GaAs基半导体激光器真空解理钝化工艺研究

对GaAs基半导体激光器真空解理钝化工艺进行了研究,发现在高真空条件下解理和钝化GaAs基半导体激光器能有效减少激光器腔面缺陷,从而抑制非辐射复合。通过测试光致发光(PL)谱线和X射线光电子能谱(XPS)发现,经过超高真空解理钝化的GaAs基半导体激光器bar条的光致发光特性比没有经过真空解理钝化获得比较大的提升,并且bar条表面污染率有很大改观。对真空解理钝化工艺的钝化膜的厚度进行了优化。     

808 nm掺铝半导体激光高损伤阈值腔面膜制备

研究了808 nm量子阱脊型波导结构掺铝半导体激光器在空气中解理不同镀膜方法对激光损伤阈值的影响.将半导体激光器管芯分别采用前后腔面不镀膜、前后腔面镀反射膜和前后腔面先镀钝化薄膜,再镀腔面反射膜的方法进行对比.测试半导体激光器输出功率的结果表明:腔面镀钝化薄膜的方法比只镀腔面反射膜的方法的激光损伤闽值高36%,并且能有效防止灾变性光学镜面损伤,同时,还分析了半导体激光器管芯和光学薄膜之间发生的物理效应.在大功率半导体激光器芯片腔面上镀钝化薄膜是提高其激光损伤阈值的一个行之有效的方法.     

高功率793 nm半导体激光器

针对掺铥光纤激光器泵浦源的需求,研制了波长为793 nm的高功率半导体激光芯片和尾纤耦合模块。激光器外延采用了非对称大光腔的波导结构,降低了模式损耗,波导采用无铝的GaInP材料,结合真空解理钝化工艺提高了腔面损伤阈值。通过外延结构和腔面镀膜的优化,研制的激光器单管输出功率达到12 W@11A,在输出功率8 W时通过了300 h老化测试。采用7只单管制备了尾纤耦合模块,耦合至100 μm NA.0.22光纤中,输出功率为40 W@7A,电-光效率为49.5%@40 W。     

大功率半导体激光器腔面氮钝化的研究

针对980 nm大功率半导体激光器腔面离子铣氮钝化处理工艺进行了研究,发现腔面离子铣氮钝化可以提高激光器的输出特性及COD功率,器件输出功率提高了32.14%;老化实验后,经过氮钝化的半导体激光器没有明显退化,而未经氮钝化处理的激光器退化严重;使用俄歇谱测试仪(AES)对钝化处理后的半导体激光器试验片进行测试,发现有部分的氮离子遗留在腔面处;氮元素含量由原有的0%上升到20%,与此同时,氧元素的含量由原来的61%降至30%。结果表明,该技术能够改善半导体激光器的腔面特性,器件的可靠性和使用寿命可望得到提高。     

808nm半导体激光器腔面硫钝化工艺研究

对808 nm大功率半导体激光器腔面硫钝化处理的工艺进行了研究,发现腔面硫钝化可以提高激光器的输出特性以及其可靠性,输出功率提高了16.7%;经过1 500 h老化实验后,硫钝化的半导体激光器没有明显退化,而未处理的激光器退化严重,输出功率降低了36.8%。实验表明,硫钝化时间对激光器钝化效果有很大影响,激光器腔面硫钝化时间过长会造成其损伤,使其可靠性反而下降;硫钝化5 m in效果为最佳。     

高可靠性大功率808 nm半导体激光器

研制了一款基于AlGaInAs/AlGaAs应变补偿量子阱大光腔结构的808 nm半导体激光器.采用金属有机物化学气相沉积方法外延生长,在超高真空环境下进行圆片解理,然后原位沉积钝化膜,最后在镀膜机内沉积增透膜和高反膜,避免了激光器腔面在空气中解理容易使其被空气中的氧和碳等杂质污染.对封装好的半导体激光器进行了电光特性测试.测试结果表明,器件的波导宽190 μm、腔长4 mm,25℃时的阈值电流为1.5A,12 A直流驱动下的输出功率达到12.47W,最高电光转换效率为61.3％,腔面没有出现灾变性光学烧毁.器件的快轴发散角为28°,慢轴发散角为8°.器件在45℃、14A的驱动电流下工作8000 h没有失效,并由此推算器件在25 ℃、12A的恒流驱动下,寿命大于100000 h.     

