基于端面耦合的InP基激光器/硅光波导混合集成技术研究

针对硅光子集成回路缺少实用化光源的问题,提出了一种1.55μm波段InP基FP激光器芯片、InP基PIN光电探测器芯片与硅光波导芯片集成模块的设计与制备方法。使用CMOS工艺兼容的硅光无源器件制备工艺,设计并制备了倒拉锥型端面耦合器,与锥形透镜光纤耦合效率为36.7%。采用微组装对准技术将激光器芯片与硅波导芯片耦合、UV固化胶固化后耦合效率为35.8%,1 dB耦合对准容差横向为1.2μm,纵向为0.95μm。     

高电流密度金刚石肖特基势垒二极管研究

报道了一种具有高正向电流密度和高反向击穿场强的垂直型金刚石肖特基势垒二极管器件。采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术在高掺p~+单晶金刚石衬底上外延了一层275 nm厚的低掺p~-金刚石漂移层,并通过在样品背面和正面分别制备欧姆和肖特基接触电极完成了器件的研制。欧姆接触比接触电阻率低至1.73×10~(-5)Ω·cm~2,肖特基接触理想因子1.87,势垒高度1.08 eV。器件在正向-10 V电压时的电流密度达到了22 000 A/cm~2,比导通电阻0.45 mΩ·cm~2,整流比1×10~(10)以上。器件反向击穿电压110 V,击穿场强达到了4 MV/cm。     

背势垒对InAlN/GaN异质结构中二维电子气的影响

利用有效质量理论自洽求解Poisson和Schrdinger方程理论研究了背势垒插入层对InAlN/GaN晶格匹配异质结构的电学性能的影响。研究表明,对于In0.17Al0.83N/AlN/GaN的异质结构,AlN的临界厚度为2.43 nm。此时,异质结中二维电子气(2DEG)浓度达到2.49×1013 cm-2,且不随势垒层厚度的变化而变化。重点模拟研究了具有背势垒的InAlN/AlN/GaN/AlGaN/GaN和InAlN/AlN/GaN/InGaN/GaN两种结构的能带结构和2DEG的分布情况。理论结果表明,采用AlGaN背势垒结构时,对于AlGaN的任意Al组分,GaN沟道层导带底能量均被抬升,增强了AlN/GaN三角势阱对2DEG的限制作用,提高了电子迁移率。采用InGaN/GaN作为背势垒结构,当InGaN厚度为2或3 nm时,三角势阱中的2DEG随InGaN中In组分的增加先升高后降低,这主要是由于GaN/InGaN界面处产生的正极化电荷的影响,引起电子在AlN/GaN三角势阱和InGaN/GaN势阱之间的分布变化。     

Si基MOCVD生长AlN深陷阱中心研究

通过PL 谱和Raman谱对MOCVD生长Si基Al N的深陷阱中心进行了研究,发现三个深能级Et1 ,Et2 ,Et3,分别在Ev 上2 .6 1,3.10 ,2 .11e V.Et1 是由氧杂质和氮空位(或Al间隙原子)能级峰位靠近重合共同引起的,Et2 、Et3都是由于衬底Si原子扩散到Al N引起的.在Si浓度较低时,Si主要以取代Al原子的方式存在,产生深陷阱中心Et2 .Si浓度高于某个临界浓度时,部分Si原子以取代N原子位置的方式存在,形成深陷阱中心Et3.实验还表明,即使经高温长时间退火,Al N中Et1 和Et2 两个深陷阱中心也是稳定的     

基于蒙特卡罗分析Ⅲ族氮化物输运特性的研究

利用Silvaco软件中的蒙特卡罗算法,详细研究了Ⅲ-氮化物的速-场特性和低场迁移率特性,数值计算了掺杂浓度和晶格温度对-氮化物输运特性的影响。结果表明,在忽略缺陷和表面粗糙度散射的条件下,Ⅲ-氮化物的强场输运特性取决于材料的谷间散射,且当掺杂浓度小于1e17cm-3时,杂质对速-场特性的影响可忽略不计;而低场迁移率特性则主要受晶格振动散射和电离杂质散射的影响。此外,根据Ⅲ-氮化物速-场特性的模拟结果,对"速度过冲"效应提出一种新的解释。     

