1 南京邮电大学 通信与信息工程学院 江苏省氮化镓光电子集成国际合作联合实验室, 江苏 南京 210003
2 南京邮电大学 宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室, 江苏 南京 210003
在自然界中，物体运动无处不在，随着智能汽车、6G移动通信的高速发展，对通信和运动探测传感融合的高集成度通感一体器件的需求日益增加。本文基于氮化镓多量子阱结构发光和探测并存的特点，提出了一种基于蓝宝石衬底外延生长氮化镓多量子阱材料的集成式光电子芯片，该芯片具有灵敏的运动探测功能及可见光通信功能。该光电子芯片发射器向运动的目标物体发射蓝光波段可见光信号，经目标物体运动调制的可见光信号反射回光电子芯片的接收器部分，激发变化的光电流。通过分析接收器的光电流变化，可探测以不同速度旋转的目标物体的运动情况，光电流曲线变化周期与目标物体旋转周期一致。本文还研究了光电子芯片的各项光电指标及可见光通信性能，该芯片可用作可见光通信系统的收发终端，可以处理和传输芯片采集到的运动探测信号。基于氮化镓多量子阱材料的光电子芯片是一种具有实用价值的高集成度通感一体终端器件。
运动探测 多量子阱 三族氮化物 光电子芯片 可见光通信 motion detection multiple quantum wells III-nitride optoelectronic chips visible light communication 
Author Affiliations
Abstract
Nanjing University of Posts and Telecommunications, Peter Grünberg Research Center, Nanjing, China
Suitable optoelectronic integration platforms enable the realization of numerous application systems at the chip scale and are highly anticipated in the rapidly growing market. We report a GaN-on-silicon-based photonic integration platform and demonstrate a photonic integrated chip comprising a light source, modulator, photodiode (PD), waveguide, and Y-branch splitter based on this platform. The light source, modulator, and PD adopt the same multiple quantum wells (MQWs) diode structure without encountering incompatibility problems faced in other photonic integration approaches. The waveguide-structure MQW electro-absorption modulator has obvious indirect light modulation capability, and its absorption coefficient changes with the applied bias voltage. The results successfully validate the data transmission and processing using near-ultraviolet light with peak emission wavelength of 386 nm. The proposed complete active–passive approach that has simple fabrication and low cost provides new prospects for next-generation photonic integration.
GaN photonic integration multiple quantum wells modulator Advanced Photonics Nexus
2023, 2(4): 046003
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
利用金属有机化学气相沉积技术在GaAs衬底上开展了大失配InGaAs多量子阱的外延生长研究。针对InGaAs与GaAs之间较大晶格失配的问题, 设计了GaAsP应变补偿层结构; 通过理论模拟与实验相结合的方式, 调控了GaAsP材料体系中的P组分, 设计了P组分分别为0, 0.128, 0.184, 0.257的三周期InxGa1-xAs/GaAs1-yPy多量子阱结构; 通过PL、XRD、AFM测试对比发现, 高势垒GaAsP材料的张应变补偿可以改善晶体质量。综合比较, 在P组分为0.184时, PL波长1 043.6 nm, 半峰宽29.9 nm, XRD有多级卫星峰且半峰宽较小, AFM粗糙度为0.130 nm, 表面形貌显示为台阶流生长模式。
金属有机化学气相沉积 应变补偿 多量子阱 晶格失配 metal-organic chemical vapour deposition(MOCVD） InGaAs/GaAsP InGaAs/GaAsP strain compensation multiple quantum wells lattice mismatch
1 山东大学(威海) 空间科学与物理学院, 山东 威海 264209
2 山东大学 化学与化学工程学院, 山东 济南 250100
3 山东大学(威海) 机电与信息工程学院, 山东 威海 264209
4 中国科学院 上海技术物理研究所, 上海 200083
5 济南市半导体元件实验所, 山东 济南 250014
