室温光荧光谱分析中的几个典型问题

根据光荧光谱的测试原理,针对具体的化合物半导体材料的层次结构,归纳、总结出两个实用的分析模型:光荧光谱的厚度干涉模型和透明衬底发光模型。应用厚度干涉模型,对GaN外延材料、带DBR结构的MQW材料的光荧光谱曲线进行了分析,并解释了AlGaInP LED结构PL扫描图的强度分布。应用透明衬底发光模型,分析并解释了InGaAs材料的发光强度图案。实验结果表明,这两个分析模型能很好地解释薄膜外延层的PL光谱曲线,能够分析光荧光谱的曲线形状和强度分布与材料结构及表面状态的关系,对判断材料品质有较大帮助,具有一定的实用价值。     

GaAs平面掺杂势垒二极管

二极管是定向检波器的重要组件,提高定向检波器的检波灵敏度,需要降低二极管的开启电压.而平面掺杂势垒(PDB)二极管具有极低的势垒高度,适合制作定向检波器.设计了GaAs平面掺杂势垒二极管的材料结构,并采用金属有机化合物气相淀积(MOCVD)方法对其进行外延生长.对PDB二极管的物理模型进行了理论分析.通过模拟计算和实验分析了本征层厚度和p层的面电荷密度对PDB二极管I-V特性的影响.通过实验设计优化了材料结构参数,测试了其I-V特性,使PDB二极管的开启电压降低到了0.06 V,将此样品应用到定向检波器中测得检波灵敏度为20～ 25 mV/mW.     

一种低暗电流高响度InGaAs/InP pin光电探测器

分析了InGaAs/InP pin光电探测器暗电流和响应度的影响因素,并对MOCVD外延工艺以及器件结构进行优化,从而提高器件响应度和降低暗电流。采用低压金属有机化学气相沉积设备(LP-MOCVD)成功制备了InGaAs/InP pin光电探测器,得到了高质量的晶体材料,InGaAs吸收层的背景浓度低于4×1014 cm-3。利用扩Zn工艺制作出感光区直径为70μm的平面光电探测器。测量结果显示,在反偏电压为5 V时,暗电流小于0.05 nA,电容约为0.4 pF。此外,在1 310 nm激光的辐照下,器件的响应度可达0.96 A/W以上。     

高效率大功率连续半导体激光器

从大功率半导体激光器的工作机理出发,对影响激光器电光转换效率的主要因素,如激光器的斜率效率ηd、阈值电流Ith、开启电压V0、串联电阻Rs以及工作电流I等进行了分析,进而讨论了提高电光转换效率的主要技术途径。通过对应变量子阱大光腔激光器外延材料开启特性的优化、大功率激光器芯片横向限制工艺的改进以及对大功率微通道热沉制作等技术的研究,制作了808nm连续半导体激光器阵列。在工作电流140A时,阵列工作电压为1.83V,输出功率145W,电光转换效率达到56.6%。     

高效率连续1 000 W半导体激光器叠层阵列

采用低压MOCVD外延技术生长的GaInAs/AlGaAs应变量子阱大光腔结构材料结构设计,利用低压MOCVD外延技术生长了3英寸(75 mm)激光器外延片,进而设计制作了976 nm大功率低热阻连续激光器芯片。采用以及高热导率的无氧铜材料设计制作了大功率微通道热沉,采用In焊料芯片倒装烧结工艺,制作了976 nm连续激光器阵列单条。在20℃水冷条件下,输入电流120 A,工作电压1.51 V,输出功率达到118 W,电光功率转换效率约65%。将10只微通道阵列单条堆叠组装,制作了连续1 000 W微通道叠层阵列。在20℃水冷条件下,输入电流120 A,输出功率达到1 130 W,工作电压1.45 V,电光功率转换效率约65%。     

基于腔面非注入技术的大功率半导体激光器

采用腔面电流非注入技术,提高了808nm半导体激光器灾变性光学损伤(COD)阈值。通过腐蚀GaAs高掺杂层的方法,在半导体激光器腔面附近形成电流非注入区,以此来减少腔面处的载流子注入。载流子注入水平的降低,减少了腔面处非辐射复合的发生,因而提高了激光器的灾变性光学损伤阈值。应用电流非注入技术制作的器件的最大输出功率达到3.7W;而应用常规工艺制作的器件的最大输出功率为3.1W。同常规工艺相比,采用该技术使器件的最大输出功率提高了近20%。     

InGaAs/InP材料的Zn扩散技术

使用MOCVD反应室进行了InGaAs和InP材料上的Zn扩散工艺条件研究.通过控制扩散温度、扩散源浓度和扩散时间三个主要工艺参数,研究了InGaAs/InP材料的扩散系数和扩散规律,获得了优化的扩散条件.试验表明,该扩散工艺符合原子扩散规律,扩散现象可以用填隙-替位模型解释.样品经过快速退火过程,获得了极高的空穴浓度.InP的空穴浓度达到7.7×1018/cm3,而InGaAs材料达到7×1019/cm3.在优化的扩散条件下,Zn扩散的深度和浓度精确可控,材料的均匀性好,工艺重复性好,能够应用于光电探测器或其他器件.     

InGaAs/InP材料的MOCVD生长研究

研究了InGaAs/InP材料的MOCVD生长技术和材料的性能特征。InP衬底的晶向偏角能够明显影响外延生长模型以及外延层的表面形貌,用原子力显微镜(AFM)观察到了外延层表面原子台阶的聚集现象(step-bunching现象),通过晶体表面的原子台阶密度和二维生长模型解释了台阶聚集现象的形成。对外延材料进行化学腐蚀,通过双晶X射线衍射(DCXRD)分析发现异质结界面存在应力,用异质结界面岛状InAs富集解释了应力的产生。通过严格控制InGaAs材料的晶格匹配,并优化MOCVD外延生长工艺,制备出厚层InGaAs外延材料,获得了低于1×1015cm-3的背景载流子浓度和良好的晶体质量。     

900nm三叠层隧道级联激光器的结构优化研究

采用金属有机化合物气相淀积方法生长了900nm的三叠层隧道级联激光器。针对隧道级联激光器存在工作电压高、材料各层的光场耦合等问题,分别采用δ掺杂、扩展波导等技术对激光器结构进行了优化,并通过模拟计算对隧道结耗尽区宽度进行了优化。通过优化隧道结δ掺杂的生长条件,得到n+GaAs的掺杂浓度大于1×1019/cm3,使工作电压下降1V;通过采用扩展波导,使垂直发散角由常规结构的35°减小到20°。将900nm的三叠层隧道级联激光器制作成条宽300μm、腔长800μm的条形激光器,采用同轴封装形式,在20A的脉冲工作电流下,输出功率达到55W,斜率效率达到2.9W/A,以上指标是普通激光器的3倍。     

高效率976nm激光器材料

使用自洽二维数字模拟软件优化半导体激光器的外延结构,对GaInAs/AlGaAs分别限制压应变单量子阱结构进行了模拟,研究了包层和波导层的Al组分对工作电压的影响。根据模拟结果,采用金属有机化学淀积(MOCVD)技术,外延生长了单量子阱976nm激光器材料。利用该材料制作成2mm腔长的连续(CW)单管器件,采用C-mount载体标准封装,并进行了测试。测试结果表明,模拟与实验的结论一致,降低优化包层和波导层的Al组分可以减小工作电压,从而提高了976nm半导体激光器的转换效率。室温下,当工作电流为500A/cm2时,包层和波导层Al组分分别为0.35和0.15时,激光器的工作电压降低为1.63V,使得电光转换效率达到67%。