中红外半导体光源和探测器件及其应用

中红外波段(2～25 μm)的光电子器件在气体检测、红外遥感和红外对抗等领域都有重要应用.介绍了笔者近年来在中红外波段的半导体光源和光电探测器方面的工作进展,包括InP基量子级联激光器、2μm波段锑化物量子阱激光器和波长扩展InGaAs光伏型探测器的研制以及器件应用方面的工作.这些光电子器件所用高性能材料都是笔者采用分...     

低C/N值城市污水处理厂出水达标的运行条件优化

某污水处理厂采用微曝气氧化沟和化学除磷微絮凝过滤工艺,进水为低C/N值城市污水,出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准,针对实际出水TN和TP浓度超标的问题,进行了一系列的工艺调整试验研究。结果表明,在不改变构筑物、不增加投资的条件下,通过采取曝气沉砂池停曝、投加外碳源、氧化沟低氧曝气、关闭内回流、优化化学除磷药剂等措施,可以实现出水水质的稳定达标,其中对TN和TP的平均去除率分别可达到65%和88%。     

双异质结扩展波长InGaAs PIN光电探测器暗电流研究

模拟分析了三种不同结构的双异质结扩展波长In0.78Ga0.22As PIN光电探测器在室温下的暗电流特性,并与器件的实际测量结果进行了比较和讨论。结果表明,对于扩展波长的探测器,零偏压附近暗电流主要为反向扩散电流,随着反向偏压增加,产生复合电流和欧姆电流逐渐起主要作用。在InAlAs/InGaAs异质界面处引入的数字递变超晶格以及外延初始生长的InP缓冲层能够有效地改善探测器的暗电流特性。     

全息光刻和二次显影法制备柱形二维光子晶体

采用全息光刻和二次显影的方法制备了柱形二维光子晶体.在此过程中,二维点状的周期结构首先在正性光刻胶上直接形成,然后经由Si3N4硬掩模转移到衬底材料上.利用二次显影的方法,曝光强度最强和曝光强度中等区域的光刻胶能够被同时充分显影,而曝光强度最弱区域的光刻胶则可以完全被保留下来.通过调节入射角,可以方便地调节二维结构的周期.利用此方法,在相对较大的面积上制备了不同周期的二维结构,二维结构具有很好的均匀性和重复性.文章对有关的工艺参数进行了详细讨论.     

异质界面数字梯度超晶格对扩展波长InGaAs光电探测器性能的改善

采用气态源分子束外延方法生长了三种不同结构的扩展波长(室温下50%截止波长为2.4μm) In_xGa_(1-x)As光电探测器材料,并制成了台面型器件.材料的表面形貌、X射线衍射摇摆曲线及光致发光谱表明,在InAlAs/InGaAs异质界面处生长数字梯度超晶格可以明显提高材料质量;器件在室温下的暗电流结果显示,直径为300μm的器件在反向偏压为10mV时,没有生长超晶格结构的器件暗电流为0.521μA,而生长超晶格结构的器件暗电流降到0.480μA.同时,在生长In_xAl_(1-x)As组分线性渐变缓冲层之前首先生长一层InP缓冲层也有利于改善材料质量和器件性能.     

基于InP衬底的应变和应变补偿的InGaAs／InAlAs材料的高分辨X射线衍射分析

高分辨率X射线衍射技术被用来分析基于InP衬底的应变的InGaAs和InAlAs单层材料和应变补偿的InGaAs/InAlAs超晶格材料.通过倒空间mapping得到的单层材料的错向角大约为10-3度,可以忽略不计.通过摇摆曲线得到了单层材料的组分和体失配度,接着单层材料的结果被用来分析在相同的条件下利用MBE技术生长的超晶格材料.利用倒空间mapping精确得到了超晶格的平均垂直失配度和各层的厚度,通过X射线模拟软件得到的超晶格材料的模拟曲线和实测曲线吻合的很好.     

锗基InAs量子点激光器的腔面失效及再生的研究

围绕锗基InAs量子点激光器,开展了激光器腔面失效及再生的研究.研究并分析了灾变性光学镜面损伤产生的机理及其对激光器腔面的影响,开展了腔面再生研究,发展了一套创新性的腔面再生工艺并实现了失效的锗基InAs量子点激光器的再生.根据锗基InAs量子点激光器材料结构设计腐蚀工艺,通过选择性腐蚀在激光器腔面制备出悬臂结构,采用细针解理使悬臂结构自然解理,获得新的激光器谐振腔面,失效激光器重新工作.对比了激光器失效前和再生后的工作性能,结果表明因灾变性光学镜面损伤而失效的锗基InAs量子点激光器获得全新的谐振腔面,锗基激光器器件性能和失效前相当.     

室温低阈值分布反馈量子级联激光器

报道了室温脉冲工作和低温下连续工作的分布反馈量子级联激光器(DFB-QCL),提出了一种新型波导和光栅制备技术,同时获得了合适的光耦合系数和低的波导损耗.利用这种方法研制出波长为7.7μm的分布反馈量子级联激光器.激光器可以在大的温度范围内(155～320K)实现单模激射,边模抑制比约30dB.DFB-QCL在室温脉冲工作时阈值电流密度为970A/cm2,峰值输出功率达到75mW.该激光器还可以在连续模式下工作,最高工作温度为130K.     

室温低阈值分布反馈量子级联激光器

报道了室温脉冲工作和低温下连续工作的分布反馈量子级联激光器(DFB-QCL),提出了一种新型波导和光栅制备技术,同时获得了合适的光耦合系数和低的波导损耗.利用这种方法研制出波长为7.7μm的分布反馈量子级联激光器.激光器可以在大的温度范围内(155～320K)实现单模激射,边模抑制比约30dB.DFB-QCL在室温脉冲工作时阈值电流密度为970A/cm2,峰值输出功率达到75mW.该激光器还可以在连续模式下工作,最高工作温度为130K.     

通过晶格失配调节有盖层张应变Ge量子点的光电特性

利用Ge与不同衬底形成的不同晶格失配度来调节有盖层的张应变Ge量子点的光电特性。通过有限元方法模拟并获得张应变Ge量子点内的应变分布,而后通过形变势理论和有效质量近似计算得到量子点的电子结构。与无盖层张应变Ge量子点相比,有盖层Ge量子点能保持更大的应变量。另外,随着量子点尺寸和晶格失配度的增大,导带Γ谷与导带L谷的能量差缩减,最终使Ge转变为直接带隙材料。直接带隙能量随着量子点尺寸的增大而减小。该研究结果表明张应变Ge量子点是制备包含激光器在内的Si基光源的理想材料,在未来光电子应用中有巨大潜力。