用等效F—P方法研究微腔激光器DBR腔的特性

采用等效F－P腔方法对VCSEL中上、下两个DBR构成的微腔进行了研究,计算并讨论了不同周期数的DBR对微腔结构的反射率的影响。结果表明,激射波长两侧存在对称的反射率峰值。随着上下层DBR周期数的增加：峰值带逐渐变平、变宽;中心波长的凹隐逐渐变细、变窄;考虑吸收损耗,中心波长反向率逐渐增加。     

MOCVD-Ga0.4In0.6As0.85P0.15/InP分布布喇格反射镜的反射率

采用MOCVD方法在InP衬底上制备了高质量的四元合金Ga0.4In0.6As0．85P0.15和InP外延层,用椭圆偏光仪测得Ga0.4In0.6As0.85P0.15和InP外延层的折射率。由这两种具有不同折射率的半导体材料交替生长构成不同周期的分布布喇格反射镜(DBR)。研究了不同周期的DBR结构的反射率与波长及反射率与DBR结构周期数的关系。根据多层膜增反原理,当中心波长为1．55um时,反射率随周期数增加迅速增加,周期数为23时,反射率可达99．97％。利用MOCVD技术,通过Ga0.4In0.6As0.85P0.15/InP的交替生长,成功地获得周期数分别为3,4,7,11,15,19,23的分布布喇格反射镜(DBR)。实验结果表明,已获得表面如镜面状的二元InP外延层,而组分x,y分别为0．4,0．85的四元合金,因其处于混溶隙,外延层表面较粗糙,未获得镜面状表面。反射率的测量结果表明,反射镜的反射率随周期数的增加而升高,当DBR的周期数为23时,反射率为54．44％,与理论结果尚存在一定差距。     

无损耗型及损耗型分布布拉格反射镜光学特性的传输矩阵理论分析及优化(英文)

利用传输矩阵理论对无光学损耗和有光学损耗的分布布拉格反射镜(Distributed Bragg reflector,DBR)分别进行了结构分析与优化。在光场正入射条件下,对具有HL、HLH、LH及LHL结构的DBR内部光场分布情况进行了模拟分析和实验验证。结果表明:光场正入射到DBR后,在HL及HLH型DBR结构内部的光场分布最弱。当组成DBR的材料层消光系数为0.01时,HL及HLH型DBR内部产生的能流密度吸收量最小,为其他结构的10%左右,材料吸收引起的中心波长反射率降低仅为3.6%;而LH及LHL型DBR结构由于材料吸收而导致反射率降低29.2%。因此,采用高折射率材料层作为DBR结构的第一层有利于提高DBR反射率,降低光学吸收。最后,通过MOCVD外延生长了具有HL结构的吸收型Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As DBR结构,并对其反射特性进行了测试。     

顶部反射镜对GaN基共振腔发光二极管性能的影响研究

本文在Ga N基共振腔发光二极管(RCLED)顶部设计制备了高反膜结构分布式布拉格反射镜(DBR)和滤波器结构DBR,对比分析了两种反射镜的反射率曲线特征以及对应的RCLED器件的光输出纵模模式、光谱线宽和输出光强等性能差异,详细研究了顶部反射镜的光反射特性对RCLED器件输出光谱性能的影响机理.研究结果表明,顶部反射镜是RCLED的重要组成部分,其反射率曲线特征决定器件的光输出性能.常规高反膜结构DBR顶部反射镜的反射率曲线具有较宽的高反射带,将其作为顶部反射镜可有效压窄RCLED发光纵模线宽,但是发光光谱仍呈现多纵模光输出特征.滤波器结构DBR顶部反射镜的反射率曲线在中心波长处具有较窄的透光凹带,利用透光凹带对输出光的调制作用,器件可实现单纵模光输出,在光通信、光纤传感等领域展示了广阔的应用前景.通过进一步设计RCLED顶部反射镜结构,可以改变其反射率曲线特性,进而优化RCLED器件的输出光谱特性,以满足器件在多个领域的应用需求.     

