InP基单片集成光接收机的研究与进展

总结了InP基单片集成高速光接收机的主要集成形式,分析了各种集成方式的优缺点,重点总结了最具发展潜力的PIN-HEMT光接收机的研究与进展,最后指出单片集成光接收机的发展方向.     

光热电效应的机理、表征与性能综述

光热电效应是近年来涌现的一种新型的光电探测机制,具有可零偏压工作、宽谱响应、不受带隙限制的优点,在红外和太赫兹波段具有广阔的应用前景。随着纳米材料中热载流子的高效利用以及对室温长波探测需求的增加,光热电效应研究近年来发展迅速,涌现出一系列新材料和新型器件设计方法。在近年来已发表的光热电效应综述文章的基础上,本文重点对光热电效应的机理、仿真、材料相关参数测量方法、器件设计,以及探测性能近三年的进展进行了梳理和总结,希望能给相关领域的研究人员提供有益参考。     

单层二硫化钼的磁光电导率研究

考虑外加磁场导致的量子化朗道能级以及邻近效应诱导产生的交换作用,采用无规相近似(Random-phase approximation,RPA)下的介电函数对单层二硫化钼(Monolayer molybdenum disulfide,ML-MoS₂)的纵向磁光电导率进行理论研究。探究了磁场、邻近效应诱导产生的交换作用等因素对纵向磁光电导率的影响。在太赫兹(Terahertz,THz)频段,可以看到由导带内电子跃迁所贡献的两个磁光吸收峰。在可见光频段,可以观察到从价带到导带电子跃迁所贡献的多个磁光吸收峰。研究结果表明,邻近效应诱导产生的交换作用和磁场强度对纵向磁光电导率有重要的影响,单层二硫化钼可应用于可见光到太赫兹频段的自旋电子学和谷电子学磁光器件。     

n-InSb的磁双光子带间吸收研究

通过测量光电导和调制光电导,观察到了15K温度下的n-InSb在CW CO_2激光照射产生的磁双光子吸收(TPMA).实验取Voigt位形,磁场沿[111]晶向且最大为4.2T.实验的结果表明,“一次带内,一次带间”跃迁理论可以相当好地解释InSb中的TPMA过程,且大部分吸收为“球对称跃迁”,而其余为较弱的空间反演不对称、斜项和k_H跃迁.通过计算三阶非线性系数虚部得到的TPMA吸收系数与实验测得的双光子光电导之比较亦表明,现有的此方面的理论解释是成立的.     

空位和填隙缺陷对半绝缘InP单晶性质的影响

利用电学测试、正电子寿命谱和X射线衍射技术研究了原生和退火处理后InP单晶的空位和填隙缺陷.在原生掺铁半绝缘InP单晶中含有空位缺陷,这些空位产生深能级电学补偿缺陷,降低材料的电学性能.经高温磷化铁气氛下退火处理非掺InP制备的半绝缘材料,空位被充分抑制,却含有一定浓度填隙缺陷.根据实验结果分析了填隙和空位缺陷对掺铁半绝缘InP单晶材料电学性质和热稳定性的影响.     

空位和填隙缺陷对半绝缘InP单晶性质的影响

利用电学测试、正电子寿命谱和X射线衍射技术研究了原生和退火处理后InP单晶的空位和填隙缺陷.在原生掺铁半绝缘InP单晶中含有空位缺陷,这些空位产生深能级电学补偿缺陷,降低材料的电学性能.经高温磷化铁气氛下退火处理非掺InP制备的半绝缘材料,空位被充分抑制,却含有一定浓度填隙缺陷.根据实验结果分析了填隙和空位缺陷对掺铁半绝缘InP单晶材料电学性质和热稳定性的影响.     

InP基长波长光发射OEIC材料的MOCVD生长

为了生长制作器件所需的外延片,采用低压金属有机物化学气相沉积方法在半绝缘InP衬底上生长了InP/InGaAs异质结双极晶体管(HBT)结构、1.55μm多量子阱激光二极管以及两者集成的光发射光电集成电路材料结构.激光器结构的生长温度为655℃,有源区为5个周期的InGaAsP/ InGaAsP多量子阱(阱区λ＝1.6μm,垒区λ＝1.28μm);HBT结构则采用550℃低温生长,其中基区采用Zn掺杂,掺杂浓度约为2×1019cm-3.对生长的各种结构分别进行了X射线双晶衍射,光致发光谱和二次离子质谱仪的测试,结果表明所生长的材料结构已满足制作器件的要求.     

磁光法拉第和克尔效应原理及其测量

介绍了磁光法拉第效应、克尔效应原理及有关的测量方法。     

近红外波段GdBiIG单晶的磁光性能

用Bi_2O_3作为助熔剂,在坩埚可加速旋转的单晶炉内成功地生长出GdBiIG单晶体.将单晶体沿(111)面切割、磨抛成薄片状样品,以磁光调制倍频法测得近红外波段(0.9～1.7μm)磁光旋转谱;并同其它几种稀土铁柘榴石材料相比,发现GdBiIG的磁光优值大,是制作非互易光学器件较为理想的法拉弟旋转介质.     