大功率半导体激光器的腔面钝化

大功率半导体激光器的腔面退化是影响其寿命和可靠性的重要因素,长期以来一直是人们关注和研究的重点。本文利用离子铣结合腔面钝化还原层的方法对大功率半导体激光器的腔面进行处理。结果显示,离子铣腔面钝化能够在一定程度上减少半导体激光器的功率退化,168h加速老化后退化幅度降低4.5%;同时该技术对老化过程中COD阈值降低有明显的抑制作用,可有效减少使用中的突然失效。结果表明,该技术能够改善半导体激光器的腔面特性,器件的可靠性和使用寿命可望得到提高。     

对GaAs衬底表面进行氩离子清洗的研究

介绍了离子清洗技术在提高980nm半导体激光器可靠性方面的应用。外延片在空气中解理后，半导体激光器的腔面会吸附上碳和氧等杂质。腔面吸附的氧和碳严重影响了器件的可靠性。本文用GaAs衬底表面模拟半导体激光器的解理腔面，并对其进行氩离子清洗，俄歇电子能谱（AES）分析显示氩离子清洗可以有效地清除GaAS表面的氧和碳等杂质。     

高亮度半导体激光器腔面膜的研究

要降低半导体激光器阈值电流密度和提高外微分量子效率,其中采取的主要方法之一是在发光芯片的两个端面选取适当的能量反射比。根据光学薄膜的设计理论,优化膜系结构,并采用电子束离子辅助蒸发技术,选取合适的薄膜材料,在条宽100 μm,腔长1 mm的850 nm半导体激光器发光芯片的两个端面沉积光学介质膜。其作用不仅获得一定的光谱特性,而且可以使发光腔面钝化。经过反复实验优化薄膜沉积的工艺参量,可以减少膜层材料的吸收,提高膜层的激光损伤阈值。经测试采用此方法制作出的高亮度半导体激光器使用寿命明显提高,发光芯片的输出功率可达3.7 W,与未镀膜的器件相比功率提高了2.8～3.1倍。     

硫化的激光器腔面上溅射ZnS钝化膜的研究

提出了一种新的激光器腔面钝化方法.先用(NH4)2S溶液硫化解理后的激光器腔面,然后使用磁控溅射方法对激光器的前腔面镀ZnS钝化膜、后腔面镀Si/SiO2高反射膜.ZnS钝化层光学厚度为λ/4,在中心波长为808 nm处透过率可达95.5%.钝化前激光器的光学灾变损伤(COD)阈值为1.6 W,钝化后为2.0 W,提高了25%倍;未镀膜的激光器阈值电流为0.25 A,经硫化再镀ZnS后阈值电流为0.20 A,降低了20%.实验结果表明,经硫化后溅射ZnS对激光器腔面具有良好的钝化和增透效果.     

硒化锌晶体超精密切削材料去除机理研究

硒化锌晶体在红外成像与激光系统中有着广泛的应用,作为典型软脆性材料,其材料去除机理目前尚不清晰,获得超光滑表面仍极具挑战。文中采用槽切法研究刀具负前角对硒化锌晶体脆塑转变临界深度的影响。通过分析最大未变形切削厚度随切削参数变化规律,提出实现硒化锌晶体塑性域切削的理论模型。借助场发射扫描电子显微镜、白光干涉仪和拉曼光谱仪,系统分析了进给率对工件表面粗糙度、表面完整性及亚表面损伤的影响,提出表面缺陷形成机理,进而揭示硒化锌晶体材料去除机理。     

A patterned and passivated organic-inorganic semiconductorheterojunction diode

A new process for photolithographically patterning and passivating organic-inorganic semiconductor heterojunction devices is described. It makes it possible to overcome two important barriers to the use of organic semiconductors in active optoelectronic integrated circuit applications. The organic semiconductor used was 2,4,9,10-peryelenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), which was vacuum deposited onto the surface of a p-Si substrate. Passivation was achieved via the deposition of SiO₂ onto the organic thin film using a low-temperature process. It was found that the organic-inorganic heterointerfaces is not damaged in the fabrication process, which uses several wet chemical etchants. In addition, all processes employed are compatible with both Si, III-V, and II-VI semiconductor device fabrication technologies. Preliminary reliability tests made at elevated temperatures indicate that the organic-inorganic heterojunction, after passivation is stable over extended periods of time     