半导体/超晶格分布布拉格反射镜的特性研究

在n+ GaAs (10 0 )衬底上由分子束外延技术 (MBE)生长了以 [GaAs/AlAs]超晶格替代AlxGa1-xAs所形成的新型AlAs/ [GaAs/AlAs]半导体 /超晶格分布布拉格反射镜 (DBR) ,并对此DBR的光、电学特性进行了实验测量。从实验获得的DBR的反射谱中得出 ,其反射谱中心波长为 85 0nm ,19周期此DBR的峰值反射率高达 99 5 % ,反射带宽度为 90nm左右。与此同时 ,由自行设计的二次钨丝掩模质子注入形成 15× 15 μm2 正方形电流注入区对 p型DBR的串联电阻进行了测量 ,克服了化学湿腐蚀法中腐蚀深度不易控制及侧面同时被腐蚀的缺点。实验得出此 p型DBR的串联电阻仅为 5 0Ω左右。由此可见 ,此DBR在保持高的反射率的同时具有较低的串联电阻。最后 ,对DBR的串联电阻与温度关系的实验研究表明 ,此DBR的串联电阻受温度的影响不大。     

吸收对垂直腔面发射激光器光学特性的影响

采用光学传输矩阵方法，详细分析了反射镜以及键合界面的吸收对垂直腔面发射激光器光学特性的影响. 结果表明，反射镜以及键合界面的吸收对反射镜和垂直腔面发射激光器的反射率和势透射率有较大影响，而对反射镜中心波长处的反射相移以及垂直腔面发射激光器模式的反射相移和模式位置影响很小. 随着反射镜以及键合界面的吸收增大，反射镜中心波长处的反射率逐渐减小，垂直腔面发射激光器的模式反射率变化则是先急剧减小，达到一个极小值，然后再逐渐增大，而反射镜中心波长处以及垂直腔面发射激光器模式处的势透射率则都是迅速降低的. 此外，将有吸收的键合界面离有源区的距离远一些，有利于提高垂直腔面发射激光器模式处的光输出效率.     

具有非均匀渐变界面DBR的光学特性分析

应用特征矩阵法研究了非均匀渐变界面Al_0.9Ga_0.1As/Al_yGa_1-yAs/GaAs/Al_xGa_1-xAs DBR的光学特性.建立了非均匀渐变界面Al_yGa_1-yAs的折射率模型，并得到了渐变界面特征矩阵的解析解，通过特征矩阵法分别计算了突变GaAs/Al_0.9Ga_0.1As DBR和渐变DBR的反射谱和反射相移，分析了非均匀渐变层对DBR光学特性的影响，对渐变DBR，需要在DBR前面再增加一定厚度的非均匀渐变相位匹配层才能使整个DBR满足中心波长相位匹配条件，并通过光学厚度近似方法求出相位匹配层厚度. 关键词： DBR 反射谱 反射相移 特征矩阵法     

微腔有机电致发光器件的谐振腔反射镜性能

根据微腔原理运用传输矩阵法对构成微腔有机电致发光器件(MOLED)谐振腔的两个反射镜进行模拟计算并比较,可观察到:随金属反射镜的反射率增大,微腔器件的电致发光(PL)谱的半峰全宽(FWHM)逐渐窄化;峰值逐渐蓝移至设计的谐振峰值520nm处;峰值强度和光谱积分强度逐渐增强。结果表明:金属反射镜反射率越大越好。随DBR反射镜的周期数从1增加到9,EL的峰值均为520nm,半峰全宽逐渐窄化,积分强度逐渐减弱;峰值强度由弱增强再减弱,4个周期时峰值强度最大,所以设计微腔器件时,DBR的周期是一项很重要的参数。DBR反射率太大不利于出光,太小微腔效应小。需要根据制作目的和需要进行合理选择。     

紫外波段SiO2/Si3N4介质膜分布式布拉格反射镜的制备与研究

采用光学传递矩阵方法设计了紫外波段SiO₂/Si₃N₄介质膜分布式布拉格反射镜, 并利用等离子体增强化学气相沉积技术在蓝宝石(0001)衬底上制备了SiO₂/Si₃N₄介质膜分布式布拉格反射镜. 光反射测试表明, 样品反射谱的峰值波长仅与理论模拟谱线相差10 nm, 并随着反射镜周期数的增加而蓝移. 由于SiO₂与Si₃N₄具有相对较大的折射率比, 因而制备的周期数为13的样品反射谱的峰值反射率就已大于99%. 样品反射谱的中心波长为333 nm, 谱峰的半高宽为58 nm. 样品截面的扫描电子显微镜和表面的原子力显微镜测量结果表明, 样品反射谱的中心波长蓝移是由子层的层厚和界面粗糙度的变化引起的. X射线反射谱表明,子层界面过渡层对于反射率的影响较小, 并且SiO₂膜的质量比Si₃N₄差, 也是造成反射率低于理论值的原因之一.     

