors(DBRs)intheverticalcavitysurfaceedrittinglasers(VCSEL).Ingeneral,therearesever…