晶格匹配InAs/AlSb超晶格材料的分子束外延生长研究

InAs/GaSb超晶格是量子级联激光器(quantum cascade lase,QCL)和带间级联激光器(interband cascade lasers,ICL)结构中重要的组成,特别是作为ICL的上下超晶格波导层是由大量的超薄外延层(纳米量级)交替生长而成,细微的晶格失配便会直接导致材料晶体质量变差,而且每层的厚度和组分变化会强烈影响材料结构性能.论文研究验证了InAs/GaSb超晶格材料生长的最佳温度约在420℃.通过在衬底旋转的情况下生长40周期短周期GaSb/AlSb和InAs/GaSb超晶格,并采用XRD测量拟合获得了GaSb和AlSb层厚分别为5.448 nm和3.921 nm,以及InAs和GaSb层厚分别为8.998 nm和13.77 nm,误差在10%以内,获得了InAs/AlSb超晶格的生长最优条件.在GaSb衬底上生长晶格匹配的40周期的InAs/AlSb超晶格波导层,充分考虑飘逸As注入对InAs/AlSb超晶格平均晶格常数的影响,在固定SOAK时间为3 s的条件下,通过变化As压为1.7×10^-6 mbar来调整个超晶格的平均晶格常...     

ZnSe-ZnS超晶格的通光蚀孔及列阵研究

用MOCVD方法在GaAs衬底上生长ZnSe-ZnS超晶格.用化学腐蚀方法在GaAs衬底上开一个通光窗口,使该窗口上仅剩有1～1.8μm厚的生长层.室温下测量了蚀孔后由于化学腐蚀造成生长层表面差异的ZnSe-ZnS超晶格的吸收光谱.研究了带有生长过渡层和无过渡层的超晶格质量对其吸收光谱性能的影响.发现过渡层的存在保护了超晶格激子吸收性能.在此基础上首次采用新工艺在3×3mm2面积上把GaAs衬底金部腐蚀掉,剩下均匀、光滑的ZnSe-ZnS超晶格层,在其上做出了300×300μm2的列阵,为在ZnSe-ZnS超晶格上实现光学双稳的集成化提供了必要条件.     

InP掺杂超晶格的MOCVD生长与表征

用常压MOCVD技术生长了InP掺杂超晶格,所用源材料为TMIn和PH3.InP的载流子浓度低为8×1013cm-3,300K迁移率高达5744cm2/V·s.n型掺杂剂是DETe,p型为DMZn,两者在InP中的掺杂浓度均可达~1019cm-3.用不同激发强度下的低温PL谱,时间衰减,时间分辨PL谱和光反射(PR)谱技术表征了InP掺杂超晶格.文中给出了在不同激发强度下InP掺杂超晶格的4KPL谱,该样品由六层(n·p)组成,每层厚度200Å,掺杂浓度分别是1×1018cm-3和2×1018cm-3.发光峰值能量明显低于InP的禁带宽度,当激发强度增加时峰值能量移向高能边,这是真实空间中的间接跃迁特征.总PL信号衰减分成几步,每步都按指数规律,在4K情况下,衰减常数从6×10-8秒到7×10-4秒,具有明显间接带隙材料特征.InP掺杂超晶格中的量子尺寸效应用PR谱技术进行了研究.为描述InPnipi结构中的量子尺寸效应,引进了抛物型势阱模型,实验结果与根据引进模型所进行的计算相符.     

