Terahertz Semiconductor Quantum Well Devices

For eventually providing terahertz science with compact and convenient devices,terahertz (1～10THz) quantum-well photodetectors and quantum-cascade lasers are investigated. The design and projected detector performance are presented together with experimental results for several test devices,all working at photon energies below and around optical phonons. Background limited infrared performance (BLIP) operations are observed for all samples (three in total) ,designed for different wavelengths. BLIP temperatures of 17,13, and 12K are achieved for peak detection frequencies of 9.7THz(31μm) ,5.4THz(56μm) ,and 3.2THz(93μm) ,respectively. A set of THz quantum-cascade lasers with identical device parameters except for doping concentration is studied. The δ-doping density for each period varies from 3.2 × 1010 to 4. 8 × 1010cm-2. We observe that the lasing threshold current density increases monotonically with doping concentration. Moreover, the measurements for devices with different cavity lengths provide evidence that the free carrier absorption causes the waveguide loss also to increase monotonically. Interestingly the observed maximum lasing temperature is best at a doping density of 3.6 × 1010cm-2.     

量子阱太赫兹探测材料设计与生长的研究*

子带跃迁的量子阱结构太赫兹探测器具有响应速度快等特点,有广泛的应用前景,越来越受到研究 人员的关注。以量子力学基本原理,量子阱结构材料光吸收的特性,以及光导型探测器暗电流分析为基础,进行了 量子阱厚度、势垒层Al 含量和量子阱掺杂浓度等参数的AlGaAs/ GaAs 量子阱太赫兹探测材料结构设计,按照优化 后的外延参数进行了材料生长,获得了符合设计要求的探测材料。     

太赫兹量子级联激光器

太赫兹技术近年来发展迅速,应用越来越广泛,是当前的热门研究领域。太赫兹量子级联激光器是产生太赫兹辐射的重要器件,对太赫兹量子级联激光器的发展,以及有源区和波导层的设计等进行了详细讨论。     

AlGaAs/GaAs量子阱探测器的吸收光谱研究

从定态Schrodinger方程出发,研究了不同Al组分和不同温度对宽量子阱红外探测器吸收光谱的影响。当体系的费米能级固定后,发现量子阱基态束缚能随着A1组分增长而变大,且相应的吸收光谱峰值趋于短波。环境温度对A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器的响应光谱影响不大。通过理论计算定量给出了A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器吸收光谱随量子阱阱宽、Al组分和温度变化的规律。     

共振声子太赫兹量子级联激光器研究

针对四阱有源区、一阱注入区及三阱有源设计,采用蒙特卡洛模拟方法研究了共振声子太赫兹量子级联激光器的性能差异。采用傅里叶变换光谱仪及远红外探测器测量了四阱共振声子太赫兹量子级联激光器的低温电光特性。详细讨论了提高太赫兹量子级联激光器发射功率的方案。     

连续波工作高功率应变单量子阱半导体激光器

利用金属有机化合物气相淀积 ( MOCVD)技术成功生长了 In Ga As/Ga As/Al Ga As分别限制应变单量子阱材料 ,用该材料制成的单管半导体激光器在室温下连续波输出功率高达 2 .36 W,中心激射波长为 94 4nm,斜率效率高达 0 .96 W/A,阈值电流密度为 177.8A/cm2。该波长的半导体激光器是 Yb:YAG固体激光器的理想泵浦源。     

量子阱红外探测器及相关量子器件的研究进展

本文紧扣量子阱中电子跃迁特点,围绕量子阱红外探测器(QWIP)的器件物理和器件应用的研究,分析QWIP的主要物理性质和器件性能,阐述QWIP及QWIP相关器件国内外研究动态,判断其发展趋势和研究方向。     

p型半导体量子阱的有效计算方法

提出一种p型半导体量子阱中二维空穴气的有效计算方法。它使用半轴向近似把Luttinger哈密顿简约成3*3矩阵,而仍保留价带的扭曲性和重空穴、轻空穴和自旋-轨道耦合带间的能带混合。使用这种方法和简化的有限差分算出了p型半导体量子阱的价带结构和二维空穴气。研究了量子阱中的价带混合、能带扭曲和阱间空穴气的耦合。该方法计算量少,计算结果满足价带特性,适用于p型异质结器件的优化设计。     

GaAlAs/GaAs单量子阱列阵半导体激光器

分析了影响列阵半导体激光器输出功率的因素。利用分子束外延生长法生长出 Ga Al As/Ga As梯度折射率分别限制单量子阱材料 ( GRIN- SCH- SQW)。利用该材料制作出的列阵半导体激光器输出功率达到 10 W(室温 ,连续 ) ,峰值波长为 80 6～ 80 9nm     

半导体量子阱材料及其制备技术

综述了半导体量子阱材料的最新发展动态及其制备技术。     

GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器的γ辐照研究

本文报道了γ射线辐照对量子阱红外探测器性能的影响。γ射线的辐射剂量分别为１ｍｒａｄ、６ｍｒａｄ、１６ｍｒａｄ。测量了器件在不同γ辐照剂量下的光谱响应、暗电汉、黑体响应率。通过对实验结果的分析,暗电流和黑体响应率随γ辐照剂量增加而递减,表明探测器的性能随γ射线辐照剂量的增加而逐步衰减。     

