一种增强量子阱混合的新技术

采用PECVD技术在1．55μm InGaAsP—InP MQW激光器结构的材料上沉积SiO2薄膜和含磷组分的SiO(P)电介质薄膜，经过快速热退火(RTA)后，样品的PL谱测试表明：覆盖有普通SiO2薄膜的样品蓝移量在5～74nm，而覆盖SiO(P)薄膜的样品呈现出341nm的大蓝移量。对SiO(P)薄膜的样品经红外光谱及XPS谱分析后证明，该膜的结构为SiOP，存在Si-O和P—O键，Si和P为正价键，其结合能分别为103．6eV和134．6eV。在退火过程中SiOP膜存在P原子的外扩散，它强烈地影响量子阱混合的效果，该SiOP膜明显区别于SiO2电介质薄膜。     

快速热退火对InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱材料发光特性的影响

I型InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱是1.8～3μm波段锑化物半导体激光器的首选材料,为进一步提升分子束外延生长的InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱材料的光学性能,本文对其进行了快速热退火处理,通过光致发光光谱研究了快速热退火对量子阱材料光致发光特性的影响。光致发光光谱测试结果表明,快速热退火会使量子阱结构中垒层、阱层异质界面处的原子互扩散,改善量子阱材料的晶体质量,促使结构释放应力,进而提高了量子阱材料的光学性能。随着退火温度升高,量子阱材料的室温光致发光谱峰位逐渐蓝移,在500,550,600℃退火后,量子阱材料光致发光谱的峰位分别蓝移了7,8,9 meV。通过变温及变功率光致发光光谱测试,确认了样品发光峰的来源,位于0.687 eV的发光峰为局域载流子的复合,位于0.701 eV的发光峰为自由激子的复合。对不同退火温度的样品进一步研究后发现,退火温度的升高降低了材料中局域态载流子复合的比例,在600℃退火温度下局域载流子与自由激子的强度比值降为500℃退火温度下的22.6%,这表明合适温度的快速热退火处理可以有效改善量子阱材料的光致发光特性。     

含磷组分薄膜对InGaAsP/InP多量子阱无序处理的影响

报道了采用不同的电介质薄膜SiO2、SiOxNy、Si3N4和SiOxPyNz及其组合用于InGaAsP/InP多量子阱材料的包封源.在高纯氮气保护下经850℃、7s的快速退火处理,结果发现:含磷组分SiOxPyNz电介质薄膜包封下的InGaAsP/InP量子阱带隙展宽十分显著,高达224meV,PL谱峰值波长蓝移342nm,半宽较窄仅为25nm,说明量子阱性能保持十分良好,并对此现象的成因做了初步分析.     

含磷组分薄膜对InGaAsP/InP多量子阱无序处理的影响

报道了采用不同的电介质薄膜SiO2、SiOxNy、Si3N4和SiOxPyNz及其组合用于InGaAsP/InP多量子阱材料的包封源.在高纯氮气保护下经850℃、7s的快速退火处理,结果发现:含磷组分SiOxPyNz电介质薄膜包封下的InGaAsP/InP量子阱带隙展宽十分显著,高达224meV,PL谱峰值波长蓝移342nm,半宽较窄仅为25nm,说明量子阱性能保持十分良好,并对此现象的成因做了初步分析.     

氢离子注入法提高InAsP/InP应变多量子阱发光特性

采用气态源分子束外延系统生长了InAsP/InP应变多量子阱,研究了H 注入对量子阱光致发光谱的影响以及高温快速退火对离子注入后的量子阱发光谱的影响.发现采用较低H 注入能量(剂量)时,量子阱发光强度得到增强;随着H 注入能量(剂量)的增大,量子阱发光强度随之减小.H 注入过程中,部分隧穿H 会湮灭掉量子阱结构界面缺陷,同时H 也会对量子阱结构带来损伤,两者的竞争影响量子阱发光强度的变化.高温快速退火处理后,离子注入后的量子阱样品发光峰位在低温10K相对于未注入样品发生蓝移,蓝移量随着H 注入能量或剂量的增大而增加.退火过程中缺陷扩散以及缺陷扩散导致的阱层和垒层之间不同元素互混是量子阱发光峰位蓝移的原因.     