1.3μm InGaAsP/InP双异质结发光管的特性研究

用液相外延技术生长的三层和四层InGaAsP/InP双异质结材料,制成了1.3μm InGaAsP/InP双异质结发光管。光功率输出(100mA)>1.0mW,最高2mW,尾纤输出功率(N.A.0.23,芯径60μ)>50μW。文中描述了器件的特性参数,还讨论了光功率的饱和特性和退化特性。     

分形超晶格结构晶体中的多波长频率转换

非线性频率转换是非线性光学中的重点研究内容之一,本文将Gosper分形与Z分形两种超晶格结构引入非线性光子晶体中,理论分析了两种超晶格结构经过准相位匹配进行非线性频率转换的谐波特点。Gosper分形超晶格的倒空间结构整体旋转60°后,依然能够和原图形重合;在准相位匹配的条件下,能够在六个不同方向实现相同的倍频波长输出;在级联三倍频中,实现了波长为711.3 nm、554.7 nm、491 nm的三倍频输出,并理论计算了其偏离角度。在二维Z分形的傅里叶空间中,充分利用了高阶横向倒格矢,能够实现基波波长范围为1.402μm～1.430μm的二次谐波频率转换,其中波长间距最小仅有1 nm。最后,为三维Z分形超晶格结构晶体的制备提供了数据支持。     

使用AlN/GaN超晶格势垒层生长高Al组分AlGaN/GaN HEMT结构

在蓝宝石衬底上生长了以AlN/GaN超晶格准AlGaN合金作为势垒的HEMT结构材料,并与传统AlGaN合金势垒样品进行了对比.在高Al组分(≥40%)情况下,超晶格势垒样品的表面形貌明显改进,电学性能特别是2DEG面电子浓度也有所改进.对超晶格势垒生长参数进行了初步优化,使得HEMT结构薄层电阻进一步降低,最后获得了251 Ω/□的薄层电阻. 关键词： AlGaN/GaN 结构 AlN/GaN超晶格 二维电子气 高电子迁移率晶体管     

GaNAs基超晶格太阳电池的分子束外延生长与器件特性

采用分子束外延(MBE)生长技术生长了周期厚度不同的1 e V吸收带边的Ga N0.03As0.97/In0.09Ga0.91As应变补偿短周期超晶格(SPSL)。高分辨率X射线衍射(HRXRD)测量结果显示,当周期厚度从6 nm增加到20 nm时,超晶格的结晶质量明显改善。然而,当周期厚度继续增加时,超晶格品质劣化。对超晶格周期良好的样品通过退火优化,获得了具有低温光致发光现象的高含N量Ga NAs/In Ga As超晶格,吸收带边位于1 e V附近。使用10个周期的Ga NAs/In Ga As超晶格(10 nm/10 nm)和Ga As组成的p-i-n太阳电池的短路电流达到10.23 m A/cm2。经聚光测试获得的饱和电流密度、二极管理想因子与由电池暗态电流-电压曲线得到的结果一致。     

In1-xGaxAsyP1-y/InP异质界面晶格失配对外延晶体质量的影响

用X-射线双晶衍射,双晶形貌术和光致发光方法综合研究了In1-xGaxAsyP1-y/InP异质界面晶格失配对LPE晶体质量的影响。实验表明,异质界面晶格失配是导致外延层中位错和缺陷增多,杂质凝聚和辐射复合深中心增多的重要因素。     

[(SrTiO3)n/(SrTi0.8Nb0.2O3)m]20/LaAlO3超晶格的制备及其激光感生热电电压效应

采用脉冲激光沉积(PLD)镀膜技术在倾斜10°的LaAlO3(100)单晶衬底上制备了(SrTiO3)n/(SrTi0.8Nb0.2O3)m系列超晶格.在超晶格薄膜的XRD图谱中清楚地观察到周期调制的卫星峰结构.从卫星峰的分布计算了超周期,进而得到了在生长SrTiO3和SrTi0.8Nb0.2O3时的沉积速率,分别为0.78 /pulse和0.57 /pulse.在超晶格薄膜中发现了激光感生热电电压(LITV)效应,说明这种人造原子层热电堆结构具有Seebeck系数各向异性.研究发现,在SrTiO3介电层厚度n=46.8 nm,SrTi0.8Nb0.2O3导电层厚度m=19.0 nm时LITV信号的平均峰值电压最大U -P=0.7 V/mJ·mm,n=46.8 nm,m=11.4 nm时LITV信号的平均响应时间最小τ -=124 ns.     