硅基AlN应力和压电极化研究

通过XRD和Raman谱研究了用金属有机化学气相沉积 (MOCVD)的方法在Si( 111)面上生长的AlN薄膜层上的应力和压电极化 ,Raman谱观察到两个声子峰位分别在 619.5cm- 1 (A1 (TO) )和 668.5cm- 1 (E2 (high) )。通过光学声子E2 (high)的频移为 13cm- 1 计算得到AlN薄膜上的双轴压应力为 5 .1GPa ,在z轴方向上和在垂直于z轴方向上的应变分别为εzz=6 7× 10 - 3和εxx=-1 1× 10 - 2 ,产生的压电极化电荷PPE=2 .2 6× 10 - 2 c·m- 2 ,这相当于在Si的表面产生浓度为 1.41× 10 1 3c·cm- 2 的电子积累。同时 ,实验还发现在MOCVD生长过程中存在Si原子的扩散 ,在界面处形成了一个过渡层 ,过渡层主要以Si原子取代Al原子的位置并形成Si-N键为主。     

GaAs/Si晶圆片键合偏差及影响因素研究

针对化合物半导体与Si基晶圆异质集成中的热失配问题,利用有限元分析方法开展GaAs半导体与Si晶片键合匹配偏差及影响因素研究,建立了101.6 mm(4英寸)GaAs/Si晶圆片键合匹配偏差评估的三维仿真模型,研究了不同键合结构和工艺对GaAs/Si晶圆级键合匹配的影响,系统分析了键合温度、键合压力、键合介质厚度及摩擦特性等因素对键合偏差影响的规律。结果表明,键合压力和键合层摩擦系数对键合偏差的影响极大,并通过对上述因素的优化,其匹配偏差可控制到3μm以内。     

基于表面势的HEMT模型分析

将表面势的概念引入GaAs高电子迁移率晶体管器件结构,以建立可精确描述HEMT器件输入/出特性的新模型。通过分析最基本的HEMT结构,参考Si基MOSFET中Pao-sah模型的分析方法,对沟道电荷利用泊松方程表述,并结合能带电压关系,建立HEMT器件中表面势(Φ_s)对于栅压(V_(GS))的关系。基于上述分析计算了沟道中电子的饱和点。根据推导所得方程,模型计算得到的某具体器件沟道面电荷密度(n_s)-栅压(V_(GS))关系曲线和基于T-CAD工具仿真结果在线性区得到很好的吻合。     

金刚石散热衬底在GaN基功率器件中的应用进展

氮化镓(GaN)基功率器件性能的充分发挥受到沉积GaN的衬底低热导率的限制，具有高热导率的化学气相沉积(CVD)金刚石，成为GaN功率器件热扩散衬底材料的优良选择。相关学者在高导热金刚石与GaN器件结合技术方面开展了多项技术研究，主要包括低温键合技术、GaN外延层背面直接生长金刚石的衬底转移技术、单晶金刚石外延GaN技术和高导热金刚石钝化层散热技术。对GaN功率器件散热瓶颈的原因进行了详细评述，并对上述各项技术的优缺点进行了系统分析和评述，揭示了各类散热技术的热设计工艺开发和面临的技术挑战，并认为低温键合技术具有制备温度低、金刚石衬底导热性能可控的优势，但是大尺寸金刚石衬底的高精度加工和较差的界面结合强度对低温键合技术提出挑战。GaN外延层背面直接生长金刚石则具有良好的界面结合强度，但是涉及到高温、晶圆应力大、界面热阻高等技术难点。单晶金刚石外延GaN技术和高导热金刚石钝化层散热技术则分别受到单晶金刚石尺寸小、成本高和工艺不兼容的限制。因此，开发低成本大尺寸金刚石衬底，提高晶圆应力控制技术和界面结合强度，降低界面热阻，提高金刚石衬底GaN器件性能方面，将是未来金刚石与GaN器件结合技术发展的重点。     

微波光子异质/异构集成技术

微波光子芯片是支撑微波光子学发展的基石。针对微波光子芯片材料体系多样、难以多功能集成等问题,异质/ 异构集成技术提供了一种有效途径。该技术可将不同材料体系的最优性能器件集成到同一芯片上,大大扩展微波光子芯片的功能,降低微波光子功能模块的体积、重量,并提高其性能稳定性。本文介绍了目前主流的微波光子异质/ 异构集成技术和光电混合集成方面的主要研究进展,并对未来发展趋势进行展望。