掩埋隧道结在长波长VCSEL结构中的应用

采用气态源分子束外延技术在InP(100)衬底上分别生长了δ掺杂的p+-AlIn-As-n+-InP和p+-InP-n+-InP两种隧道结结构,用电化学C-V和I-V特性曲线表征了载流子浓度和电学特性,发现p+-AlInAs-n+-InP隧道结性能优于p+-InP-n+-InP隧道结.在InP(100)衬底上生长了包含p+-AlInAs-n+-InP掩埋隧道结和多量子阱有源层的1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构,测试得出其开启电压比普通的pin结VCSEL小,室温下其电致发光谱波长为1.29μm.     

掩埋隧道结在长波长VCSEL结构中的应用

采用气态源分子束外延技术在InP(100)衬底上分别生长了δ掺杂的p -AlIn-As-n -InP和p -InP-n -InP两种隧道结结构,用电化学C-V和I-V特性曲线表征了载流子浓度和电学特性,发现p -AlInAs-n -InP隧道结性能优于p -InP-n -InP隧道结.在InP(100)衬底上生长了包含p -AlInAs-n -InP掩埋隧道结和多量子阱有源层的1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构,测试得出其开启电压比普通的pin结VCSEL小,室温下其电致发光谱波长为1.29μm.     

长波长VCSEL结构中的欧姆接触工艺

简要叙述了欧姆接触工艺在长波长垂直腔面发射激光器(VCSEL)制作中的重要作用.采用圆环传输线方法(CTLM)研究了应用于长波长VCSEL结构的p型InGaAsP和InP材料与Ti-Au的接触特性,发现p-InGaAsP与Ti-Au经高温退火后能获得欧姆接触,其最低比接触电阻值可达6.49×10-5Ω·cm2.将此工艺结果应用于1.3 μm VCSEL结构中,发现其开启电压和串联电阻显著减小.     

AllnAs/InP异质隧道结的设计与器件应用

应用高掺杂pn结和异质结能带理论,计算了AllnAs/InP异质隧道结的电学特性,发现其性能优于AllnAS和InP同质隧道结,并得出了掺杂浓度与隧道电流的关系曲线.采用气态源分子束外延(GSMBE)设备生长了面电阻率约为10~(-4)Ω·cm~2的AllnAs/InP异质隧道结结构,并应用于制作1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL),器件在室温下脉冲激射.

Abstract：

By using high doping pn junction and heterojunction energy band model,electrical properties of AlInAs/InP tunnel junction are calculated.It is found that AlInAs/InP hetero-tunnel junction is superior to AlInAs or InP homo-tunnel junction,and the influence of doping level on the tunneling current is discussed.AlInAs/InP tunnel junction structures are grown by gas-source molecular-beam epitaxy (GSMBE) with the specific contact resistivity of about 10~(-4) Ω·cm~2.Then such structures are adopted in the fabrication of 1.3 μm vertical-cavity surface-emitting lasers(VCSEL).     

850nm氧化物限制型VCSEL的温度特性

采用热封闭系统对850nm氧化物限制型VCSEL的温度特性进行了研究．实验证实该器件在80℃仍能正常工作,在20～80℃的温度区间内,器件的斜率效率由0.3mW/mA降到0.2mW/mA．根据阈值电流的温度依赖性得出T0=350K,器件的基模红移为0.11nm/mW,实验确定其热阻为2.02℃/mW．     

850nm氧化物限制型VCSEL的温度特性

采用热封闭系统对850nm氧化物限制型VCSEL的温度特性进行了研究.实验证实该器件在80℃仍能正常工作,在20～80℃的温度区间内,器件的斜率效率由0.3mW/mA降到0.2mW/mA.根据阈值电流的温度依赖性得出T0=350K,器件的基模红移为0.11nm/mW,实验确定其热阻为2.02℃/mW.     

VCSEL的发展现状和市场应用

近年来由于高速光网络的快速发展，使人们对一种新型的半导体激光器——垂直腔面发射激光器(VCSEL)给予了更多的关注，已成为研究开发的热点。本介绍了VCSEL的发展进程、基本结构及较之于侧面发射激光器(包括与LED作比较)的优势，以及近期出现的新技术和封装手段，详细叙述了各波段VCSEL所用的材料、技术、市场应用。最后简述了VCSEL基光收发机的市场状况。     