1．55μmInGaAsP及其相应量子阱结构的LP-MOCVD生长

本文研究了用低压金属有机化合物汽相外延(LP-MOCVD)技术在(100)InP衬底上生长InGaAsp体材料及InGaAP/InP量子阱结构材料的生长条件。三甲基镓(TM63)、三甲基铟(TMh)和纯的砷烷(A8H3)、磷烷(PH3)分别用作Ⅲ族和Ⅴ族源,在非故意掺杂情况下,InGaAsP材料的载流子浓度为3.6×10¹⁵cm^-3;在液氦温度和室温下,与InP晶格匹配的InGaAsP光致发光半峰宽分别为19.2meV和63meV;对外延层的组分及厚度均匀性分别进行了转靶X光衍射仪,低温光致发光和扫描电子显微镜分析,对不同阱宽的量子阱结构材料测出了由于量子尺寸效应导致光致发光波长随阱宽增加而红移现象。     

有源层受主浓度对InGaAsP/InP双异质结发光管特性的影响

本文研究了有源层受主浓度(Pa)对InGaAsP/InP双异质发光管特性的影响。有源层受主浓度Pa≈2×1017～1×1018cm-3的器件,具有较大的光输出功率P≥1mW;截止频率fĉ为30～80MHz,并且有正常的Ⅰ-Ⅴ特性。有源层浓度高于上述浓度的器件,光输出功率降低,并且具有异常的Ⅰ-Ⅴ特性。在器件光谱半宽△λ=(λ2/1.24)nkT关系式中,n值是有源层受主浓度(Pa)的函数。上述结果表明:有源层受主浓度(Pa)是影响器件特性的重要因素之一。     

InGaAsP/InP边发光管特性的研究

用液相外延技术生长的外延片,制成了SiO2条形限制的InGaAsP/InP边发光管,100mA下光功率1mW,最高值1.3mW,发射波1.31μm,半宽860A。研究了外延材料特性(如p-n结位置,有源层厚度和浓度)对器件光功率,光谱特性,和Ⅰ-Ⅴ特性的影响。有源层厚度(d)对光功率和光谱半宽有重要影响,p-n结不偏位的器件,光谱特性为单一的长波长发射蜂,具有正常的Ⅰ-Ⅴ特性。p-n偏离有源层的器件,光谱特性除长波长发射峰外,尚有9700A的InP发射峰,其Ⅰ-Ⅴ特性具有异常特性,导通电压>0.9V。     

1.3μmInGaAsP/InP发光管退化的研究

研究了InGaAsP/InP双异质结发光管在老化,存储过程中的退化现象及其影响因素.有快慢二种退化模式,正向I-V特性变坏是产生突然退化的最主要因素,焊料的润湿不良是导致器件退化的原因之一;在70℃,85℃老化及存储过程中,个别器件有源区内有DSD产生并长大,这并不是引起突然退化的原因.     

P型掺杂剂对InGaAsP/InP双异质结发光管特性的影响

本文研究了限制层中掺杂剂对InGaAsP/InP双异质结发光管特性的影响。结果表明限制层掺In-Zn合金或掺Mg的器件不易发生p-n结偏位,器件具有单一的长波长光谱峰,正常的I-V特性以及暗结构出现率低的特性,而限制层掺Zn当浓度≥1×1018cm-3时,外延片易发生p-n结偏位,导致器件的异常特性。并观察到在扩散结器件中,在85℃长时间老化过程中,有p-n位置移动现象发生。     

1.3μm无致冷AlGaInAs/InP应变补偿量子阱激光器设计与制作

基于半导体量子阱激光器的基本理论,设计了合理的1.3μm无致冷AlGaInAs/InP应变补偿量子阱激光器结构,通过低压金属有机化学气相外延(LP-MOVPE)工艺在国内首次生长出了高质量的AlGaInAs/InP应变补偿量子阱结构材料,用此材料制作的器件指标为激射波长:1280nm≤λ≤1320nm,阈值电流:I_th(25℃)≤15mA,I_th(85℃)≤30mA,量子效率变化:Δη_ex(25℃～85℃)≤1.0dB,线性功率:P₀≥10mW     

