高性能实用化GaInP-AlGaInP半导体量子阱可见光激光器

用低压MOVPE方法研制出了波长为650nm与670nm的GaInP－AlGaInP半导体量子阱可见光激光器，并已形成一定批量生产能力，批量生产的670nm与650nm半导体量子阱可见光激光器的阈值电流典型值为35mA，额定输出光功率不小于5mw，标称工作温度不低于50℃，预计20℃时寿命接近100000小时，主要技术指标达到目前进口同类产品水平，完全可以满足实用要求。     

高透腔面大功率650 nm红光半导体激光器

利用石英闭管法对金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长的应变量子阱(MQW)650 nm AlGaInP/GaInP材料进行选择区域扩Zn,使扩Zn区域的光致发光(PL)谱的峰值蓝移达175 meV,形成对650 nm波长激光器的高透腔面,有益于减少激光器腔面光吸收,增加了激光器退化的光学灾变损伤(COD)阈值.后工艺制作出条宽100μm,腔长1 mm的增益导引激光器,实现了红光半导体激光器的大功率输出.激光器阈值电流为382 mA,在2.28 A工作电流时达到光学灾变损伤阈值,最大连续输出光功率1.55 W,外微分量子效率达到0.82 W/A.     

AlGaInP大功率半导体激光器的漏电分析

对于GaInP/AlGaInP量子阱激光器,在大电流注入或高温工作时有源区中注入的电子会越过势垒进入p型限制层成为漏电流,严重影响器件的正常工作.本文通过测试AlGaInP大功率压应变量子阱激光器的阈值电流和外微分量子效率随温度的变化,拟合出有源区电子的有效势垒高度,并与理论模拟结果进行了比较,讨论了p型限制层掺杂浓度的分布对势垒高度的影响.     

AlGaInP大功率半导体激光器的漏电分析

对于GaInP/AlGaInP量子阱激光器，在大电流注入或高温工作时有源区中注入的电子会越过势垒进入p型限制层成为漏电流，严重影响器件的正常工作. 本文通过测试AlGaInP大功率压应变量子阱激光器的阈值电流和外微分量子效率随温度的变化，拟合出有源区电子的有效势垒高度，并与理论模拟结果进行了比较，讨论了p型限制层掺杂浓度的分布对势垒高度的影响.     

脊形波导激光器中GaInP／AlGaInP选择蚀刻性的研究

本文制作了670nmGaInP/AlGaInP应变层量子阱脊形波导激光器,为了进一步优化工艺,在普通的单量子阱材料横向结构中嵌入30－50nm的GaIlP蚀刻阻挡层,用此种材料加工而成的控长1200μm,宽64μm的氧化条激光器的阈值电流密度为340A／cm^2,采用配比为1．0：2．5的HCl:H2O深液对GaInP/AlGaIn进行湿蚀刻研究,得到了较好的选择恂刻性结果。     

大功率GaInP/AlGaInP半导体激光器

制备了大功率实折射率GaInP/AlGaInP压应变分别限制量子阱激光器.所用外延材料在15°偏角的GaAs衬底上由有机金属气相外延一次外延生长得到.制备的激光器具有双沟脊波导结构,条宽和腔长分别为3和900μm,前后端面分别蒸镀5%的增透膜和95%的高反膜.分析了室温连续激射时激光器的光电输出性能.阈值电流的典型值为32mA,光学灾变阈值为88mW,功率为80mW时的工作电流为110mA,斜率效率为1W/A,串联电阻为3Ω.基横模光输出功率可达60mW,60mW时的平行结和垂直结的远场发散角分别为10°和32°,激射波长为658.4nm.器件的内损耗为4.1cm-1,内量子效率达80%,透明电流密度为648A/cm2.     

太赫兹Si/SiGe量子级联激光器的能带设计

使用nextnano3模拟软件计算Si/Si1-xGex/Si量子阱的能带结构,对Si/SiGe量子级联激光器有源区的能带结构进行设计,结果表明使用Ge组分为0.27～0.3,量子阱宽度为3nm的SiGe合金与垒宽为3nm的Si层构成对称应变级联异质结构,有利于优化THz Si/SiGe量子级联激光器结构.     

太赫兹Si/SiGe量子级联激光器的能带设计

使用nextnano3模拟软件计算Si/Si1-xGex/Si量子阱的能带结构,对Si/SiGe量子级联激光器有源区的能带结构进行设计,结果表明使用Ge组分为0.27～0.3,量子阱宽度为3nm的SiGe合金与垒宽为3nm的Si层构成对称应变级联异质结构,有利于优化THz Si/SiGe量子级联激光器结构.     

