键合方法研制InAsP/InGaAsP量子阱1.3μm垂直腔面发射激光器

设计并研制了由InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱有源层、SiO2/TiO2介质薄膜和GaAs/Al(Ga)As半导体分布布拉格反射镜（DBR）构成的垂直腔面发射激光器（VCSEL) . 采用直接键合技术实现InP基有源层与GaAs基DBR的晶片融合,并经过侧向湿法腐蚀定义电流限制孔径和沉积介质薄膜DBR等关键器件工艺,研制出InAsP/InGaAsP量子阱垂直腔面发射激光器,其阈值电流为13.5mA,单模激射波长为1288.6nm.     

侧向腐蚀在1.3μm垂直腔面发射激光器中的应用

研究了广泛应用于垂直腔面发射激光器(VCSEL)等I-V族光电子器件制作的侧向腐蚀技术.分别采用C6H8O7:H2O2溶液、HCl:H3PO4溶液对InAlAs材料,InP材料进行了侧向腐蚀试验,获得了较稳定的速率,并对其腐蚀机制和晶向选择性进行了分析.采用侧向腐蚀技术制备了电流限制孔径分别为11μm和5 μm的1.3...     

808nm DFB半导体激光器的光栅制备

实验优化设计了808nm DFB半导体激光器的二级布拉格光栅结构,介绍了808 nm分布反馈（DFB）半导体激光器光栅制备的工艺过程。采用全息光刻方法和湿法腐蚀技术在GaAs衬底片上制备了周期为240nm的光栅图形,全息光刻系统采用条纹锁定技术降低条纹抖动和提高干涉稳定性,腐蚀液采用H3PO4 : H2O2 : H2O (1 : 1 : 10),腐蚀时间为30s。光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）测试显示,光栅周期为240nm,占空比为0.25,深度为80nm,具有完美的表面形貌,及良好的连续性和均匀性。     

基质刻蚀的高功率外腔面发射激光器

为了降低光抽运外腔面发射激光器的热效应,提高激光器的输出功率,采用液体毛细键合方法将逆序生长的半导体外延片与高热导率的碳化硅散热窗口键合,并用化学刻蚀方法去除外延片的基质。实验研究了用基质刻蚀的外延片搭建的外腔面发射激光器的性能。当增益介质的有源区为InGaAs/AlGaAs多量子阱、抽运源为808nm的光纤耦合输出半导体激光器,输出镜对激光波长透过率为3%时,在室温下获得TEM00模的最大输出功率0.52W,激光波长1018nm,光谱线宽2nm(半峰全宽),激光器的光光转换效率约为20%。测得x方向与y方向的M2因子分别为1.01和1.00,说明输出光束为质量优良的近衍射极限高斯光束。结果表明,基质刻蚀技术可明显改善外腔面发射激光器的热性能,获得高功率、高光束质量的激光输出。     

垂直外腔面发射激光器抽运脉冲的优化设计

采用脉冲抽运方式可显著改善光抽运垂直外腔面发射半导体激光器的热效应,大幅度提升激光器的输出功率。用有限元方法数值求解瞬态传热方程,得到激光器中温度升高的最大值随抽运脉冲的变化规律。讨论了抽运光脉冲宽度范围的选择,分析了抽运脉冲重复频率对激光器中温度升高最大值的影响作用,对抽运脉冲的时间宽度进行了优化设计。结果表明,对于基质去除型的InGaAs量子阱垂直外腔面发射激光器,抽运光脉冲的宽度介于1～10μs时,激光器中最大温升值即明显下降;同时,抽运脉冲的重复频率应限制在50kHz以内,以满足脉冲间隔大于激光器热弛豫时间的要求,否则激光器中会产生热量的积聚,增加最大温升值。     

键合方法研制InAsP/InGaAsP量子阱1.3μm垂直腔面发射激光器

设计并研制了由InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱有源层、SiO2/TiO2介质薄膜和GaAs/Al(Ga)As半导体分布布拉格反射镜(DBR)构成的垂直腔面发射激光器(VCSEL).采用直接键合技术实现InP基有源层与GaAs基DBR的晶片融合,并经过侧向湿法腐蚀定义电流限制孔径和沉积介质薄膜DBR等关键器件工艺,研制出InAsP/InGaAsP量子阱垂直腔面发射激光器,其阈值电流为13.5mA,单模激射波长为1288.6nm.     