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器的量子阱参数设计

量子阱参数如势阱宽度、势垒高度和阱中的掺杂浓度决定了阱中的能级分布及光学吸收,它和量子阱红外探测器(QWIP)的响应波长、暗电流、响应率、探测率等特性参数密切相关.为了使设计的QWIP达到预期的各种性能指标,对其各参量进行了精心设计.运用量子阱的第一激发态与势垒的高度接近时产生共振效应,进行了量子阱的优化设计,得出垒高和阱宽的关系.另外,根据器件光谱响应的要求,利用传输矩阵法计算出相应的量子阱参数.此设计方法在GaAs/AlGaAs长波-长波双色QWIP中得到了较好的验证.     

p型量子阱太赫兹振荡器研究

采用非抛物平衡方程理论研究了直流偏置下 p型量子阱负有效质量 p+ pp+ 二极管电流的时空特性。在适当的掺杂和偏置条件下 ,由于高场畴的形成 ,二极管中将产生太赫兹 (THz,1 THz=1 0 1 2 Hz)电流自振荡。计算了自振荡频率对直流偏置的依赖性 ,提出了设计可调谐 THz振荡源的可能性     

Multiple Quantum Well SEED Arrays for Flip-Chip Bonding Optoelectronic Smart Pixels

The investigation on GaAs/AlGaAs multiple quantum well Self Electro-optic Effect Device (SEED) arrays for flip-chip bonding optoelectronic smart pixels has been reported. In order to increase the absorption of the intrinsic region, the number of quantum well periods is defined as 90 pairs. The GaAs/AlGaAs multiple quantum well devices are designed for 850nm operation. The measurement results under applied biases show the good optoelectronic characteristics of elements in SEED arrays.     

Multiple Quantum Well SEED Arrays for Flip-Chip Bonding Optoelectronic Smart Pixels

A modulator-based optoelectronic-very large scale integration (OE-VLSI) circuittechnology,being developed at Bell Laboratories[1 ,2 ] ,is now existing and providingthousands of optical input and output to foundry-grade VLSI silicon CM...     

量子线和量子箱激光器—下一代高性能半导体激光器

本文讨论了量子线和量子箱激光器的特性,如呈现非常低的阈值电流、展宽的调制带宽和窄的谱线宽度。还介绍了量子尺寸结构的制造工艺、尺寸起伏和非线性增益对激射特性的影响。最后给出量子微腔激光器的新概念。     

量子阱红外探测器掺杂阱中能级的计算

量子阱中能级位置的确定是获得量子阱红外探测器其它设计参数的基础。为了提供足够的载流子跃迁,阱层一般为重掺杂层。重掺杂使半导体材料禁带宽度变窄,从而改变量子阱中能级的位置。通过对不同温度、量子阱区不同掺杂浓度条件下的量子阱材料PL 谱进行测量,得出PL 谱峰值波长对应的电子跃迁峰值能量,它与阱中基态能级的位置有关。分别计算了考虑和不考虑禁带变窄效应时的电子跃迁峰值能量,并与实验结果相比较,可以看出考虑禁带变窄效应时与实验结果相吻合,因此掺杂量子阱区能级的计算需要考虑禁带变窄效应,这样可以较为精确的得出阱中能级的位置。     

双色量子阱红外探测器中的耦合光栅

在量子阱红外探测器(QWIP)上制备光栅的目的是对垂直入射的红外辐射进行有效耦合。从实验、测试和有关文献出发,探讨了影响其耦合效率的参数及参数的优化值。重点分析了双色QWIP的光栅设计问题,并从提高双色量子阱红外探测器光栅耦合效率和响应均匀性出发,介绍了一种新型交叉组合二维双周期结构光栅的设计方法;以一种具体AlGaAs/GaAs双色量子阱红外探测器为例,模拟了对应的交叉组合二维双周期结构光栅的几何参数和耦合强度,并与传统的二维双周期光栅结果对比,显示了新型双周期结构光栅在提高光耦合强度方面的优越性。     

1.064μm脉冲高功率量子阱激光器阵列

采用应变GaInAs/AlGaAs量子阱结构,研制出了激射波长为1.064μm的激光器线阵列.在200ns脉宽、100kHz和50A工作条件下,5mm线阵列的输出功率达到了35W,将三条线阵列进行了二维组装,获得了102W的峰值功率.     

有机量子阱结构发光器件的研究进展

有机电致发光器件自从C.W.Tang等发表了高效、高亮度双层结构器件以来,因其工艺简单、成本低、直流低压驱动,并且可制成大面积的平板显示而成为当前显示器件研究的热点[1-4]。Forrest等人提出的有机多层量子阱结构的概念应用到了有机电致发光器件（OLEDs）中,进而提高了有机电致发光器件的性能,引起了学者们的研究热情。文章将这种结构器件的研究情况给予综述,从结构的应用、工作原理、优缺点和应用前景方面予以展望。