AlGaInP大功率半导体激光器的漏电分析

对于GaInP/AlGaInP量子阱激光器,在大电流注入或高温工作时有源区中注入的电子会越过势垒进入p型限制层成为漏电流,严重影响器件的正常工作.本文通过测试AlGaInP大功率压应变量子阱激光器的阈值电流和外微分量子效率随温度的变化,拟合出有源区电子的有效势垒高度,并与理论模拟结果进行了比较,讨论了p型限制层掺杂浓度的分布对势垒高度的影响.     

利用边发射光致发光谱研究垂直腔面发射激光器材料的特性

在室温下测量了GaInP/AlGaInP垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光致发光谱和反射谱.通过反射谱测量可以很容易得到激光器的腔模波长.但是用通常的背散射配置不能测得与有源区中量子阱有关的光致发光信号.用边激发配置可以测到量子阱的光致发光谱,但这样测得的光谱已经受到激光器中的分布布拉格反射镜(DBR)的调制.采用腐蚀去上DBR层的方法可以在背散射配置下测得量子阱的光致发光谱,但仍无法避免下DBR层对发光谱的调制作用.从而只有采用边激发 边发射模式才能测得VCSEL中量子阱的真实的光致发光谱.     

利用边发射光致发光谱研究垂直腔面发射激光器材料的特性

在室温下测量了GaInP/AlGaInP垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光致发光谱和反射谱.通过反射谱测量可以很容易得到激光器的腔模波长.但是用通常的背散射配置不能测得与有源区中量子阱有关的光致发光信号.用边激发配置可以测到量子阱的光致发光谱,但这样测得的光谱已经受到激光器中的分布布拉格反射镜(DBR)的调制.采用腐蚀去上DBR层的方法可以在背散射配置下测得量子阱的光致发光谱,但仍无法避免下DBR层对发光谱的调制作用.从而只有采用边激发-边发射模式才能测得VCSEL中量子阱的真实的光致发光谱.     

大功率GaInP/AlGaInP半导体激光器

制备了大功率实折射率GaInP/AlGaInP压应变分别限制量子阱激光器.所用外延材料在15°偏角的GaAs衬底上由有机金属气相外延一次外延生长得到.制备的激光器具有双沟脊波导结构,条宽和腔长分别为3和900μm,前后端面分别蒸镀5%的增透膜和95%的高反膜.分析了室温连续激射时激光器的光电输出性能.阈值电流的典型值为32mA,光学灾变阈值为88mW,功率为80mW时的工作电流为110mA,斜率效率为1W/A,串联电阻为3Ω.基横模光输出功率可达60mW,60mW时的平行结和垂直结的远场发散角分别为10°和32°,激射波长为658.4nm.器件的内损耗为4.1cm-1,内量子效率达80%,透明电流密度为648A/cm2.     

垒层Si掺杂对AIGaInP/GaInP多量子阱性能的影响

低压MOCVD方法生长了垒层掺Si与不掺Si的AlGaInP/GaInP多量子阱结构,运用X双晶衍射与光荧光技术研究了掺Si对量子阱性能的影响.测试结果表明垒层掺Si使量子阱的生长速度增加,掺Si量子阱的光荧光强度比未掺Si量子阱的光荧光强度增强了1 3倍.     

AlGaInP／GaInP SCH S—SQW激光器光束质量的矢量矩分析

本文应用非傍轴矢量矩理论,分析了670nm AlGaInP/GaInP分别限制应变单量子阱（SCH S－SQW）激光器在弱激射和正常激射条件下的垂直于结面方向的光束质量因子M^2,分析结果表明,在两种情况下M^2均小于1,而且前者具有更小的M^2。     

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。     

硅衬底上GaAlAs/GaAs单量子阱激光器

采用MOCVD方法在硅衬底上生长了带应力超晶格的GaAlAs/GaAs单量子阱外延片,并用质子轰击隔离法制成10微米条形单量子阱激光器.在室温下加脉冲电流(重复频率26KHz,脉宽1μs)观察到受激发射.最低阈电流92mA、激射波长849.2nm,外微分量子效率11％.     

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.     

读者之窗

信息产业部电子情报所黄史坚研究员答读者问1．可见光二极管激光器和发光二极管是什么材料制成的？答：蓝绿光二极管激光器和发光二极管的制作材料有II－VI族Inse材料系列、Ⅲ－V族GaN材料系列和IV－IV族SiC材料系列等。衬底材料多为Ⅲ－V族GaAS材料。黄橙红光二极管激光器工作波长为550～750nm,主要材料是AlxGa1－xAS／GaAs和AlGaInP／GaInP。目前,以输出650nm波长的后种材料性能最好。红光发光二极管的材料有GaP、GaASP／GaP、GaAIAs／GaAs等,工作波长600-620nm。橙光发光二极管的材料主要有GaAlP／GaP,工作波长…     

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.