三个具有不同量子阱宽度的GaAs/AlAs多量子阱结构样品通过分子束外延生长设备生长在半绝缘的(100)p-型GaAs衬底上, 并且在量子阱层结构的生长过程中, 在GaAs阱层中央进行了Be受主的δ-掺杂。基于这3个结构样品, 通过光刻技术和半导体加工工艺制备了相应的两端器件。在4~200 K的温度范围内, 我们分别测量了器件的电流-电压特征曲线, 清楚地观察到了重、轻空穴通过δ-掺杂Be受主GaAs/AlAs多量子阱结构的共振隧穿现象。发现随着GaAs量子阱层宽的逐渐减小, 轻空穴的共振隧穿峰向着高电压方向移动, 这个结果和通过AlAs/GaAs/AlAs双势垒结构模型计算的结果是一致的。然而, 随着测量温度的进一步升高, 两个轻空穴共振峰都朝着低电压的方向移动, 并且在150 K温度下, 其中一个共振遂穿峰表现为一种振动模式。
共振隧穿 重空穴和轻空穴 GaAs/AlAs多量子阱 电流-电压特征 δ-掺杂。 resonant tunneling heavy- and light-holes GaAs/AlAs multiple quantum wells current-voltage characteristics δ-doped
1 中国农业大学 应用物理系, 北京100083
2 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室, 北京100083
研究了不同垒厚对InGaN/GaN多量子阱电注入发光性能的影响及机理。实验发现, 当GaN垒层的厚度从6 nm增大到24 nm时, 垒厚的样品发光强度更强, 而且当注入电流增加时, 适当增加垒厚, 可以更显著增加发光强度。进一步结合发光峰位和光谱宽度的研究表明, 由于应力和极化效应的存在, 当垒层厚度在6~24 nm范围内时, 适当增加垒层厚度不仅会使得能带的倾斜加剧, 减少电子泄露, 而且也会增加InGaN阱层的局域态深度, 从而改善量子阱的发光性能。
多量子阱 垒层厚度 电注入发光 InGaN/GaN InGaN/GaN multiple quantum wells barrier thickness electroluminescence
1 北京科技大学 数理学院，北京 100083
2 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室，北京 100083
InGaN基量子阱作为太阳电池器件的有源区时，垒层厚度设计以及实际生长对其光学特性的影响极为重要。采用金属有机化学气相沉积(MOVCD)技术，在蓝宝石衬底上外延生长了垒层厚度较厚的InGaN/GaN多量子阱，使用高分辨X射线衍射和变温光致发光谱研究了垒层厚度对InGaN多量子阱太阳电池结构的界面质量、量子限制效应及其光学特性的影响。较厚垒层的InGaN/GaN多量子阱的周期重复性和界面品质较好，这可能与垒层较薄时对量子阱的生长影响有关。同时，厚垒层InGaN/GaN多量子阱的光致发光光谱峰位随温度升高呈现更为明显的“S”形(红移-蓝移-红移)变化，表现出更强的局域化程度和更高的内量子效率。
InGaN/GaN多量子阱 金属有机化学气相沉积 光致发光 高分辨X射线衍射 InGaN/GaN multiple quantum wells MOCVD photoluminescence XRD
1 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉 430072
2 中国通信服务华信设计院, 浙江 杭州 310014
考虑光场限制因子、温度变化和阱间载流子非均匀分布,给出AlGaInAs多量子阱增益求解的分析模型。对量子阱应变量、阱宽和载流子浓度对材料增益TE模和TM模的影响进行了分析。设计出C波段内增益低偏振相关的混合应变多量子阱结构。在15～45 ℃温度范围,其模式增益具有低的偏振相关性(2%以内);当注入载流子浓度从2×1024 m-3增大到3×1024 m-3时,模式增益逐渐增大,且能在一定温度下保持低的偏振相关(3%以内)。
AlGaInAs多量子阱 增益 低偏振相关 温度 AlGaInAs multiple quantum wells gain low polarization dependence temperature
1 无锡职业技术学院 汽车与交通学院, 江苏 无锡 214121
2 江南大学 理学院, 江苏 无锡 214122
为了制备单芯片无荧光粉白光InGaN/GaN多量子阱发光结构, 利用选择性外延生长法在SiO2条纹掩膜板上生长出具有梯形形貌的GaN微面结构, 并在该GaN微面结构上生长InGaN/GaN多量子阱结构, 最终在单芯片上获得了双波长发光.结果表明: 梯形GaN微面由(0001)和(11-22)面组成, 两者的表面能和极性不同, 并且在InGaN/GaN多量子阱生长过程中,In原子和Ga原子迁移速率不同, 从而使得(0001)和(11-22)面上的多量子阱具有不同的发光波长; 该性质可以使(11-22)面的微面量子阱发出蓝光(峰值波长为420 nm), 而(0001)面的量子阱发出黄光(峰值波长为525 nm), 最终形成双波长的复合白光外延结构.
白光 发光二极管 选择性外延 GaN微面 多量子阱 White light Light-emitting diodes Selective area epitaxy GaN microfacet Multiple quantum wells
山东大学(威海)空间科学与物理学院,山东 威海264209
通过显微拉曼(Raman)光谱仪,对一系列δ掺杂GaAs/AlAs量子阱中浅受主铍(Be)原子能级间跃迁进行了研究.实验样品是利用分子束外延技术生长在GaAs衬底(100)面上的GaAs/AlAs多量子阱,阱宽范围从30到200,并在阱中央进行了受主Be原子的δ掺杂.在4.2K液氦温度下,对样品进行了Raman光谱测量,并与光致发光(PL)光谱进行了对比,清楚地观测到了受主原子从基态能级1S3/2(Γ6)到第一激发态能级2S3/2(Γ6)之间的跃迁.根据量子力学中的变分原理和打靶法算法,计算了量子阱中类氢受主Be原子1s到2s能级间跃迁能量,并和实验结果进行了比较.计算结果表明,受主1s到2s能级间跃迁的能量随量子阱宽度减小而单调增加,并且与实验结果符合较好.
拉曼光谱 多量子阱 打靶法 受主能级 Raman spectra multiple-quantum wells iterative shooting algorithm acceptor energy levels
