离子注入方法形成电流限制孔径及其对器件光电特性的影响

采用离子注入方法和后续的退火工艺制作了1.3μm面发射电致发光(EL)器件结构的电流限制孔径,通过对此结构的电学和光学特性进行测试分析,获得了离子注入和退火温度的优化参数,工艺参数为离子注人剂量5×1014cm-2和450℃退火1min.结果显示随着电流限制孔径的缩小,器件的电阻呈线性增大;电流限制孔径的形成显著增强1.3μm面发射器件结构的电致发光强度,孔径为15μm的样品是没有限制孔径样品的4倍(注入电流3mA),并就电流限制孔对EL器件结构电致发光的影响进行了物理解释.     

质子注入对GaAs基器件隔离研究

质子注入参数对注入型垂直腔面发射激光器（Vertical cavity surface emitting laser, VCSEL）的电流限制孔径位置及电流限制效果具有较大影响。文中从质子注入的能量和剂量及其相互作用对VCSEL电流限制孔径的影响规律及机制出发,通过理论模拟分析了注入参数对质子分布及注入区电阻值的影响。在此基础上,采用VCSEL外延片进行了质子注入实验研究。实验结果和理论分析均表明:注入区电流隔离效果及质子分布受注入能量和剂量共同调控。当注入参数为320 keV、8×1014 cm?2时,经430 ℃、30 s退火后可得到结深约0.7 μm,平均射程距有源区约1.3 μm,电阻值达4.6×107 Ω?cm2的质子注入区。使用该参数制备的VCSEL器件实现了较好的激光激射,证明该质子分布不仅可避免VCSEL有源区损伤,而且能实现较好的电流隔离效果,满足VCSEL电流限制孔径的制备要求。研究结果对质子注入型VCSEL的芯片结构及工艺优化具有重要指导意义。     

氧化限制型795 nm垂直腔面发射激光器

单模795 nm垂直腔面发射激光器作为铷原子钟的激光光源,一般采用氧化限制结构获得单模输出。对垂直腔面发射激光器外延结构以及氧化限制孔径进行了优化设计。基于有限元分析方法,利用光纤波导理论和热电耦合模型,对氧化孔径的光学和电学限制进行了模拟,计算分析了实现单模和良好热电特性所需的氧化孔径大小。实验制备了具有不同氧化孔径的器件,并进行了功率-电流以及光谱特性测试。当氧化孔径为1.9μm时,在3～7 mA注入电流下器件始终保持单模输出,边模抑制比大于35 dB;器件保持单模输出的最大氧化孔径为3.8μm,室温下阈值电流为1 mA,最大饱和输出功率为2 mW,斜率效率为0.3 W/A,3 mA注入电流下的出射波长为790 nm,边模抑制比大于30 dB。制备的室温下单模特性良好的790 nm垂直腔面发射激光器,为实现高温下795 nm偏振稳定单模输出提供了可能。     

氧化孔径对高功率垂直腔面发射激光器温升的影响

为了在制作垂直腔面发射激光器(VCSEL)时选择合适的氧化孔径尺寸,以获得较好的光束质量和较高的输出功率,对具有不同氧化孔径的单管器件的热特性进行了实验研究。通过控制氧化时间,制作了氧化孔径分别为415、386、316μm的单管器件,台面直径和P型接触电极直径均为450μm和400μm。针对3种器件在室温连续工作条件下不同的输出特性,对它们的热阻进行了实验测量,发现氧化孔径越小时器件热阻越大。通过对比电流、波长及温度的关系,得到了由电流引起的自热效应给3种器件带来的温升情况。注入电流为1A时,氧化孔径为415μm的器件温度为32.4℃,氧化孔径为386μm的器件温度为35.2℃,氧化孔径为316μm时,器件的温度高达76.4℃。     

硅、锗和氩离子注入富硅二氧化硅的电致发光

将Si、Ge和Ar三种离子注入到磁控溅射制备的富硅二氧化硅和热生长的二氧化硅中,在N2气氛中,作550、650、750、850、950和1050℃退火后,进行电致发光研究.对比样品为退火条件相同的未经注入的上述两种二氧化硅.对于离子注入情况,只观察到Au/1050℃退火的离子注入的富硅二氧化硅/p-Si的电致发光.低于1050℃退火的离子注入富硅二氧化硅和上述各种温度下退火的热生长二氧化硅,无论离子注入与否,都未观察到电致发光.Au/未注入富硅二氧化硅/p-Si的电致发光光谱在1.8eV处出现主峰,在2.4eV处还有一肩峰.在Au/Si注入富硅二氧化硅/p-Si的电致发光谱中,上述两峰的强度分别增加了2倍和8倍;在Au/Ge注入不大,但都观测到峰位位于2.2eV的新发光峰.采用隧穿-量子限制-发光中心模型对实验结果进行了分析和解释.     

