基于低温缓冲层的单片集成长波长可调谐光探测器

实现了一种单片集成的长波长可调谐光探测器.通过外延实验,摸索出低温缓冲层的最佳生长条件,成功地在GaAs衬底上生长出晶格失配度约4%的高质量的InP基材料.基于此低温缓冲层,在GaAs衬底上首先生长GaAs/AlAs材料的F-P腔滤波器,然后异质外延InP-In0.53 Ga0.47 As-InP材料的PIN结构.制作出的器件通过热调谐,峰值波长从1533.1nm红移到1543.1nm,实现了10.0nm的调谐范围,同时响应线宽维持在0.8nm以下,量子效率保持在23%以上,响应速率达到6.2GHz.     

基于MOCVD的InP/GaAs异质外延生长

使用金属有机物气相沉积方法(MOCVD),在GaAs衬底上生长InP外延层.先在GaAs衬底上生长一层低温InP缓冲层,然后再生长InP外延层.通过比较不同缓冲层生长条件下的外延层晶体质量,发现在生长温度为450℃,厚度约15nm的缓冲层上外延所得到的晶体质量最理想;此外,外延层厚度的增加对其晶体质量有明显改善作用.实验在优化生长条件的同时,也考虑了热退火等辅助工艺,最后所获得的外延层的双晶X射线衍射(DCXRD)的ω/2θ扫描外延峰半高全宽(FWHM)值为238.5".     

基于MOCVD的InP/GaAs异质外延生长

使用金属有机物气相沉积方法(MOCVD),在GaAs衬底上生长InP外延层.先在GaAs衬底上生长一层低温InP缓冲层,然后再生长InP外延层.通过比较不同缓冲层生长条件下的外延层晶体质量,发现在生长温度为450℃,厚度约15nm的缓冲层上外延所得到的晶体质量最理想;此外,外延层厚度的增加对其晶体质量有明显改善作用.实验在优化生长条件的同时,也考虑了热退火等辅助工艺,最后所获得的外延层的双晶X射线衍射(DCXRD)的ω/2θ扫描外延峰半高全宽(FWHM)值为238.5".     

用于单片集成光接收机前端的GaAs基InP/InGaAs HBT

实现了一种可用于单片集成光接收机前端的GaAs基InP/InGaAs HBT。借助超薄低温InP缓冲层在GaAs衬底上生长出了高质量的InP外延层。在此基础上,只利用超薄低温InP缓冲层技术就在半绝缘GaAs衬底上成功制备出了InP/InGaAsHBT,器件的电流截止频率达到4.4GHz,开启电压0.4V,反向击穿电压大于4V,直流放大倍数约为20。该HBT器件和GaAs基长波长、可调谐InP光探测器单片集成为实现适用于WDM光纤通信系统的高性能、集成化光接收机前端提供了一种新的解决方法。     

具有多波长处理功能的单片集成光探测器阵列

从理论上设计并研制了一种用于可重构光分插复用技术中的具有多波长处理功能的单片集成光探测器阵列,器件在GaAs基衬底上集成了GaAs/AlGaAs材料的法布里一珀罗谐振腔和InP-In0.53 Ga0.47 As-InP材料的PIN光探测器.为了能够实现对多路波长的探测,首先利用湿法腐蚀,改变不同区域谐振腔的厚度,然后通过二次外延完成谐振腔的生长,最后利用低温缓冲层技术在GaAs材料上异质外延高质量的InP基的PIN结构.器件的工作波长位于1500 nm左右,可实现对4路波长,间隔为10 nm的光信号探测,光谱响应线宽低于0.8 nm,峰值量子效率达到12%以上,响应速率达到8.2 GHz.实验测试结果与理论分析进行了对比,并得到了很好的解释.     