GaInAsP/InP LED透镜的研制

带有透镜结构的发光管有利于提高器件的外量子效率和耦合效率。InP衬底对1.3μm波长范围的光发射是透明的,因而可制造带透镜结构器件。本文研究了4%CH3COOH体系腐蚀液和H3PO4:HCI体积比为1:3腐蚀液的腐蚀特性,比较了二者的活化能和腐蚀液的温度,状态和衬底晶向等对腐蚀速率的影响。并用二步腐蚀法在外延片的InP衬底上制成了带有透镜的InAsP/InP发光管。其曲率半径为160—170μm。该器件在彩色录像传输系统中的应用效果良好。     

液相外延制备InGaAsP/InP掩埋异质结若干工艺问题的讨论

本文对InGaAsP/InP(DC-PBH)激光器掩埋异质结液相外延生长中的几个关键工艺问题进行了研究,提出了获得有利于沟道掩埋生长的理想沟道几何图形的新的腐蚀配方(Br_2/HBr),对二次外延再生长光刻腐蚀面损伤层和有害杂质的去除采用了阳极氧化工艺,同时探索了利用二次外延过程中Zn扩散来控制限制层(3)掺杂的新方法,在研究基础上制造了重现性好且性能良好的1.3μm激光二极管,室温时,阈值电流最低小于25mA,典型值为30mA,在60mA直流电流的驱动下,光输出功率高达12.5mW.     

InP中和C带有关深能级的近红外光致发光

本文用红外光致发光方法研究了InP中与C带有关的深能级的性质和起源。峰值位于价带上0.34eV(77K)附近的宽谱带普遍存在于不同方式生长的InP外延层和掺Sn与不掺杂的衬底中,且与P空位引起的复合缺陷有关。 通过红外光致发光强度对温度的依赖关系得到C带的热激活能为0.17eV。这刚好与采用σ函数来描述深能级的Locovsky模型相吻合,光谱线型与温度猝灭的量子力学位形坐标模型拟合,得到与C带有关的深能级hv=0.02eV,S=8。     

HgCdTe buried multi-junction photodiodes fabricated by the liquid phase epitaxy

This article reports the parameters and characteristics of the new type of HgCdTe buried photodiodes operated at near-room temperature (T=200–300 K) in long wavelength infrared spectral range. The liquid phase epitaxy (LPE) Hg_1−xCd_xTe (x=0.16–0.20) layers were grown on holes etched in (1 0 0) CdZnTe substrate. Prior to layer deposition, the CdZnTe substrate has been etched to form the bars on 30 μm centers and 20-μm depth. Next, 20-μm thick HgCdTe epitaxial layer has been grown from Te-rich solution. The type of conductivity was controlled by deliberately doping with indium (n-type) and Sb (p-type). The Nomarski microscopy showed that the surface of specially prepared layers was flat and the composition of layers, measured by Fourier transform infrared microscopy, was homogenous. Samples were cleaved and examined in cross section by scanning electron microscopy. Finally, serial connected multi-junction photodiodes have been fabricated. It is shown that LPE can be used to realise advanced bandgap engineered multi-junction structures. This conclusion is supported by device quality characteristics: spectral response and detectivity.     

GaAs/GaAlAs双异质结发光管退化特性的研究

本文研究了GaAs/GaAlAs双异质结发光管的退化特性。有快、慢二种退化类型。器件的慢退化是由于有源区有暗缺陷(DSD)产生和长大,引起光功率下降。文中研究了老化过程中I-V特性和I-P特性与EL图象的变化规律,并与相同结构的InP/InGaAsP双异质结发光管的退化特性进行了比较,结果表明:它们有着不同的退化机理。