基于VCSEL的RCE探测器光电响应特性

对垂直腔面发射激光器（VCSEL）及由此制成的谐振增强型（RCE）光电探测器进行分析研究，激光器的Ith=3mA,ηd=15%,λp=839nm，和Δλ1／2=0．3nm，具有良好的波长选择特性，量子效率5％－35％（0V－5V），优化设计顶镜反射率，还能得到量子效率峰值和半宽优化兼容的VCSEL基RCE光电探测器。     

隧道再生结构的垂直腔面发射激光器激射特性研究

对隧道再生多有源区内腔接触式垂直腔面发射激光器(VCSEL)材料特性进行了实验研究,得到了VCSEL外延片量子阱增益谱峰值波长、谐振腔谐振波长、DBR反射谱中心波长及材料的生长厚度偏差等重要信息。如果谐振腔谐振波长比增益谱峰值波长长20nm以上,阈值条件很难得到满足,器件很难实现激射。符合模拟参数生长的双有源区隧道再生VCSEL实现了室温激射。氧化孔径8.3μm器件,在11mA注入电流下,获得5mW的输出功率,斜率效率0.702mW/mA,激射波长970nm。     

掩埋隧道结VCSEL芯片小信号等效电路模型

提出了适用于一种1.55μm掩埋隧道结垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片的小信号等效电路模型.等效电路的提出是基于半导体激光器速率方程以及VCSEL芯片结构,电路中各元件都有严格的物理意义.根据实验测得芯片的反射系数及传输参数,通过小信号等效电路仿真模拟,得到电路各元件参数值.不同偏置电流下,模拟结果与实验结果吻合都非常好,证明了该等效电路的有效性.     

16信道0.35μmCMOS/VCSEL光发射模块

研究了垂直腔面发射激光器 (VCSEL)及其列阵器件的光谱特性、调制特性、高频特性及与微电子电路的兼容性 ,将 1× 16的VCSEL与CMOS专用集成电路进行多芯片组装 (MCM ) ,混合集成为 16信道VCSEL光发射功能模块 .测试过程中 ,功能模块的光电特性及其均匀性良好 ,测量的 - 3dB频带宽度大于 2GHz.     

隧道结AlGaInP发光二极管

报道了通过隧道结将衬底的导电类型从n型转变到p型,从而可以利用n型GaP作为以n型GaAs为衬底的AlGaInP发光二极管的电流扩展层.n型电流扩展层的电阻率低于p型电流扩展层的电阻率,这种结构改善了电流扩展层的作用,从而提高了发光二极管的光提取效率.对3μm GaP电流扩展层的发光二极管,实验结果表明,隧道结发光二极管的发光功率与具有相同基本结构的传统发光二极管相比,20mA时发光功率提高了50%,100mA时提高了66.7%.     

16信道0.35μm CMOS/VCSEL光发射模块

研究了垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其列阵器件的光谱特性、调制特性、高频特性及与微电子电路的兼容性,将1×16的VCSEL与CMOS专用集成电路进行多芯片组装(MCM),混合集成为16信道VCSEL光发射功能模块.测试过程中,功能模块的光电特性及其均匀性良好,测量的-3dB频带宽度大于2GHz.     

隧道结AlGaInP发光二极管

报道了通过隧道结将衬底的导电类型从n型转变到p型,从而可以利用n型GaP作为以n型GaAs为衬底的AlGaInP发光二极管的电流扩展层.n型电流扩展层的电阻率低于p型电流扩展层的电阻率,这种结构改善了电流扩展层的作用,从而提高了发光二极管的光提取效率.对3μm GaP电流扩展层的发光二极管,实验结果表明,隧道结发光二极管的发光功率与具有相同基本结构的传统发光二极管相比,20mA时发光功率提高了50%,100mA时提高了66.7%.     

p-n结的隧道击穿模型研究

建立了抽象化的理论模型对p-n结隧道击穿机理进行定量研究,在理论模型的基础上探讨了电子势垒的形状以及势垒形状随外加电压的变化,并进行定量计算,得出隧穿电压随杂质掺杂浓度的变化规律。所得结论与硅、锗p-n结实验数据相吻合,证明了所建立的理论模型在定量研究p-n结的隧道击穿中的合理性与实用性。该理论模型对研究一般材料或器件的隧道击穿具有重要的借鉴意义。     

确定VCSEL电势及载流子自洽分布算法的研究

分别使用准Fermi能级和pn结模型决定VCSEL的有源层压降,建立了两种自洽确定VCSEL中电势及载流子分布的方法.针对电极电压变化和氧化层限制孔径变化的两种情况,在阈值附近对器件中的结电压分布、载流子浓度分布和注入有源层电流密度分布进行了计算;针对两者所得结果的差异进行了简要的分析,指出了二者的特点及适用范围.