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编译服务: 集成电路 编译者: Lightfeng 编译时间: Dec 6, 2020 浏 览 量: 8

中国香港科技大学(HKUST)宣称制造了首个硅基连续波(CW)C波段(?1580nm波长)QDash激光二极管,其阈值电流密度低至1.55kA / cm2。该团队还建议QDash格式可用于半导体光放大器、调制器和光电探测器。除了高速大容量数据传输外,此类器件还可以用于光检测和测距(LiDAR)组件。

将硅基板在氢气中进行800℃的退火。第一缓冲层是1μm的砷化镓(GaAs),作为平面硅和InP晶格之间的中间层。通过在330°C至780°C之间进行五阶段热退火循环,可降低此缓冲区中的缺陷密度,并将x射线衍射(XRD)摇摆曲线半最大宽度(FWHM)从580弧秒减小到380弧秒。在10μmx10μm场的原子力显微镜分析中,平面Si(GoPS)上GaAs的均方根(RMS)表面粗糙度为1.1nm。

3.1μmInP缓冲液也分三步生长:445°C、555°C和630°C。在最高温度下生长InP,超晶格之间的InP间隔层厚度为250nm。2.8nm RMS的表面粗糙度略大于GaAs表面。表面的透射电子显微镜(TEM)分析给出了3.6x108 / cm2的缺陷密度的估计值,标准偏差为0.4x108 / cm2。

在此材料上生长了各种QDash结构。QDashs本身是从应变InGaAs上的InAs层组装而成的。使用InGaAs和/或InAlGaAs封盖工艺在低温和高温步骤中生长了一系列“井中”(DWELL)QDash层。QDash DWELL被夹在单独的限制异质结构之间,即InP模板晶格匹配的InAlGaAs覆层。

为了确定包层的最佳光学限制,改变折射率对比和层厚度,研究人员制作了三个不同的样品。发现QDashs沿[1-10]方向拉长,点密度为3.5×1010 / cm2。使用了InGaAs帽的样品B光致发光强度最高,从而减小了阱与QDash之间的能隙。

相对于样品C,样品B中InAlGaAs势垒的较低铝含量也降低了带隙并增加了折射率。这应导致改善的光学限制,但是减小的带隙可能会降低DWELL层中载流子限制的风险。

对于电泵浦激光器,生长顺序为600nm n-InP触点、630nm n-InP包层、三层QDash有源区、1500nm p-InP包层和140nm p-InGaAs触点。

三种类型的QDash结构用于脊形波导激光二极管中,第一台面终止于有源区上方,第二台面终止于n-InP接触层。在切割成激光棒之前,将样品减薄至100μm。刻面未涂覆。所有器件的脉冲测试中的开启电压约为0.7V。样品A的激光二极管在连续波(CW)工作时不会发光。同样,样品B在低阈值电流方面以及在最高温度90°C下的操作表现最佳。在脉冲条件下,样品B激光二极管的特征温度(T0)反映阈值变化较高。

激光二极管结构的变化(脊向下一步形成到n-InP触点)使得在8μmx1.5mm器件的CW操作中,可以将阈值电流密度降低到1.55kA / cm2。单面输出功率高达14mW。由于腔体尺寸较大,发射光谱由多个集中在1580nm处的峰组成,支持多种Fabry-Perot模式。

  
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