InGaN量子阱激光器增益和阈值电流的理论计算

根据现有的材料参数，计算了Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ／Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ量子阱激光器的增益、阈值电流密度以及阈值与温度的关系。理论分析表明氮化物蓝绿光激光器的阈值电流密度是ＧａＡｓ材料的５倍以上，但其特征温度可接近５００Ｋ。     

GaN基激光器的特性

GaN基激光器具有广泛的应用.如何获得平整腔面是蓝宝石衬底上制作GaN激光器的困难之一.通过对解理面的分析和不同衬底厚度时腔面形貌的比较,发现减薄衬底可以有效降低腔面粗糙度.当外延片厚度减薄至50μm时,获得近似镜面的腔面.激光器的测量证实了腔面的改善可以降低阈值电流,增加斜率效率.利用二维光波导模型计算了脊形高度对限制因子和远场分布的影响.计算结果说明,增加脊形高度可以增加限制因子,降低远场纵横比.通过测量具有不同脊形高度的器件,证实了脊形高度增加,阈值电流降低、远场纵横比减小.     

脊形结构GaN蓝光激光器的热模拟分析

利用二维热传导模型分析了GaN激光器的温度特性.计算了有源区在连续工作条件下的最大温升,分析了激光器工作时的功率密度和p电极比接触电阻率等参数对温度特性的影响.模拟结果表明,采用不同衬底和不同装配形式对器件温度特性的影响很大,正装形式下,窄的脊形条宽能提高器件的高温工作稳定性.     

脊形结构GaN蓝光激光器的热模拟分析

利用二维热传导模型分析了GaN激光器的温度特性.计算了有源区在连续工作条件下的最大温升,分析了激光器工作时的功率密度和p电极比接触电阻率等参数对温度特性的影响.模拟结果表明,采用不同衬底和不同装配形式对器件温度特性的影响很大,正装形式下,窄的脊形条宽能提高器件的高温工作稳定性.     

热退火对 InGaN薄膜性质的影响

对采用金属有机化学气相沉积方法生长的In组分为0.14的InGaN薄膜在不同温度下进行了热退火处理.通过X射线衍射、原子力显微镜、光致发光谱和变温霍尔等测试方法研究了In0.14Ga0.86N薄膜的晶格质量、表面形貌以及光学特性和电学特性随着退火温度的变化情况.结果表明,有利于提高In0.14Ga0.86N薄膜质量的最佳退火温度为500℃.通过对变温霍尔实验数据的拟合,初步分析了退火前后InGaN样品中的多种散射机制以及它们的变化情况.     

热退火对InGaN薄膜性质的影响

对采用金属有机化学气相沉积方法生长的In组分为0.14的InGaN薄膜在不同温度下进行了热退火处理. 通过X射线衍射、原子力显微镜、光致发光谱和变温霍尔等测试方法研究了In0.14Ga0.86N薄膜的晶格质量、表面形貌以及光学特性和电学特性随着退火温度的变化情况. 结果表明，有利于提高In0.14Ga0.86N薄膜质量的最佳退火温度为500℃. 通过对变温霍尔实验数据的拟合，初步分析了退火前后InGaN样品中的多种散射机制以及它们的变化情况.     

热退火对 InGaN薄膜性质的影响

对采用金属有机化学气相沉积方法生长的In组分为0.14的InGaN薄膜在不同温度下进行了热退火处理.通过X射线衍射、原子力显微镜、光致发光谱和变温霍尔等测试方法研究了In0.14Ga0.86N薄膜的晶格质量、表面形貌以及光学特性和电学特性随着退火温度的变化情况.结果表明,有利于提高In0.14Ga0.86N薄膜质量的最佳退火温度为500℃.通过对变温霍尔实验数据的拟合,初步分析了退火前后InGaN样品中的多种散射机制以及它们的变化情况.     

半导体激光器辐照损伤效应实验研究进展

半导体激光器(LD)工作在空间辐射或核辐射环境中时,会受到辐照损伤的影响而导致器件性能退化。文章回顾了不同时期研制的LD(从早期的GaAs LD到量子阱LD和量子点LD)在辐照效应实验方面的研究进展,梳理了国际上开展不同辐射粒子或射线(质子、中子、电子、伽马射线)诱发LD辐射敏感参数退化的实验规律,分析总结了当前LD辐照效应实验方法研究中亟待解决的关键技术问题,为今后深入开展LD的辐照效应实验方法、退化规律、损伤机理及抗辐射加固技术研究提供理论指导和实验技术支持。     

生长温度对MOCVD外延生长InGaN的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法,在GaN/蓝宝石复合衬底上生长了InGaN薄膜,并研究了生长温度对InGaN薄膜的In组分、结晶品质和发光特性的影响.实验中发现随着生长温度的降低,InGaN薄膜中的In组分提高,但结晶品质显著下降.X射线衍射(XRD)联动扫描的结果显示即使在In组分增大至0.57时也没有发现相分离现象,光致发光(PL)谱测量的结果表明InGaN薄膜的PL峰位随着In组分升高而向低能方向移动,半高宽随着In组分增加而增加.     

生长温度对MOCVD外延生长InGaN的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法,在GaN/蓝宝石复合衬底上生长了InGaN薄膜,并研究了生长温度对InGaN薄膜的In组分、结晶品质和发光特性的影响.实验中发现随着生长温度的降低,InGaN薄膜中的In组分提高,但结晶品质显著下降.X射线衍射(XRD)联动扫描的结果显示即使在In组分增大至0.57时也没有发现相分离现象,光致发光(PL)谱测量的结果表明InGaN薄膜的PL峰位随着In组分升高而向低能方向移动,半高宽随着In组分增加而增加.     