半导体远红外反射镜中反射率和相位研究

以GaAs材料为例，研究了半导体远红外反射镜中的反射率和相位.通过拟合不同掺杂浓度下样品的远红外反射谱，得到了自由载流子的弛豫时间随掺杂浓度变化的经验公式，并把该规律应用到数值计算中.详细讨论了反射镜的结构和材料参数对反射率R和相位φ的影响.根据腔体内吸收率最高的判据得到了最优的反射镜的参数，并计算了这种优化后的反射镜的波长选择特性.最后，通过远红外反射光谱的测量，从实验上验证了这种反射镜的实际效果. 所得结论为半导体远红外器件中的反射镜设计提供了参考. 关键词： 远红外反射镜 反射率 相位     

基于分布式布拉格反射器结构的空间三结砷化镓太阳能电池抗辐照研究

根据电子辐照条件下的常规三结砷化镓太阳能电池光谱响应以及电池电流的损伤特征, 确定电池衰减的物理机理: 中电池在电子辐照后形成的辐照损伤缺陷, 使得基区少子扩散长度被大幅缩短, 影响了光生载流子的收集. 针对中电池衰减的物理机理, 设计不同的基区厚度, 验证辐照后扩散长度缩短至1.5 μm左右. 为提升中电池抗辐照性能, 消除辐照后扩散长度缩减带来的影响, 对中电池外延结构进行设计, 将中电池基区减薄至1.5 μm, 并在其下方嵌入分布式布拉格反射器, 对特定波段光反射进行二次吸收, 弥补中电池减薄的影响. 通过TFCalc光学模系设计软件模拟出的中心波长为850 nm, 15对Al_0.9Ga_0.1As/Al_0.1Ga_0.9As的分布式布拉格反射器, 实际测试最高反射率大于97%, 高反带宽94 nm, 能够满足设计要求. 此基础上进行了新结构电池的外延生长与辐照测试对比. 实验结果表明: 新结构太阳能电池辐照后短路电流衰减比原结构降低了50%, 效率的剩余因子提升2.3%.     

Charge trapping in n-AlxGa1-xAs “insulators” and related device instabilities

In some devices based on GaAs/Al_xGa₁-_xAs heterostructures, the Al_xGa₁-_xAs plays the role of a wide band gap “insulator”. These devices are therefore excellent systems for studying charge trapping in Al_xGa₁-_xAs. It is a poorly understood property of Al_xGa₁-_xAs that incorporation of any n-type dopant results in the formation of a deep electron trap, the DX center. Recent experiments on heterostructure devices have probed both thermal and athermal (hot electron) capture and emission by the DX center. By observing the trapping behavior as the composition (Al mole fraction) of the alloy is varied, the relationship between the trap level and the band structure of the host material has been clarified. A remarkable result is the observation of electron trapping at alloy compositions where the trap state is resonant with the conduction band.     

Non-destructive characterisation of (Ga,In,Al,As,P)-based ternary multilayer structures using spectroscopic ellipsometry

Spectroscopic ellipsometry has been used to measure compositions and layer thicknesses of two-, three- and four-layer structures consisting of Al_0.2Ga_0.8As/GaAs and In_0.53Ga_0.47As/Al_0.48In_0.52As/InP materials. A simple procedure has been developed to obtain Al_0.48In_0.52As dielectric functions by scaling InP values. Very good agreement has been obtained with destructive techniques.     

940nm垂直腔面发射激光器的设计及制备

利用PICS3D计算得到InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱的增益特性,得到量子阱的各项参数,再通过传输矩阵理论和TFCalc膜系设计软件分别仿真出上下分布式布拉格反射镜的白光反射谱.采用金属有机化合物气相沉积技术外延生长了垂直腔面发射激光器结构,之后通过干法刻蚀、湿法氧化以及金属电极等芯片技术制备得到8μm氧化孔径的VCSEL芯片.最终,测试得到其光电特性实现室温下阈值电流和斜效率分别为0.95 mA和0.96 W/A,在6 mA电流和2 V电压下输出功率达到4.75 mW,并测试了VCSEL的高温特性.     