硅、锗和氩离子注入富硅二氧化硅的电致发光

将Si、Ge和Ar三种离子注入到磁控溅射制备的富硅二氧化硅和热生长的二氧化硅中,在N2气氛中,作550、650、750、850、950和1050℃退火后,进行电致发光研究.对比样品为退火条件相同的未经注入的上述两种二氧化硅.对于离子注入情况,只观察到Au/1050℃退火的离子注入的富硅二氧化硅/p-Si的电致发光.低于1050℃退火的离子注入富硅二氧化硅和上述各种温度下退火的热生长二氧化硅,无论离子注入与否,都未观察到电致发光.Au/未注入富硅二氧化硅/p-Si的电致发光光谱在1.8eV处出现主峰,在2.4eV处还有一肩峰.在Au/Si注入富硅二氧化硅/p-Si的电致发光谱中,上述两峰的     

4H-SiC埋沟MOSFET的研制

研制了4H-SiC热氧化生长氧化层埋沟nMOSFET.用室温下N离子注入的方法形成埋沟区和源漏区,然后在1600℃进行激活退火.离子注入所得到的埋沟区深度大约为0.2μm.从转移特性提取出来的峰值场效应迁移率约为18.1cm2/(V·s).造成低场效应迁移率的主要因素可能是粗糙的器件表面(器件表面布满密密麻麻的小坑).3μm和5μm器件的阈值电压分别为1.73V和1.72V.3μm器件饱和跨导约为102μS(VG=20V,VD=10V)     

4H-SiC埋沟MOSFET的研制

研制了4H-SiC热氧化生长氧化层埋沟nMOSFET.用室温下N离子注入的方法形成埋沟区和源漏区,然后在1600℃进行激活退火.离子注入所得到的埋沟区深度大约为0.2μm.从转移特性提取出来的峰值场效应迁移率约为18.1cm2/(V·s).造成低场效应迁移率的主要因素可能是粗糙的器件表面(器件表面布满密密麻麻的小坑).3μm和5μm器件的阈值电压分别为1.73V和1.72V.3μm器件饱和跨导约为102μS( V G=20V, V D=10V).     

回熔过程对HgCdTe长波红外光伏探测器的Ⅰ-Ⅴ性能的影响

对三种不同工艺的HgCdTe长波器件(标准工艺、回熔处理、离子注入后退火)的Ⅰ-Ⅴ性能分别进行测试,并通过理论计算与实验数据拟合提取上述器件参数,分析暗电流机制及导致暗电流变化的原因.文章中使用的暗电流机制的模型由扩散电流、产生-复合电流、缺陷辅助隧道电流和直接隧道电流组成.从拟合得到的器件参数中可以发现回熔过程中产生了大量的缺陷,导致缺陷辅助隧道电流、产生复合电流显著增加,器件反偏电阻减小,Ⅰ-Ⅴ性能变差.与离子注入后退火器件的性能变化相比,推测导致器件回熔后性能下降的原因是ZnS钝化层受热不稳定.     

替代衬底上的碲镉汞长波器件暗电流机理

基于暗电流模型,通过变温I-V分析长波器件(截止波长为9~10μm)的暗电流机理和主导机制.实验对比了不同衬底、不同成结方式、不同掺杂异质结构与暗电流成分的相关性.结果表明,对于B+离子注入的平面结汞空位n~+-on-p结构,替代衬底上的碲镉汞(HgCdTe)器件零偏阻抗(R0)在80 K以上与碲锌镉(CdZnTe)基碲镉汞器件结阻抗性能相当.但替代衬底上的HgCdTe因结区内较高的位错,使得从80 K开始缺陷辅助隧穿电流(I_(tat))超过产生复合电流(I_(g-r)),成为暗电流的主要成分.与平面n~+-on-p器件相比,采用原位掺杂组分异质结结构(DLHJ)的p~+-on-n台面器件,因吸收层为n型,少子迁移率较低,能够有效抑制器件的扩散电流.80 K下截止波长9.6μm,中心距30μm,替代衬底上的p~+-on-n台面器件品质参数(R0A)为38Ω·cm2,零偏阻抗较n-on-p结构的CdZnTe基碲镉汞器件高约15倍.但替代衬底上的p+-on-n台面器件仍受体内缺陷影响,在60 K以下较高的Itat成为暗电流主导成分,其R0A相比CdZnTe基n~+-on-p的HgCdTe差了一个数量级.