GaInNAs／GaAs量子阱激光器的发展与未来

ＧｓＩｎＮＡｓ是一种直接带隙半导体材料,在长波长（１．３０和１．５５μｍ）光通信系统中具有广阔的应用前景。通过调节Ｉｎ和Ｎ的组分,既可获得应变ＧａＩｎＮＡｓ外延材料,也可制备ＧａＩｎＮＡｓ与ＧａＡｓ匹配的异质结构,其波长覆盖范围为０．９￣２．０μｍ．ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子阱激光器的特征温度为２００Ｋ,远大于现行ＧａＩｎＮＡｓＰ／ＩｎＰ激光器的特征温度（Ｔ０＝５０Ｋ）。ＧａＩｎＮＡｓ光电子器件     

GaAs基GaInNAs太阳电池研究进展

在研究新型高效GaAs基三结和四结太阳电池过程中,研究者努力寻找一种既满足能隙约为1eV,同时又与GaAs衬底晶格匹配的半导体材料。通过调节组分,GaInNAs可同时满足上述两个特性,因此GaInNAs被认为是制备新型高效多结GaAs基太阳电池的理想材料。但实际上,制备高晶体质量GaInNAs材料十分困难,造成所制备的器件性能低下,未能达到实际要求。探讨了导致GaInNAs材料生长困难的机理,并对当前GaAs基GaInNAs太阳电池材料的研究历程和技术现状进行了概述。在此基础上,展望了GaInNAs技术的未来走向。     

GaInNAs/GaAs量子阱激光器的发展与未来

ＧａＩｎＮＡｓ是一种直接带隙半导体材料,在长彼长（１．３０和 １．５５μｍ）光通信系统 中具有广阔的应用前景．通过调节 Ｉｎ和 Ｎ的组分,既可获得应变 ＧａＩｎＮＡｓ外延材料,也可制 备ＧａＩｎＮＡｓ与ＧａＡｓ匹配的异质结构,其波长覆盖范围为０．９－Ｎ２．０μｍ．ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ 量子阱激光器的特征温度为 ２００ Ｋ,远大于现行 ＧａＩｎＮＡｓＰ／ＩｎＰ激光器的特征温度（Ｔ０＝５０ Ｋ）． ＧａＩｎＮＡｓ光电子器件的此优异特性,对于提高光纤通信系统的稳定性、可靠寿命具有特 别重要的意义．由于ＧａＩｎＮＡｓ和具有高反射率（高达９９％）ＡＩ（Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡｓ的分布布拉格 反射镜（ＤＢＲ）可生长在同－ＧａＡｓ衬底上,因此它是长波长（１．３０和 １．５５ μｍ）垂直腔面 发射激光器（ＶＣＳＥＬ）的理想材料．垂直腔面发射激光器是光纤通信、互联网和光信号处理的 关键器件． ＧａＡｓ基的超高速集成电路（ＩＣ）已有相当成熟的工艺．如果 ＧａＩｎＮＡｓ－ＶＣＳＥＬ 与 ＧａＡｓ－ＩＣ相结合,将使光电集成电路（ＯＥＩＣ）开拓出崭新的局面．本文还报道我们课题 组研制高质量 ＧａＮＡｓ／ＧａＡｓ超晶格和大应变 ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子阱结构取     

GaAs/GaInNAs多量子阱谐振腔增强型长波长光探测器

报道了一种具有高速响应特性的GaAs基长波长谐振强增强型(RCE)光探测器,它采用分子束外延技术(MBE)在GaAs衬底上直接生长GaAs/AlAs布拉格反射镜(DBR)和GaInNAs/GaAs多量子阱吸收层而形成,解决了GaAs系材料只能对短波长光响应的问题,实现了GaAs基探测器对长波长光的响应。该器件在峰值响应波长1296.5nm处获得了17.4%的量子效率,响应谱线半宽为11nm,零偏置时的暗电流密度8.74×10-15A/μm2,具有良好的暗电流特性。通过RC常数测量计算得到器件的3dB带宽为4.82GHz。     