Surface passivation of GaAs MESFETs

The metal semiconductor field effect transistor (MESFET) represents a more realistic test for “passivation” efficacy than conventional capacitor test structures due to its prototypical fabrication process. This paper evaluates Gallium-Arsenide (GaAs) surface passivation films utilizing the MESFET as a test vehicle. For this study, gate-to-drain leakage current, gate-to-drain breakdown voltage, complex impedance versus frequency, and low-frequency noise measurements are performed on MESFETs with various passivation films. The results indicate that a hydrogen plasma used to “pre-clean” the GaAs surface in conjunction with an in situ plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) Si₃N₄ passivation film yields the best performance. In contrast, atomic-layer-epitaxial ZnSe demonstrated inferior performance (even in comparison to PECVD Si₃N₄ passivation films that did not receive a hydrogen “pre-clean”)     

碲镉汞表面钝化研究进展

碲镉汞(MCT)红外探测器近些年的发展非常迅速。随着相关技术的不断进步,对探测器的要求也越来越高。MCT探测器的表面对杂质、缺陷、损伤、温度等因素非常敏感,而器件的很多性能直接由其表面的性质决定,因此MCT材料表面的钝化被看成是红外探测器制备的关键工艺之一。为了提高器件表面的稳定性,最常用的方法就是对MCT材料表面进行钝化处理。主要介绍了几种常见的MCT材料表面钝化方法,然后结合国内外文献重点介绍了常见的介质膜钝化方法,并对以后的工作进行了展望。     

锗基InAs量子点激光器的腔面失效及再生的研究

围绕锗基InAs量子点激光器,开展了激光器腔面失效及再生的研究.研究并分析了灾变性光学镜面损伤产生的机理及其对激光器腔面的影响,开展了腔面再生研究,发展了一套创新性的腔面再生工艺并实现了失效的锗基InAs量子点激光器的再生.根据锗基InAs量子点激光器材料结构设计腐蚀工艺,通过选择性腐蚀在激光器腔面制备出悬臂结构,采用细针解理使悬臂结构自然解理,获得新的激光器谐振腔面,失效激光器重新工作.对比了激光器失效前和再生后的工作性能,结果表明因灾变性光学镜面损伤而失效的锗基InAs量子点激光器获得全新的谐振腔面,锗基激光器器件性能和失效前相当.     

提高功率开关晶体管高温反偏能力的研究

影响大功率开关晶体管高温反偏能力的主要因素是表面沾污。从大功率开关晶体管表面沾污的主要来源、杂质类型上分析了半导体功率器件高温反偏的失效机理。为了改善高温反偏条件下功率晶体管的性能,结合实验室现有的条件,从SiO2的生长工艺和芯片表面钝化技术这两个方面出发,找到了有效的工艺路线。采用C2HCl3掺Cl氧化工艺和聚酰亚胺表面钝化工艺,有效地减轻和消除了芯片制造过程中的表面沾污,提高了产品的质量和在高温环境下的可靠性。     

ZnSe为发光层的蓝绿光薄膜电致发光器件的发光性能

采用具有电子加速能力的Si02代替传统夹层结构中的绝缘层,利用电子束蒸发的方法制备了结构为ITO/SiO2/ZnSe/SiO2/Al的电致发光器件,观察到了传统夹层结构所没有的ZnSe层电致发光.测量了器件的电致发光光谱及总发光强度随着驱动电压及驱动频率的变化关系.讨论了器件的发光机理,认为是初电子经过SiO2层加速,获得较高能量,然后碰撞ZnSe分子,将其价带的电子激发到导带,再跃迁回价带或缺陷能级与空穴复合发光.由于这种发光方式类似于阴极射线发光,只不过电子在固体中而不是真空中加速,所以称之为固态阴极射线发光.这种机理为实现蓝色电致发光提供了新的途径.