First-principles study of stability of point defects and their effects on electronic properties of GaAs/AlGaAs superlattice

When the GaAs/AlGaAs superlattice-based devices are used under irradiation environments, point defects may be created and ultimately deteriorate their electronic and transport properties. Thus, understanding the properties of point defects like vacancies and interstitials is essential for the successful application of semiconductor materials. In the present study, first-principles calculations are carried out to explore the stability of point defects in GaAs/Al_0.5Ga_0.5As superlattice and their effects on electronic properties. The results show that the interstitial defects and Frenkel pair defects are relatively difficult to form, while the antisite defects are favorably created generally. Besides, the existence of point defects generally modifies the electronic structure of GaAs/Al_0.5Ga_0.5As superlattice significantly, and most of the defective SL structures possess metallic characteristics. Considering the stability of point defects and carrier mobility of defective states, we propose an effective strategy that Al_As, Ga_As, and Al_Ga antisite defects are introduced to improve the hole or electron mobility of GaAs/Al_0.5Ga_0.5As superlattice. The obtained results will contribute to the understanding of the radiation damage effects of the GaAs/AlGaAs superlattice, and provide a guidance for designing highly stable and durable semiconductor superlattice-based electronics and optoelectronics for extreme environment applications.     

Formation of AlxGa1−xAs periodic array of micro-hexagonal pillars and air holes by selective area MOVPE

A two-dimensional (2D) periodic array having air/semiconductor interfaces can be applied to photonic crystals (PCs), which are expected to control spontaneous emission and optical transports in the next-generation devices. In this paper, we report on the selective area metal-organic vapor phase epitaxial (SA-MOVPE) growth of a Al_xGa_1−xAs 2D periodic array on a GaAs (1 1 1)B substrate for application to 2DPCs having GaAs/AlGaAs heterostructures. Al_xGa_1−xAs (x=0, 0.25 and 0.50) growth was carried out on triangular lattice array of hexagonal GaAs openings and hexagonal SiN_x masks. A uniform Al_0.50Ga_0.50As hexagonal pillar array and a GaAs hexagonal air-hole array with a 1 μm-period were successfully obtained. The important growth parameter for uniform 2DPC structure formation by SA-MOVPE was clarified. Furthermore, we describe the successful demonstration of a 400 nm-period pillar array and an air-hole array, which corresponds to the optical communication wavelength λ=1.3–1.55 μm. The results indicate that SA-MOVPE method is very promising for the formation of uniform semiconductor 2DPCs without the occurrence of process-induced damages.     

Interface-related effects on confined excitons in GaAs/AlxGa1−xAs single quantum wells

Confined excitons in non-abrupt GaAs/Al_xGa_1−xAs single quantum wells are studied. The graded interfaces are described taking into account fluctuations in their thickness a and positioning with respect to the abrupt interface picture. Numerical results for confined (0,0),(1,1) and (0,2) excitons in GaAs/Al_0.3Ga_0.7As quantum wells show that while the interfacial fluctuations produce small changes (<0.5 meV) in the exciton binding energies, the confined exciton energies can be red- or blue-shifted as much as 25 meV for wells with mean width of 50 Å and 2 ML wide interfaces.     

Improved thermal property of strained InGaAlAs/AlGaAs quantum wells for 808-nm vertical cavity surface emitting lasers

The 808-nm vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) with strained In_0.13Ga_0.75Al_0.12As/Al_0.3Ga_0.7As quantum wells is designed and fabricated. Compared with the VCSELs with Al_0.05Ga_0.95As/Al_0.3Ga_0.7As quantum wells, the VCSEL with strained In_0.13Ga_0.75Al_0.12As/Al_0.3Ga_0.7As quantum wells is demonstrated to possess higher power conversion efficiency (PCE) and better temperature stability. The maximum PCE of 43.8% for 10-μm VCSEL is achieved at an ambient temperature of 30 ℃. The size-dependent thermal characteristics are also analyzed by characterizing the spectral power and output power. It demonstrates that small oxide-aperture VCSELs are advantageous for temperature-stable performance.     

GaAs薄膜的有效量子限制长度及其极化子特性

本文用分数维方法研究Al_xGa_1-xAs衬底上GaAs薄膜中的极化子特性, 提出了确定GaAs薄膜的有效量子限制长度的一个新方法, 解决了原来方法中在衬底势垒处有效量子限制长度发散的困难, 得到了Al_xGa_1-xAs衬底上GaAs薄膜中的极化子的维数和结合能. 关键词： 分数维方法 极化子 GaAs薄膜     

GaAs/Al0.23Ga0.77As双量子阱的带边不连续性和阱间耦合

本文报道在300和77K对一组具有不同垒宽L_b0.23Ga_0.77As双量子阱样品的光调制反射谱(PR)的研究结果。除观察到11H,11L和22H等容许跃迁外,同时还识别一个从Al_0.23Ga_0.77As价带顶至量子阱第一电子束缚能级的跃迁,另一个从量子阱第一轻空穴束缚能级至Al_0.23Ga_0.77As导带底的跃迁。利用这些跃迁确定导带边不连续性为0.63。对L_{b关键词：}