量子阱GaAs太阳电池的质子辐射效应

用I-V特性、光谱响应和深能级谱分析辐射效应，分析了1e9～2e13cm－2，2MeV质子辐照量子阱GaAs太阳电池．结果表明，随辐照注量增大，电池Isc，Voc，Pmax衰降程度增加；相同的注量，Pmax衰降程度最大．当注量大于3e12cm－2时，Isc衰降程度比Voc的大；当注量小于3e12cm－2时，Voc衰降程度比Isc的大；在900～1000nm波长范围内，2e13cm－2辐照使量子阱光谱响应特性消失．这与量子阱结构受到损伤引入位于Ec－0.35eV的深能级有关．     

量子阱GaAs太阳电池的质子辐射效应

用I-V特性、光谱响应和深能级谱分析辐射效应,分析了1×109～2×1013cm-2,2MeV质子辐照量子阱GaAs太阳电池.结果表明,随辐照注量增大,电池Jsc,Voc,Pmax衰降程度增加;相同的注量,Pmax衰降程度最大.当注量大于3×1012cm-2时,Isc衰降程度比Voc的大;当注量小于3×1012cm-2时,Voc衰降程度比Isc的大;在900～1000nm波长范围内,2×1013cm-2辐照使量子阱光谱响应特性消失.这与量子阱结构受到损伤引入位于Ec-0.35eV的深能级有关.     

应变GaInNAs/GaAs量子阱光增益特性研究

采用近似方法对GaInNAs材料的能带结构进行了分析,并计算了应变GaInNAs/GaAs量子阱能级,在此基础上进一步计算了应变GaInNAs/GaAs量子阱的材料光增益谱.对计算结果的分析表明,应变GaInNAs/GaAs量子阱材料是一种可以应用于1 300 nm波段的新型长波长半导体光电子材料.     

1.3μm GaAs基GaInNAs量子阱生长与激光器研制

报道了中国第一只1.30μm单量子阱边发射激光器的材料生长、器件制备及特性测试.通过优化分子束外延生长参数,调节In和N组分含量使GaInNAs量子阱的发光波长覆盖1.3μm范围.脊形波导条形结构单量子阱边发射激光器,实现了室温连续激射,激射波长为1.30μm,阈值电流密度为1kA/cm2,输出功率为30mW.     

退火后无应变Ga1-xInxNyAs-y/GaAs量子阱的带隙

针对快速热退火引起的N最近邻原子环境的变化,建立了热平衡态下Ga1-xInxNyAs-y合金中各二元化合键的统计分布模型.并将理论计算得到的N周围平均In原子数r引入到BAC经验模型中,对退火后的Ga1-xInxNyAs-y体材料带隙进行了计算.最后,利用讨论BAC模型中电子波函数边界条件的方法,计算了无应变Ga1-xInxNyAs-y/GaAs量子阱的带隙.     

退火后无应变Ga1-xInxNyAs1-y/GaAs量子阱的带隙

针对快速热退火引起的N最近邻原子环境的变化,建立了热平衡态下Ga1-xInxNyAs1-y合金中各二元化合键的统计分布模型.并将理论计算得到的N周围平均In原子数r引入到BAC经验模型中,对退火后的Ga1-xInxNyAs1-y体材料带隙进行了计算.最后,利用讨论BAC模型中电子波函数边界条件的方法,计算了无应变Ga1-xInxNyAs1-y/GaAs量子阱的带隙.     

GaAs量子阱太阳能电池转换效率的计算

采用细致平衡模型计算了GaAs量子阱太阳能电池的转换效率,同时对量子阱结构带来的几种效应,如准费米能级分离、热载流子效应等进行了分析,并将碰撞离化效应引入此细致平衡模型中,通过计算研究了其对量子阱太阳能电池转换效率的影响.结果表明碰撞离化效应可以提高电池的转换效率,但提高幅度有限.     

