厦门大学 电子科学与技术学院 电子工程系，福建厦门361005
为了解决感应耦合等离子体刻蚀和衬底切割对发光二极管芯片造成损伤的问题，提高器件的成品率，提出了一种新的制备氮化镓基垂直结构发光二极管的工艺方法，成功制备出了无需衬底切割的自分裂垂直结构发光二极管.制备过程中使用化学机械抛光来代替感应耦合等离子体刻蚀对n型氮化镓进行减薄，避免了感应耦合等离子体刻蚀对器件侧壁和有源区造成的损伤；通过临时衬底转移技术解决了衬底切割的问题，无需衬底切割即可得到单个发光二极管芯片.与传统结构正装发光二极管相比，300 μm×300 μm的自分裂垂直结构发光二极管的电学特性得到大幅度改善，电流为20 mA下的正向电压从3.17 V降到2.88 V，降低了9%；饱和电流从240 mA提高到280 mA，提高了17%.研究了电极形状对器件性能的影响，将电极形状由圆盘形改为环形，500 μm×500 μm的自分裂垂直结构发光二极管的饱和电流从450 mA提高到490 mA，提高了9%，通过优化电极结构有望进一步改善芯片性能.
氮化镓 自分裂 垂直结构发光二极管 衬底切割 环形电极 GaN Auto-split Vertical structure LED Substrate cutting Ring electrode
厦门大学电子科学与技术学院(国家示范性微电子学院), 福建 厦门 361005
氮化镓(GaN)垂直腔面发射激光器(VCSEL)在近20年来获得了飞速发展,已成为下一代半导体激光器的研究热点。GaN是制造从紫外波段到绿色波段光电子器件的绝佳材料,而VCSEL具有阈值和发散角小、调制速率高,以及输出光束呈圆对称等特点。首先回顾了基于GaN的VCSEL的发展历史,简要介绍了它的主要应用方向;然后讨论了反射镜与谐振腔设计与制造中的关键问题;接着分析了三种不同结构的GaN VCSEL的散热机理,并分析讨论了优化散热的策略;最后介绍了基于GaN的蓝色、绿色和紫外VCSEL的研究进展及最新思路。
激光器 垂直腔面发射激光器 氮化镓 半导体激光器 分布式布拉格反射镜
1 厦门大学电子科学与技术学 院微纳光电子研究室, 福建 厦门 361005
2 中山大学物理学院 光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州 510275
围绕高性能GaN基垂直腔面发射激光器(VCSELs), 设计了两种具有不同光电耦合强度的InGaN/GaN量子阱(QWs)样品, 研究了它们的光学性质。样品A在腔模的两个波腹处各放置两个InGaN耦合量子阱, 而样品B在腔模的一个波腹处放置5个InGaN耦合量子阱。计算表明样品A具有较大的相对光限制因子1.79, 而样品B为1.47。光学测试发现样品A有着更高的内量子效率(IQE)和更高的辐射复合效率。使用两种样品制作了光泵VCSEL结构, 在光激发下实现激射, 其中基于样品A的VCSEL有着更低的激射阈值。结果表明有源区结构会显著影响量子阱与光场的耦合作用、外延片的内量子效率、辐射复合寿命和VCSEL激射阈值, 同时也说明样品A的有源区结构更有利于制作低阈值的VCSEL器件。
有源区 相对光限制因子 内量子效率 复合寿命 垂直腔面发射激光器 active region relative optical confinement factor internal quantum efficiency recombination lifetime vertical cavity surface emitting laser
1 厦门大学 电子工程系 微纳光电子研究室, 福建 厦门 361005
2 洛阳光电技术研究中心, 河南 洛阳 471009
采用严格数值算法对中红外硅微透镜阵列进行了模拟, 该微透镜阵列特征尺寸小于波长工作波长.研究发现该微透镜阵列存在一个显著的离焦效应, 其离焦量达到0.4左右, 超出了现有的传统理论模型预测范围.对微透镜阵列进行了制作和焦距测试, 发现测试结果跟数值模拟基本吻合.微纳衍射光学集成系统中透镜离焦量是系统集成非常重要的一个参数, 该研究结果为硅微透镜阵列和中红外探测器光学集成提供有效参考.
亚波长结构 红外探测器 离焦 微透镜阵列 sub-wavelength structure FDTD FDTD infrared detector focal shift microlens array
1 厦门大学物理系, 福建 厦门 361005
2 厦门大学电子工程系, 福建 厦门 361005
利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上生长了InGaN/GaN多量子阱外延结构, 高分辨率X射线衍射测量结果显示, 量子阱结构界面清晰, 周期重复性很好, InGaN阱层的In组分约为 0.2。利用该外延结构制备的InGaN/GaN多量子阱太阳电池的开路电压为2.16V, 转换效率达到了0.64%。器件的I-V测量结果显示, 在光照条件下, 曲线的正向区域存在一明显的“拐点”。随着聚光度的减小, I-V曲线的“拐点”逐渐向高电压区域移动, 同时器件的开路电压也随之急剧下降。通过与理论计算对比, 发现器件开路电压的下降幅度明显大于理论计算值。进一步分析表明, InGaN量子阱的极化效应不仅是I-V曲线产生拐点以及器件开路电压下降过快的主要原因, 也是影响氮化物太阳电池性能的关键因素之一。
InGaN/GaN多量子阱 极化效应 拐点 太阳电池 InGaN/GaN MQWs polarization effects turning point solar cell
1 厦门大学物理系, 福建 厦门 361005
2 厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院, 福建 厦门 361005
3 中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室, 北京 100083
4 厦门大学电子工程系, 福建 厦门 361005
利用闪耀光栅作为外腔光反馈元件，研究Littrow结构的蓝紫光外腔半导体激光器。通过引入闪耀光栅，在光栅面和半导体激光器后端面之间构成耦合外腔，改善了中心波长位于405.5 nm的边发射半导体激光二极管的性能。研究结果表明，在引入外腔反馈后，半导体激光二极管的阈值电流降低了27%，说明外腔与内腔之间具有较高的耦合效率；改变反馈元件光栅的转角，实现了激射波长的宽带连续调谐，调谐范围可达7 nm。
激光器 光栅外腔 宽带调谐 蓝紫光 激光与光电子学进展
2013, 50(11): 111405