微透镜集成大功率垂直腔面发射激光器

为了改善大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的模式特性,在GaAs衬底上采用限制扩散湿法刻蚀技术制作出了不同曲率半径的微透镜,与P型和N型分布式布拉格反射镜(DBR)构成复合腔结构,可以对腔内模式进行选择.有源区采用新型的发射波长为980 nm的InGaAs/GaAs应变量子阱,包括9对In0.2Ga0.8As(6 nm)/Ga0.18As.82P(8 nm)量子阱,有源区直径100μm,微透镜直径300 μm,曲率半径959.81μm,表面粗糙度13 nm.室温下,器件连续输出功率大于180 mW,阈值电流200 mA,远场发散角半角宽度分别为7.8°和8.4°,并且与没有微透镜的垂直腔而发射激光器输出特性进行了比较.     

长波长垂直腔面发射激光器

给出了长波长垂直腔面发射激光器的器件结构的发展现状，同时对GaInNAs／GaAs垂直腔面发射激光器进行了详细的介绍。最后，给出了所设计的新型1.3μm GaInNAs/GaAs长波长垂直外腔面发射半导体激光器的结构设计，有源区量子阱由980nm半导体激光二极管进行泵浦。这种器件设计实现了激光二极管泵浦与长波长垂直腔面发射激光器的有机结合，同时具有两者的优点。此外，本文还对器件的阈值特性和光输出功率进行了理论计算。     

光泵浦垂直外腔面发射激光器斜率效率的分析

研究了光泵浦垂直外腔面发射激光器(OPS-VECSEL)的湿法腐蚀工艺,采用快速腐蚀和精细选择腐蚀相结合的腐蚀方法,使得衬底能被干净地腐蚀掉,并精确停留在阻挡层,得到高平整度的外延片表面,提高了泵浦效率,降低了散射损耗。从理论上分析了外延片表面粗糙度与OPS-VECSEL斜率效率的关系,得出如果在外延片上镀一层λ/4单介质增透膜,能进一步提高VECSEL的斜率效率。     

键合界面对面发射激光器的光、热性质影响

分析了采用双面键合长波长面发射激光器时，键合界面光吸收系数和电、热导率的变化对器件的光、热性质的影响。对于1λ光学腔的面发射激光器，键合界面吸收系数对器件光学性能影响较大，而对于1.5λ光学腔的面发射激光器，其光学性能基本不受键合界面吸收系数的影响。由有限元方法对面发射激光器的温度分布计算结果可知，当键合界面电、热导率小于GaAs电、热导率的1%时，激光器有源层的温度会有较大的上升。     

利用限制扩散湿法刻蚀法制作GaAs微透镜

采用微透镜作为输出耦合镜,与垂直腔面发射激光器(VCSEL)的p-DBR和n-DBR构成复合腔,可以获得大功率单横模激光输出,改善光束质量。在GaAs衬底上采用限制扩散湿法刻蚀技术制作出不同直径的微透镜,研究了微透镜形成的基本原理、工艺流程,通过控制腐蚀的时间和腐蚀溶液的配比度,得到了不同曲率半径的微透镜,并且对微透镜表面形貌进行了研究。     

EPG 535光刻胶氧离子刻蚀工艺的研究

采用反应离子刻蚀(RIE)技术,对EPG 535光刻胶和碲锌镉(CZT)基体刻蚀工艺进行研究,采用原子力显微镜(AFM)法测试CZT基体刻蚀前后的表面质量,探讨了EPG 535光刻胶刻蚀速率和CZT基体表面粗糙度的影响因素。结果表明,当RF功率为60 W、氧气气压为1.30 Pa、氧气流量为40 cm3/min,光刻胶达到最大刻蚀速率;随着RF功率降低,刻蚀后CZT基体的表面粗糙度降低。实验优化的刻蚀参数为:RF功率40 W、氧气气压1.30 Pa、氧气流量40 cm3/min。     

GaAs表面处理及其椭圆偏振仪、俄歇电子能谱与X-光电子谱的特性测定

用椭圆偏振仪、俄歇电子能谱仪(AES)和X-光电子谱仪(XPS)等对经pH=7±0.05的H_2O_2-NH_40H溶液化学腐蚀或用NH_4OH:H_20=1:10和HCl:H_2O=1:1进行清洗后的GaAs表面残余氧化层厚度、折射率、纵向组分分布和Ga(3d)与As(3d)结合能变化等进行测定.三者实验结果对应很好.化学腐蚀后的GaAs表面有一层氧化物层,然后是氧化物与GaAs混合的过渡层,直至GaAs衬底.从NH_4OH:H_2O=1:10清洗后GaAs表面残余氧化层厚度,表面C吸附量和Ga/As的波动看,它均比用HCl:H_2O=1:1清洗为优,故用它作为GaAs在化学腐蚀后的清洗是可取的.     