Temperature Distribution in Ridge Structure InGaN Laser Diodes and Its Influence on Device Characteristics

利用含时二维热传导模型分析了蓝宝石衬底上生长、制作的脊形InGaN激光器内波导层的温度分布和时间演化规律.由于较大的阈值电流和电压以及较差的衬底导热性能,脊形下波导层内会产生较高温升并在脊形内外形成较大的温度台阶.由于脊形波导的弱自建波导特性,这一温度台阶会对侧向模式的限制产生较大的影响.短脉冲工作下的时间分辨L-I测试以及时间分辨远场和光谱测试结果显示,脊形内外的温度台阶会改善波导对高阶模的限制,导致器件的阈值电流下降,斜率效率升高.而有源区的温升又会导致斜率效率的严重下降.     

GaN基蓝紫光激光器的材料生长和器件研制

报道了国内首次研制成功的GaN基蓝紫光激光器的材料外延生长、器件工艺和特性.用MOCVD生长了高质量的GaN及其量子阱异质结材料,以及异质结分别限制量子阱激光器结构材料.GaN材料的X射线双晶衍射摇摆曲线(0002)对称衍射和(10(-1)2)斜对称衍射半宽分别为180″和185″;3μm厚GaN薄膜室温电子迁移率达到850cm2/(V·s).基于以上材料,分别成功研制了室温脉冲激射增益波导和脊型波导激光器,阈值电流密度分别为50和5kA/cm2,激光发射波长为405.9nm,脊型波导结构激光器输出光功率大于100mW.     

Material Growth and Device Fabrication of GaN-Based Blue-Violet Laser Diodes

Studies on first GaN-based blue-violet laser diodes(LDs) in China mainland are reported.High quality GaN materials as well as GaN-based quantum wells laser structures are grown by metal-organic chemical vapor deposition method.The X-ray double-crystal diffraction rocking curve measurements show the fullwidth half maximum of 180″ and 185″ for (0002) symmetric reflection and (10-12) skew reflection,respectively.A room temperature mobility of 850cm2/(V·s) is obtained for a 3μm thick GaN film.Gain guided and ridge geometry waveguide laser diodes are fabricated with cleaved facet mirrors at room temperature under pulse current injection.The lasing wavelength is 405.9nm.A threshold current density of 5kA/cm2 and an output light power over 100mW are obtained for ridge geometry waveguide laser diodes.     

InGaN/GaN超晶格垒层用于InGaN发光二极管发光增强研究

设计了InGaN/GaN超晶格垒层替代p-GaN和n-GaN附近传统GaN垒层的InGaN/GaN多量子阱(MQW)发光二极管(LEDs)结构。通过数值方法模拟出两种LED结构的光功率-电压(L-V)曲线、电致发光(EL)谱、能带图、电子浓度分布和辐射复合速率。结果表明InGaN/GaN超晶格替代n-GaN附近GaN垒层的LED结构比替代p-GaN附近GaN垒层的LED显示出更高的发光强度。这种发光增强的原因是InGaN/GaN超晶格替代n-GaN附近GaN垒层可以提高电子注入效率和辐射复合速率。     

不同应力增透膜对半导体激光器性能的影响

采用离子辅助电子束蒸发方法,通过改变制备Al2O3增透膜时基底的温度,在边发射半导体激光器前腔面上分别制备了张应力和压应力增透膜。比较了张应力、压应力两种不同增透膜对半导体激光器性能的影响。结果表明:在10A注入电流下,当半导体激光器的增透膜为张应力状态时,输出功率为8.11W;当半导体激光器的增透膜为压应力状态时,输出功率为7.74W。可见,在半导体激光器前腔面制备张应力增透膜有效地提高了半导体激光器的斜率效率。     

基于背向曝光的GaN基脊型LD制备工艺改进

GaN基脊型激光二极管（LD）的制备工艺中,面临的一个主要困难是p电极和窄脊结构的制备受到光刻对准精度的严重制约。设计和验证了一种基于背向曝光技术的激光器制备工艺。通过预先沉积一层200nm的铝作为挡光掩模和牺牲层,利用ICP蚀刻制备出宽为2.5μm的脊型结构,并使用PECVD沉积SiO2绝缘层。随后采用背向曝光实现二次光刻,将脊型图形精确地转移到电极窗口,继而采用湿法腐蚀SiO2绝缘层打开窗口,借助对的铝掩模腐蚀实现对残余绝缘层的辅助剥离,从而同时解决了目前脊型激光器电极窗口对准困难和绝缘层侧向腐蚀条件难于把握的问题。     

激光二极管的位移损伤效应研究

以解析公式的推导、位移损伤实验结果以及位移效应的数值模拟结果为基础,分析了位移效应产生的缺陷作为非辐射复合中心和多数载流子陷阱两种情形下的激光二极管阈值电流、外微分量子效率及I-V特性随辐照注量的变化规律。通常的实验注量范围内,缺陷主要作为非辐射复合中心,导致激光二极管阈值电流随注量呈线性增大,但外微分量子效率基本不变,I-V特性低压区电流增大;当辐照注量较高,引起明显的多数载流子去除效应时,阈值电流随注量的增大不再呈线性关系,同时外微分量子效率下降,I-V特性高压区的电流减小。     

激光钻孔技术对氮化镓LED特性的影响

研究利用激光钻孔技术应用于氮化镓发光二极管,是利用高能激光束将蓝宝石基板打出孔洞,并在孔洞内壁蒸镀金属层薄膜,藉以利用金属导热良好的特性,将表面热能传导至基板,并利用封装技术配合,使得热能顺利从底座散去,降低热效应带来的影响.通过实验获得:在注入电流700 mA下,打孔较未打孔的氮化镓发光二极管,光输出功率增加约77％...