1 中国科学院上海技术物理研究所，红外物理国家重点实验室，上海 200083
2 上海空间电源研究所，空间电源技术国家重点实验室，上海 200245
3 中国科学院大学，北京 100049
现有1.0 eV/0.75 eV InGaAsP/InGaAs双结太阳电池的开路电压小于各子电池的开路电压之和，鲜有研究探索开路电压损耗的来源以及如何抑制。通过研究发现，InGaAs底电池背场/基区界面处的少数载流子输运的主要机制是热离子发射，而不是缺陷诱导复合。SIMS测试表明，采用InP或InAlAs背场均不能有效抑制Zn掺杂剂的扩散。此外，由于生长过程中持续的高温热处理，III-V族主元素在界面处发生了热扩散。为了抑制上述现象，提出了一种新型InP/InAlAs超晶格背场，并应用到InGaAs底电池中。制备得到的双结太阳电池在维持短路电流密度不变的情况下，开路电压提升到997.5 mV，与传统采用InP背场的双结太阳电池相比，开路电压损耗降低了30 mV。该研究成果对提升四结太阳电池的整体开路电压有重要意义。
背场 InGaAsP/InGaAs双结电池 开路电压 超晶格 Back-surface field InGaAsP/InGaAs dual-junction open-circuit voltage superlattice
1 山东大学，新一代半导体材料研究院，晶体材料国家重点实验室，济南 250100
2 山东华光光电子股份有限公司，济南 250101
3 济南大学物理科学与技术学院，济南 250022
针对高功率808 nm激光器泵浦源的应用需求，设计并制备了InGaAsP/GaInP材料体系的无铝有源区半导体激光器。使用双非对称的限制层及波导层结构，降低了P侧材料的热阻及光吸收。优化了金属有机化学气相沉积(MOCVD)中As和P混合材料的生长条件，制备出界面陡峭的四元InGaAsP单晶外延薄膜。制作的激光器室温测试阈值电流为1.5 A，斜率效率为1.26 W/A，10 A下的功率达到10.5 W，功率转换效率为58%。连续电流测试最大功率为23 W@24.5 A，准连续电流测试最大功率为54 W@50 A，没有产生灾变性光学损伤(COD)。在15 A电流加速老化下，激光器工作4 200 h未出现功率衰减及COD现象，说明制备的无铝有源区808 nm激光器具有高可靠性的输出性能。
无铝材料 高可靠性 非对称 泵浦源 半导体激光器 Al-free material high reliabile InGaAsP InGaAsP 808 nm 808 nm asymmetric pump source semiconductor laser diode
1 中国科学院 上海技术物理研究所, 上海 200048
2 上海空间电源研究所, 上海 200245
3 中国科学院大学, 北京 100049
Ⅲ-Ⅴ族太阳电池效率的持续提升要求对能量转换材料的带隙宽度进行更细致划分, 以实现对全光谱的高效利用。在短波红外波段, 四元InGaAsP混晶材料因在带隙宽度和晶格常数的调节上具有很好的可操作性, 是一种极具潜力的短波红外光电转换材料。本文对InGaAsP材料生长及子电池器件制备进行了研究, 通过时间分辨荧光光谱、高分辨X射线衍射等表征手段对室温下晶格失配的InGaAsP材料进行了测试分析。实验结果表明, 在一定程度负失配生长条件下, InGaAsP材料质量随着负失配程度逐渐提高。在后续电池制备过程中, 一定程度负失配同样有助于电池器件性能提升, 制备的单结电池开路电压由晶格匹配时的633 mV提高到负失配条件下的684 mV, 从而为高效多结太阳电池的应用提供了新的技术路线。
晶格失配 太阳电池 lattice-mismatch InGaAsP InGaAsP MOCVD MOCVD solar cell
通过对InGaAsP/InP 单光子雪崩二极管(SPAD)的探测效率、暗计数率等基本特性与该器件的禁带宽度、电场分布、雪崩长度、工作温度等参数之间关系的分析, 采用比通常的InxGaAs(x=0.53)材料具有更宽带隙的InxGa1-xAsyP1-y(x=0.78, y=0.47)材料作为光吸收层, 并且精确控制InP倍增层的雪崩长度, 有效地降低了SPAD的暗计数率。其中InGaAsP材料与InP材料晶格匹配良好, 可在InP衬底上外延生长高质量的InGaAsP/InP异质结, InGaAsP材料的带隙为Eg=1.03 eV, 截止波长为1.2 μm, 可满足1.06 μm单光子探测需要。同时, 通过设计并研制出1.06 μm InGaAsP/InP SPAD, 对其特性参数进行测试, 结果表明, 当工作温度为270 K时, 探测效率20%下的暗计数率约20 kHz。因此基于时间相关单光子计数技术的该器件可在主动淬灭模式下用于随机到达的光子探测。
单光子雪崩二极管 自由模式 暗计数率 single photon avalanche diodes InGaAsP/InP InGaAsP/InP 1.06 μm 1.06 μm free-running DCR 红外与激光工程
2017, 46(12): 1220001
Author Affiliations
Abstract
Department of Electronics, Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran
We design an ultra-compact water temperature sensor by using the photonic crystal technology on the InP substrate at the 1.55-μm wavelength window. The photonic crystal consists of rods in a hexagonal lattice and a polymethyl methacrylate (PMMA) background. By using the plane wave expansion (PWE) method, the lattice constant and radius of rods are obtained, 520 nm and 80.6 nm, respectively. With a nanocavity placed in the waveguide, a resonance peak is observed at the 1.55-μm wavelength window. Any change of the water temperature inside the nanocavity results in the shift of the resonance wavelength. Our simulations show a shift of about 11 nm for a temperature change of 22.5 ℃. The resonance wavelength has a linear relation with the water temperature.