高阈值电压低界面态增强型Al2O3/GaN MIS-HEMT

采用高温热氧化栅极凹槽刻蚀工艺并结合高温氮气氛围退火技术,制备出了高阈值电压的硅基GaN增强型Al_2O_3/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMT)。采用高温热氧化栅极凹槽刻蚀工艺刻蚀AlGaN层,并在AlGaN/GaN界面处自动终止刻蚀,可有效控制刻蚀的精度并降低栅槽表面的粗糙度。同时,利用高温氮气退火技术能够修复Al_2O_3/GaN界面的界面陷阱,并降低Al_2O_3栅介质体缺陷,因此能够减少Al_2O_3/GaN界面的界面态密度并提升栅极击穿电压。采用这两项技术制备的硅基GaN增强型Al_2O_3/GaN MIS-HEMT具有较低的栅槽表面平均粗糙度(0.24 nm)、较高的阈值电压(4.9 V)和栅极击穿电压(14.5 V)以及较低的界面态密度(8.49×10¹¹ cm^-2)。     

GaAs MISFET制备中的选择性腐蚀研究

研究了体积比为1:1到10:1的50%柠檬酸/双氧水溶液对GaAs/A1 Ga1-xAs结构腐蚀的选择特性,用α台阶仪、原子力显微镜(AFM)等方法研究了腐蚀样品表面的微观形貌.利用这种选择腐蚀技术制备了undoped-GaAs/n-GaAs调制掺杂沟道金属-绝缘体-半导体场效应晶体管,获得了很好的器件特性参数,证明了这种腐蚀溶液适合于器件制备中的栅挖槽工艺.     

用于InP基DHBT制备的GaAs0.51 Sb0.49湿法腐蚀研究

介绍了采用基于柠檬酸、硫酸和磷酸的腐蚀溶液对气态分子束外延生长的InP衬底上GaAs0.51 Sb0.49湿法腐蚀研究工作.对不同体积比的腐蚀溶液的腐蚀速率和表面粗糙度进行了研究.和硫酸及磷酸基腐蚀液相比,柠檬酸/双氧水腐蚀液的腐蚀速率较慢但具有很好的表面粗糙度.作为验征,采用最优体积比5∶1的柠檬酸/双氧水腐蚀溶液,...     

薄GaAs层化学腐蚀及它的表面结构

用pH=7±O.05的H_2O_2-NH_4OH溶液,在5±1℃,对晶句是(100)的高阻或浓度为2×10~(13)cm~(-3)的n型GaAs衬底进行腐蚀试验.发现腐蚀速率不但与搅拌有关,且在最初半分钟左右或开始250～500(?)的GaAs腐蚀,其腐蚀速率比更长时问或更深腐蚀时要快得多.分析表明,NH_4OH向GaAs与溶体界面的扩散很可能是腐蚀过程的限制步骤.对腐蚀后的残余氧化层进行测试分析,认为化学腐蚀后在表面有一层极薄的氧化物层,接着是过渡层.用HCI或NH_4OH水溶液清洗则可去除氧化物层并缩小过渡层.     

GaAs、GaP、InP、InGaAsP、AlGaAs、InAlGaAs的化学腐蚀研究

为研制全集成光开关、微片式激光器等，对ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡＩＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ等材料的化学腐蚀进行了实验研究。为了研制ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ微片式激光器，开发了Ｈ３ＰＯ４／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ薄层腐蚀液和ＨＣｌ／Ｈ２Ｏ选择性腐蚀液；为了研制ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰＴｂａｒ型光波导，开发了ＨＣｌ／Ｈ３ＰＯ４／Ｈ２Ｏ２薄层腐蚀液和ＨＣｌ／Ｈ２Ｏ２选择性腐蚀液；为了研制ＧａＰ、ＩｎＧａＰ光波导，开发了ＨＣｌ／ＨＮＯ３／Ｈ２Ｏ薄层腐蚀液。它们都具有稳定、重复性好、速率可控、腐蚀后表面形貌好等特点。除此之外，蚀刻成的ＧａＰ光波导侧壁平滑无波纹起伏。此种结果尚未见报导。     

Study of GaAs layers grown on Ge substrates by MOVPE and in situ monitored by laser reflectometry

Metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) of GaAs on Ge substrate has been studied by laser reflectometry (LR) with 632.8 nm laser beam. The layers were grown by varying substrate temperature and the V/III ratio. The relative difference between refractive index of film and substrate results in pronounced easily detected interference oscillations in the reflected beam intensity. The oscillations period provides an accurate and immediate measure of growth rate. In addition, the variations of extrema of oscillations and the average value of reflectance provide an estimate of the quality and surface roughness. A procedure for quantifying the roughening observed during the in situ LR monitoring of growth was presented. Furthermore, the measured interference effects were analyzed by calculating the reflectance. In order to explain the reflectometry behavior, the film was also characterized by X-ray diffraction and scanning electronic microscopy.