基于循环退火技术的InGaAs/AlGaAs量子阱混杂

为了解决由于激光器腔面处的光吸收引起的腔面光学灾变损伤(COD),采用无杂质空位扩散(IFVD)法,研究了由SiO2电介质层诱导的InGaAs/AlGaAs量子阱结构的带隙蓝移。使用等离子化学气相沉积(PECVD)在InGaAs/AlGaAs量子阱的表面生长SiO2电介质层;然后采用IFVD在N2环境下进行高温退火实验,从而实现量子阱混杂(QWI)。实验结果表明:蓝移量的大小随退火时间和电介质层厚度的变化而变化,样品覆盖的电介质层越厚,在相同的退火温度下承受的退火时间越长,得到的蓝移量也越大。然而,在高温退火中的时间相对较长时,退火对量子阱造成的损坏相当大。高温短时循环退火,能够在保护量子阱晶体质量的同时实现QWI。通过在850℃退火6min下循环退火5次,得到了46nm的PL蓝移,且PL峰值保持在原样品的80%以上。     

基于无杂质空位混杂法制备带有无吸收窗口的940nm GaInP/GaAsP/GaInAs半导体激光器研究

为提高940nm半导体激光器抗灾变性光学损伤(COD)能力,采用无杂质空位量子阱混杂技术制备了带有无吸收窗口的940nm GaInP/GaAsP/GaInAs半导体激光器。借助光致发光光谱分析了退火温度和介质膜厚度对GaInP/GaAsP/GaInAs单量子阱混杂的影响;通过电化学电容-电压(EC-V)方法检测了经高温退火后激光器外延片的掺杂浓度分布的变化情况。实验发现,在875℃快速热退火条件下,带有磁控溅射法制备的200nm厚的SiO2盖层样品发生蓝移达29.8nm,而电子束蒸发法制备的200nm厚TiO2样品在相同退火条件下蓝移量仅为4.3nm。两种方法分别对蓝移起到很好的促进和抑制作用。将优化后的条件用于带有窗口结构的激光器器件制备,其抗COD能力提高了1.6倍。     

InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品,进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量.PL测量结果表明,相对于带有蓝宝石衬底的样品,InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移,而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移;喇曼光谱的结果表明,激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1.这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放,但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化.XRD的结果证实了这一结论.     

InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品,进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量.PL测量结果表明,相对于带有蓝宝石衬底的样品,InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移,而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移;喇曼光谱的结果表明,激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1.这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放,但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化.XRD的结果证实了这一结论.     

InGaN/GaN 和 InGaN/AlGaN 多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品，进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量. PL测量结果表明，相对于带有蓝宝石衬底的样品，InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移，而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移；喇曼光谱的结果表明，激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1. 这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放，但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化. XRD的结果证实了这一结论.     

浅离子注入InGaAs/InGaAsP SL-MQW激光器的混合蓝移效应

利用３００ｋｅＶ的Ｐ＋离子对ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ应变层多量子阱（ＭＱＷ）激光器外延结构实施浅注入,经Ｈ２／Ｎ２混合气氛下的快速退火,结构的光致发光（ＰＬ）峰值波长蓝移了７６ｎｍ,所作宽接触激光器的激射波长蓝移了７７．９ｎｍ．发现具有应变结构的ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷ,在较低的诱导因素作用下即可产生较大的量子阱混合（ｉｎｔｅｒｍｉｘｉｎｇ）效应     

多变量离子注入型量子阱混杂效应

为实现InP基单片集成光电子器件和系统,对InGaAsP/InGaAsP分别限制异质结多量子阱激光器结构展开量子阱混杂(QWI)技术研究。在不同能量P离子注入、不同快速热退火(RTA)条件以及循环退火下,研究了有源区量子阱混杂技术,实验结果采用光致发光(PL)谱进行表征。实验结果表明:在不同变量下皆可获得量子阱混杂效果,其中退火温度影响最为显著,且循环退火可进一步提高量子阱混杂效果;PL谱蓝移随着退火温度、退火时间和注入能量的增大而增大,退火温度对蓝移的影响最大,在注入剂量为1×10^14 ion/cm2,注入能量为600keV,750℃二次退火150s时获得最大蓝移量116nm。研究结果为未来基于QWI技术设计和制备单片集成光电子器件和系统奠定了基础。     

低能氦离子注入引入的量子阱混杂带隙波长蓝移

提出了采用低能氦离子注入多量子阱(MQW)材料和合适的快速退火条件,实现了MQW带隙波长的蓝移.用这种材料制作了FP腔激光器,与未注入器件相比,实现了37nm的激射波长蓝移.     

低能氦离子注入引入的量子阱混杂带隙波长蓝移

提出了采用低能氦离子注入多量子阱(MQW)材料和合适的快速退火条件,实现了MQW带隙波长的蓝移.用这种材料制作了FP腔激光器,与未注入器件相比,实现了37nm的激射波长蓝移.     