InP/GaAs异质外延及异变InGaAs光探测器制备

借助超薄低温InP缓冲层,在GaAs衬底上生长出了高质量的InP外延层,在InP外延层中插入了15周期In0.93Ga0.07P/InP应变层超晶格(SLS),进一步阻断了失配位错穿透到晶体表面,提高了外延层的晶体质量,这样2.5 μm厚InP外延层的双晶X射线衍射(DCXRD)ω扫描半高全宽(FWHM)值降低至219 arcsec,该InP外延层的室温光荧光(PL)谱线宽度仅为42 meV.在此基础上,只利用超薄低温InP缓冲层技术就在半绝缘GaAs衬底上成功地制备出了长波长异变In0.53Ga0.47As PIN光电探测器,器件的台面面积为50 μm×50 μm,In0.53Ga0.47As吸收层厚度为300 nm,在3 V反偏压下器件的3 dB带宽达到了6 GHz,在1 550 nm波长处器件的响应度达到了0.12 A/W,对应的外量子效率为9.6%.     

一种具有平顶陡边响应的长波长光探测器

在PIN型光探测器的基础上制备了一种适用于波分复用系统的具有平顶陡边响应的长波长光探测器。利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)设备在GaAs衬底上二次外延生长了具有台阶结构的GaAs/AlGaAs滤波腔和InP基PIN光探测器。高质量的GaAs/InP异质外延采用了低温缓冲层生长工艺;具有台阶结构的Fabry-Pérot(F-P)滤波腔采用了纳米量级台阶的制备方法。通过理论计算优化了实现平顶陡边光谱响应特性的器件结构;并通过实验成功制备出了具有平顶陡边响应性能的光探测器,器件的工作波长位于1 549nm,峰值量子效率大于25%,0.5dB光谱响应线宽为3.9nm,3dB光谱响应线宽为4.2nm,响应速率达到17GHz。     

ALE法对InSb/GaAs异质薄膜电学性能的改进

以GaAs(100)为衬底,采用原子层外延(ALE)的方法在GaAs缓冲层和常规InSb外延层间引入85个周期约30 nm的InSb低温缓冲层,以快速降低InSb和GaAs界面间较大的晶格失配(14.6%)对外延层质量造成的不利影响,从而改进异质外延薄膜的电学性能。实验结果显示,ALE低温缓冲层能较快地释放晶格失配应力,降低位错密度。室温和77 K的Hall测试显示,引入低温ALE缓冲层生长的InSb/GaAs异质外延薄膜,其InSb外延层本征载流子浓度和迁移率等电学性能较常规的方法有着较大的改进。     

InSb缓冲层的波纹结构及其对InSb/GaAs外延薄膜电学性能的影响

采用分子束外延方法在GaAs(001)衬底上生长了InSb外延薄膜,其中采用"二步法"制备了不同厚度的低温InSb缓冲层结构.利用Mullins扩散模型对缓冲层的生长过程进行了具体演化.结合扩散模型的计算结果,通过原子力显微镜以及透射电子显微镜研究了InSb缓冲层表面的波纹结构对后续InSb薄膜生长的影响规律.研究表明,适"-3的缓冲层厚度有利于InSb薄膜的外延生长,缓冲层厚度超过60nm后,InSb薄膜表面的粗糙度明显增加,引入了大量位错导致外延薄膜的电性能下降,采用"二步法"生长30-50nm厚的InSb缓冲层比较合适.     

利用双低温缓冲层和插入应变超晶格技术制备高质量InP-on-GaAs复合衬底的MOCVD生长

提出一种结合双低温缓冲层和应变超晶格优势的高质量InP-on-GaAs复合衬底制备技术. 研究发现LT-InP/LT-GaAs的双低温缓冲层比单一低温InP缓冲层的聚集应变的效果更为显著. 并且,双低温缓冲层中的低温GaAs层存在一个最优生长厚度. 当低温InP生长厚度一定,低温GaAs层的生长厚度达到优化生长厚度时,LT-InP/LT-GaAs双低温缓冲层能达到调节应变的最佳状态. 最后,通过插入InGaP/InP应变超晶格,并且优化其在外延层中的插入位置,得到了高质量的InP-on-GaAs的复合衬底,2μm厚的InP外延层XRD-ω/2θ扫描的半高宽小于200" .