Sensor water temperature InGaAsP material photonic crystal Photonic Sensors
2016, 6(3): 274
中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 电子测试技术重点实验室, 太原 030051
以InP/InGaAsP脊形波导结构为研究对象, 采用有限元算法(FEM), 系统地仿真分析了在固定芯层厚度的情况下, 不同脊高和脊宽条件下脊形波导的单模特性和偏振特性。在芯层厚度一定的情况下, 脊宽越窄, 刻蚀深度越浅, 波导的传输模式越接近单模。在深刻蚀情况下, 脊波导模双折射系数受到脊宽的影响较大, 波导的偏振不敏感性较差; 在浅刻蚀情况下, 模双折射系数(Δn=nTE-nTM)受到脊宽和脊高的影响较为微弱, 稳定在1.2×10-3。相关仿真和分析为基于InP/InGaAsP脊波导的光电子器件的结构设计提供了一定的理论支持。
InP/InGaAsP脊波导 单模条件 偏振特性 模双折射系数 光电子器件 InP/InGaAsP rib waveguide single-mode condition polarization sensitivity properties mode birefringence index optoelectronic device
1 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州 215123
2 中国科学院大学, 北京 100049
报道了一种以InGaAsP(阱)/InGaAlAs(垒) 量子阱为有源区的[1.31 μm]TM偏振高速激光器。以1% 张应变的 In0.49Ga0.51As0.79P0.21作为阱层，0.5%压应变的InGaAlAs作为垒层，计算了由不同势垒带隙（1.309、1.232、1.177、1.136、1.040 eV）构成的五种多量子阱的发光特性，和由其构成的激光器的器件特性。数值模拟分析表明，采用适度小的势垒带隙，既能将载流子有效限制在有源区，又可以得到载流子在量子阱间的均匀分布，从而改善量子阱的发光特性和激光器的性能参数。该仿真对研制低阈值电流、高特征温度和大调制带宽的InGaAsP/InGaAlAs应变补偿量子阱激光器具有指导意义。
激光器 TM偏振 数值模拟 激光与光电子学进展
2014, 51(2): 021401
中国电子科技集团公司 第五十五研究所, 南京 210016
随着GaAs负电子亲和势(NEA)半导体光电阴极在我国的成熟和应用,半导体光电阴极的进一步研究将往更长波的近红外发展。针对透射式半导体光电阴极器件,系统总结了近红外波段响应良好的GaAs、InGaAs、InGaAsP Ⅲ-V族外延材料特性及相应商业化产品的应用领域和性能。通过文献调研本文进一步归纳了不同波段NEA光电阴极和转移电子光阴极适用的材料结构,并结合传统GaAs NEA光电阴极工艺讨论了InGaAs、InGaAsP材料及阴极工艺的难点。
负电子亲和势光电阴极 转移电子光阴极 negative electron affinity photocathode transferred electron photocathode GaAs GaAs InGaAs InGaAs InGaAsP InGaAsP
华侨大学信息科学与工程学院, 福建 泉州 362021
采用金属有机化学气相淀积(MOCVD)法在InP衬底上低温生长6个周期的InGaAsP多量子阱薄膜, 薄膜对1.06 μm激光的小信号透过率为23%。该薄膜兼作Nd∶YAG激光器的可饱和吸收体及耦合输出镜, 实现1.064 μm激光的被动锁模运转, 获得平均脉宽23 ps, 能量15 mJ的单脉冲序列。采用射频磁控溅射法在石英衬底上制备4个周期的Si/SiNx多量子阱薄膜, 样品在氮气环境下以1000 ℃退火30 min后, 插入Nd∶YAG激光器腔内, 实现1.064 μm激光的被动锁模, 获得脉宽30 ps的脉冲序列。多量子阱半导体薄膜作为可饱和吸收体实现激光器的被动锁模具有成本低、设计和制作简单、运转稳定和使用方便的优点。
激光技术 InGaAsP多量子阱 Si/SiNX多量子阱 被动锁模 Nd: YAG激光器