采用IFVD-QWI技术制备电吸收调制DFB激光器

采用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 法在I nGaAsP多量子阱/InP缓冲层/InGaAs层上沉积SiO₂薄膜,通过N₂气氛下快速热退火(RTA )方法实现无杂质空位扩散(IFVD)的量子阱混杂(QWI)。对不同退火温度下量子 阱增益峰值波长的蓝移特性进行了实验摸索,在780℃@80s的退火条 件下,可以获得最大72.8nm的相对波长 蓝移量,并且发现快速热退火RTA温度低于780℃以下时,LD区的波长 蓝移量随温 度变化基本能控制在10nm以内。 通过选取合适退火条件实现了光荧光(PL)峰值波长约50nm的蓝移量, 在选区制备出合适带隙波长材料的基 础上,在LD区制作全息光栅并二次外延P型掺杂电接触层后,采用标准化浅脊波导电吸收 调制(EAM)分布反馈 激光器(EML)工艺制备了1.5μm波长的EML管芯,器件阈值为 20m A,出光功率达到2mW@90mA,静态消光比在＋6V反偏压下为9.5dB。     

磷离子注入诱导InGaAsP／InP双量子阱混合的研究

本文用光荧光(PL)方法研究了磷离子注入具有两个不同发射波长的InGaAsP/InP双量子阱结构引起的混合。注入能量为120keV,剂量范围为1×1011-1×1014/cm2。注入后,在高纯氮保护下,样品在700℃进行快速热退火30秒。实验结果表明,小剂量注入(～1011/cm2)能较好地诱导近表面阱的混合,且两个阱保持了不同发射波长,说明离子注入诱导量子阱混合与注入深度有关。大剂量注入(>1012/cm2)时,发射波长为1.59μm量子阱混合的程度(蓝移值大于130nm)超过了1.52μm量子阱混合的程度,且两个阱的PL发射峰基本上合并成一个单峰。     

Cu/SiO2逐层沉积增强无杂质空位诱导InGaAsP/InGaAsP量子阱混杂

研究了Cu/SiO_2逐层沉积增强的无杂质空位诱导InGaAsP/InGaAsP多量子阱混杂(QWI)行为。在多量子阱(MQW)外延片表面,采用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)不同厚度的SiO_2,然后溅射5 nm Cu,在不同温度下进行快速热退火(RTA)诱发量子阱混杂。通过光荧光(PL)谱表征样品在QWI前后的变化。实验结果表明,当RTA温度小于700℃时,PL谱峰值波长只有微移,且变化与其他参数关系不大;当RTA温度大于700℃时,PL谱峰值波长移动与介质层厚度和RTA时间都密切相关,当SiO_2厚度为200 nm,退火温度为750℃,时间为200 s时,可获得54.3 nm的最大波长蓝移。该种QWI方法能够诱导InGaAsP MQW带隙移动,QWI效果与InGaAsP MQW中原子互扩散激活能、互扩散原子密度以及在RTA过程中热应力有关。     

Cu溅射诱导增强量子阱混杂实验研究

在InP基异质结InGaAsP多量子阱(MQW)结构上溅射Cu/SiO2复合层,开展了量子阱混杂(QWI)材料的实验研究。经快速退火(RTA),实现了比常规无杂质空位扩散(IFVD)方法更大的带隙波长蓝移量。在750℃、200s的退火条件下,获得最大172nm的波长蓝移;通过改变退火条件,可实现不同程度的蓝移,满足光子集成技术中不同器件对带隙波长的需求。为了验证其用于光子集成领域的可行性,利用混杂技术分别制备了宽条激光器和单片集成电吸收调制激光器(EML)。在675℃退火温度,80s、120s和200s的退火时间下分别实现了61、81和98nm的波长蓝移;并且,相应的宽条激光器的电激射光(EL)谱偏调量与其材料的光致荧光(PL)谱偏调量基本一致。在675℃、120s退火条件下,制备的EML集成器件中,电吸收调制器(EAM)和分布反馈(DFB)激光器区的蓝移量分别83nm和23.7nm,相对带隙差为59.3nm。EML集成器件在激光器注入电流为100mA、调制器零偏压时出光功率达到9.6mW;EAM施加-5V反向偏压时静态消光比达16.4dB。     

SiO2膜增强InGaAsP超晶格外延片的量子阱混合

对晶格与InP匹配的InGaAsP超晶格结构外延片,运用等离子增强化学气相沉积法镀SiO2膜,随后用碘钨灯快速热退火,进行无杂质空位扩散(IFVD)技术的实验研究,测量光致发光谱后得到了最大50nm的峰值位置蓝移;表明在没有掺杂和没有应变的情况下,IFVD仍有较好的处理量子阱材料的能力.对影响IFVD工艺的重复性因素进行了探讨.     

快速热退火对高应变InGaAs/Ga As量子阱的影响

用固态分子束外延技术生长了高应变In0.45Ga0.55As/GaAs量子阱材料. 研究了快速热退火对高应变InGaAs/GaAs量子阱材料光学性质的影响. 本文采用假设InGaAs/GaAs量子阱中的In-Ga原子扩散为误差函数扩散并解任意形状量子阱的薛定谔方程的方法，对不同退火温度下InGaAs/GaAs量子阱室温光致发光峰值波长拟合，得到了In原子在高应变InGaAs/GaAs量子阱中的扩散系数以及扩散激活能（0.88eV) .