InP单晶材料现状与展望

介绍了制备InP单晶材料的主要方法,包括传统液封直拉技术(LEC)、改进的LEC技术、气压控制直拉技术(VCZ0PC-LEC)0垂直梯度凝固技术(VGF)0垂直布里奇曼技术(VB)等。对这些方法进行了分析和对比,指出各种方法的优势和发展方向。还讨论了大直径InP单晶生长技术的发展和关键因素。     

大直径InP单晶生长研究

生长高质量、大直径的单晶是当前InP晶体生长的发展方向,减少孪晶的产生一直是InP单晶生长技术的研究重点.通过对高压液封直拉法InP单晶生长过程中的几个重要因素包括加热器和保温系统、掺杂剂、坩埚和生长参数等的分析,设计了合适的热场系统和生长条件,有效地降低了孪晶产生的几率.在自己设计并制造的高压单晶炉内首先将In和P进行合成,然后采用后加热器加热、坩埚随动等技术重复生长了直径为100～142 mm的大直径InP单晶.讨论了关于避免孪晶产生的关键技术,所提到的条件都得到优化后,单晶率就会大幅上升.     

InP晶片位错密度分布测量

采用国际通用的方法,测定了不同类型的用高压LEC法生长的InP单晶样品的整片位错分布,直观显示位错密度在晶片上的分布情况,分析了EPD分布结果和原因,说明单晶生长工艺和掺杂剂等因素对其产生影响.从数值看,一般掺S的材料位错密度较低,随着掺杂浓度的增加位错密度明显降低,晶片的均匀性也越好.掺Fe的材料位错密度一般,但随着...     

lnP单晶特性的低温光伏研究

本文应用等光强方法,在0.75μm至带边的波段内对无掺杂的n型InP单晶(n_0=2×10~(16)cm~(-3))分别测量了298K、77.4K、50K、20K、13.7K下的光伏谱。在微机上完成拟合计算,确定了各有关参数在上述各温度下的各自不同数值,得出它们各自随温度变化的大体规律。进而提出了双施主-深陷阱模型,计算了双施主的能级位置和密度,说明了n_0～T的依从关系,并应用此模型,半定量地讨论了材料的寿命行为,从而探讨了复合机理。对S_p～T关系也作了定性讨论。     

Microchip for the Measurement of Seebeck Coefficients of Single Nanowires

Bismuth nanowires were electrochemically grown in ion track-etched polycarbonate membranes. Micromachining and microlithography were employed to realize a newly developed microchip for Seebeck coefficient measurements on individual nanowires. By anisotropic etching of a (100) Si wafer, an 800-nm-thick SiO₂/Si₃N₄ membrane was prepared in the chip center. The low thermal conductivity of the membrane is crucial to obtain the required temperature difference ΔT along the nanowire. The wire is electrically contacted to thin metal pads which are patterned by a new method of microscopic exposure of photoresist and a lift-off process. A ΔT between the two pairs of contact pads, located on the membrane, is established by a thin-film heater. Applying the known Seebeck coefficient of a reference film, the temperature difference at this gap is determined. Using ΔT and the measured Seebeck voltage U of the nanowire, its Seebeck coefficient can be calculated.     

Dopant activation energy and hole effective mass in heavily Zn-Doped InP

Heavily doped InP epitaxial layers were investigated using variable-temperature van der Pauw and photoluminescence spectroscopy measurements. A quantitative analysis of the electronic properties of the p-type layers was performed to determine the activation energy of Zn as an acceptor as well as total acceptor and donor concentrations. The doping-concentration dependence of the activation energy was discussed in terms of merging of the excited acceptor states with the valence band. The activation energy of the acceptor state for dilute Zn concentrations was determined to be 52 ± 1 meV. A temperature and concentration-dependent density-of-states hole effective mass is proposed to fit the measured hole-concentration curves in the temperature range between 77 and 300K. To explain a hole-concentration saturation effect, the model of incorporation of Zn as an interstitial donor is discussed.     

富铟熔体生长InP单晶的晶体缺陷及物理特性

通过磷注入法合成并利用液封直拉法(LEC)生长了富铟InP单晶,将晶锭进行定向切割、研磨和抛光,得到InP抛光片.用金相显微镜、扫描电镜、快速扫描光荧光谱(PL-Mapping)技术、高分辨率XRD射线衍射技术研究了富铟非掺InP单晶样品特性.结果表明,在富铟条件下生长的InP单晶会出现富铟夹杂,这种富铟夹杂可导致其周围位错密度升高,同时富铟夹杂在晶片内分布也是不均匀的,在晶片中心部分富铟夹杂的密度高,在边缘部分密度低.对富铟夹杂形成及不均匀分布的原因进行了分析,讨论了富铟夹杂对PL-Mapping发光峰峰值的影响.     

磷化铟晶体材料的应用进展研究

回顾了磷化铟（ＩｎＰ）晶体材料的发展过程，介绍了磷化铟材料的多种用途和优越特性，展望了磷化铟材料在我国的发展前景。     

Concepts of Spin Seebeck Effect in Ferromagnetic Metals

Spin Seebeck effect (SSE) and related spin caloritronics have attracted great interest recently. However, the definition of the SSE coefficient remains to be established, let alone a clean experiment to measure the SSE coefficient in ferromagnetic metals. The concept through a model based on the semi‐classical Botlzmann transport equation has been clarified. The model includes the vital spin‐flip process, which is frequent in metals, and points out that the length scale of SSE is much larger than the spin diffusion length. The model reveals how the spin‐flip process influences the transport equations and provides the simple relationship between the different spin‐flip relaxation times for spin‐up and ‐down electrons, which is very useful to understand the spin transport properties. This understanding allows to redefine the expression of the spin Seebeck coefficient.     

磷化铟晶体生长技术的现状及其发展趋势

介绍了近几年磷化铟合成及其单晶生长的进展情况。对提高晶体成晶率、降低缺陷密度、改善晶体的热稳定性等新工艺、新技术进行了分析比较，并论述了磷化铟单晶生长技术的发展趋势及其应用前景。