GaAs量子阱太阳能电池转换效率的计算

采用细致平衡模型计算了GaAs量子阱太阳能电池的转换效率,同时对量子阱结构带来的几种效应,如准费米能级分离、热载流子效应等进行了分析,并将碰撞离化效应引入此细致平衡模型中,通过计算研究了其对量子阱太阳能电池转换效率的影响.结果表明碰撞离化效应可以提高电池的转换效率,但提高幅度有限.     

Short-wavelength GaInNAs/GaAs semiconductor disk lasers

The use of GaInNAs/GaAs as an alternative active material to InGaAs/GaAs for semiconductor disk lasers with Watt-level emission in the 1160?1210 nm wavelength range is reported.     

GaInNAs/GaAs量子阱的光致发光谱和光调制反射谱

研究了GaInNAs/GaAs多量子阱在不同温度和激发功率下的光致发光(PL)谱以及光调制反射(PR)谱.发现PL谱主发光峰的能量位置随温度的变化不满足Varshni关系,而是呈现出反常的S型温度依赖关系.进一步测量,特别是在较低的激发光功率密度下,发现有两个不同来源的发光峰,它们分别对应于氮引起的杂质束缚态和带间的激子复合发光.随温度变化,这两个发光峰相对强度发生变化,造成主峰(最强的峰)的位置发生切换,从而导致表观上的S型温度依赖关系.采用一个基于载流子热激发和出空过程的模型来解释氮杂质团簇引起的束缚态发光峰的温度依赖关系.     

CdTe/ZnTe/GaAs Heterostructures for Single-Crystal CdTe Solar Cells

Amorphous CdS/single-crystal CdTe solar cells were grown on GaAs substrates by metalorganic chemical vapor deposition. The structures of the films and the electrical properties of the devices were characterized. Highly conducting arsenic-doped ZnTe was grown on GaAs(100) substrates as the buffer layer for CdTe growth. By use of a ～30-nm ZnTe buffer layer, a p-CdTe film with a doping level of ～5×10¹⁶ cm^?3 was achieved. The hole concentration of p-CdTe increased with increasing VI/II ratio under a high As concentration during growth. From temperature-dependent Hall transport measurements, the ionization energy of the As acceptor in the p-CdTe was estimated to be approximately 88 meV. Ohmic behavior of the junctions between CdTe/ZnTe and ZnTe/GaAs was also confirmed. The solar cell performance of this structure, for example an open circuit voltage of 0.63 V, could be improved if the crystal quality of the CdTe film is optimized and the dislocation density of the CdTe film is minimized.     

GaInNAs/GaAs量子阱结构基态光跃迁的能量

从理论和实验两个方面对GaInNAs/GaAs量子阱结构基态的光跃迁能量进行研究.在理论计算过程中,分别采用电子有效质量近似法和双能级推斥模型计算了GaInNAs合金的电子空穴分立能级的能量及其带隙能,讨论了由应变引起的带隙变化量.将理论计算结果与光致发光的实验结果进行比较,两者符合得很好.并简单分析了N的加入对GaInNAs合金带隙能产生的影响.     

GaInNAs/GaAs量子阱的光致发光谱和光调制反射谱

研究了GaInNAs/GaAs多量子阱在不同温度和激发功率下的光致发光(PL)谱以及光调制反射(PR)谱.发现PL谱主发光峰的能量位置随温度的变化不满足Varshni关系,而是呈现出反常的S型温度依赖关系.进一步测量,特别是在较低的激发光功率密度下,发现有两个不同来源的发光峰,它们分别对应于氮引起的杂质束缚态和带间的激子复合发光.随温度变化,这两个发光峰相对强度发生变化,造成主峰(最强的峰)的位置发生切换,从而导致表观上的S型温度依赖关系.采用一个基于载流子热激发和出空过程的模型来解释氮杂质团簇引起的束缚态发光峰的温度依赖关系.