利用ArF准分子激光退火获得小锗量子点的研究

使用ArF准分子激光脉冲对UHV/CVD条件下生长的Ge量子点进行退火处理,获得了底宽为20～25nm的光致量子点(LIQD),远小于退火前的量子点大小.LIQD的密度约为6×1010cm-2.分析表明,在ArF准分子激光脉冲作用下,退火样品只有表面扩散,并没有体扩散.激光脉冲对表面Ge原子的扩散控制导致了Ge量子点形貌发生了巨大的改变.该方法为获得高密度小尺寸的Ge量子点提供了新的途径.采用原子力显微镜对光致量子点的表面形貌进行了研究.     

微型铷原子钟专用795nm垂直腔表面发射激光器

针对铷(87 Rb)原子钟激励光源微型化和高温工作的特殊需求,设计并制备了对应铷原子能级跃迁的795nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)。首先,根据k·p理论计算了InAlGaAs/AlGaAs量子阱的价带能级和材料增益,得到最优的量子阱组分和厚度;然后,采用一维传输矩阵方法设计了795nm波段的布拉格反射器(DBR),根据完整结构VCSEL器件的驻波场分布设计了掺杂分布;最后,采用金属有机气相外延(MOVPE)技术生长了优化的795nm VCSEL外延结构,并制备了氧化限制型非闭合台面结构的795nm顶发射器件。实验显示:封装后的75μm口径器件可在室温至85℃范围内连续工作,最高功率为17mW,激光光束呈圆形,发散角为15°,激射波长的温漂系数为0.064nm/℃;在温度为52℃、注入电流为100mA时,激射波长位于794.7nm(对应铷原子钟需要的波长),基本满足铷原子钟激励光源对波长稳定和高温工作的要求。     

垂直外腔面发射半导体激光器的双波长调控研究

报道了一种结构紧凑的垂直外腔面发射激光器（Vertical-External-Cavity Surface-Emitting Laser,VECSEL）及其双波长调控。通过调控泵浦光功率,实现了VECSEL输出的两个激光波长之间的相互转换,双波长的间隔接近50 nm。VECSEL的输出功率曲线呈现明显的两次翻转,翻转点对应了激射波长的转换。这是由于泵浦功率变化改变了增益芯片内部的温度,进而通过热调谐使得发光区增益峰值被调谐到腔模的不同位置。在0℃时,每个激射波长的最大输出功率都在1.5 W以上。随着泵浦功率的改变,激射波长可以在950 nm和1000 nm之间切换,同时还可以在1.5 W以上的功率水平下实现双波长同时激射。这种可切换波长及双波长同时激射的VECSEL器件在光调制、差频等领域有较大应用潜力。     

量子阱调制双波长光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器

报道了一种采用单个增益芯片实现双波长输出的光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器（VECSEL）。VECSEL所用的增益芯片发光区由两组不同发光波长的量子阱组成,其中一组发光波长较短的量子阱采用吸收区泵浦的方式,另一组发光波长较长的量子阱采用阱内泵浦方式。在VECSEL工作时,吸收区泵浦的短波长量子阱率先激射,由于发光波长较长的量子阱对短波长量子阱的强度调制效应,此时可以观察到两种波长的光谱峰值强度随时间周期性振荡,采用高灵敏探测器观察到VECSEL此时的输出激光呈现出脉冲输出形式。随着泵浦功率进一步增加,VECSEL的输出激光呈现稳定的双波长输出,激光波长峰位分别位于967.5 nm和969.8 nm。VECSEL双波长稳定输出时的最大激光功率可以达到560 mW,光斑在正交方向呈现对称高斯形貌,正交方向发散角分别为6.68°和6.87°。     

反射各向异性谱在线监测852nm半导体激光器AlGaInAs/AlGaAs量子阱的MOCVD外延生长

研究了生长温度和中断时间对AlGaInAs/AlGaAs量子阱外延质量的影响,并使用金属有机化合物汽相沉积(MOCVD)外延生长了AlGaInAs/AlGaAs量子阱和852nm半导体激光器。通过使用反射各向异性谱(RAS)和光致发光谱在线监测和研究了AlGaInAs/AlGaAs界面的外延质量。研究结果表明高温生长可以导致从AlGaInAs量子阱层到AlGaAs势垒层的In析出现象。通过优化生长温度和在AlGaInAs/AlGaAs界面处使用中断时间,可以有效抑制In析出,从而获得AlGaInAs/AlGaAs陡峭界面。使用优化后的外延生长条件,外延生长了整个852nm半导体激光器,使用RAS在线监测了激光器的外延生长过程,可以有效地分辨出不同外延层和生长阶段。     

D-UHV/VCD系统中SiGe薄膜的低温生长

生长温度对SiGe合金的性能有重要影响.在双腔超高真空化学气相淀积生长中,通常采用液氮冷却的方法.该生长模式下,通入乙硅烷时腔内的生长气压约为10-5Pa,SiGe的最低生长温度约为550℃.为了降低生长温度,文中采用了不用液氮冷却的模式.腔内生长气压约为10-2Pa,增加3个数量级,并且将牛长温度降到了485℃,远低于传统的牛长温度.DCXRD测试和TEM图像表明,生长的SiGe薄膜和SiGe/Si超品格具有良好的晶格质量.结果证明,在LJHV/CVD系统中,这是一种有效的实现SiGe低温生长的方法.     

Si衬底上Ge材料的UHVCVD生长

采用超低温Buffer层技术在Si衬底上生长出了质量优良的厚Ge材料,材料的穿透位错密度为1×105cm-2。原子力显微镜测试表明表面均方根粗糙度为0.33nm,卢瑟福背散射谱表明Ge的沟道产额低达3.9%,透射电镜分析则表明应变的弛豫主要是通过在Si与Ge的界面处形成失配位错来实现的。     

双生长室超高真空化学气相淀积系统的研制

本文介绍了中国科学院半导体研究所的双生长室超高真空化学气相淀积系统的工作原理、技术参数、结构、性能及特点。该系统具有双生长室、引入准分子激光和多态源等主要优点,是IV族半导体材料生长和研究的强有力工具。     

D-UHV/VCD系统中SiGe薄膜的低温生长

生长温度对SiGe合金的性能有重要影响. 在双腔超高真空化学气相淀积生长中，通常采用液氮冷却的方法. 该生长模式下，通入乙硅烷时腔内的生长气压约为1E-5Pa,SiGe的最低生长温度约为550℃. 为了降低生长温度，文中采用了不用液氮冷却的模式，腔内生长气压约为1E-2Pa,增加3个数量级,并且将生长温度降到了485℃，远低于传统的生长温度. DCXRD测试和TEM图像表明，生长的SiGe薄膜和SiGe/Si超晶格具有良好的晶格质量. 结果证明，在UHV/CVD系统中，这是一种有效的实现SiGe低温生长的方法.