为了验证外延材料制备工艺试验的正确性,减少GaSb衬底对红外光的吸收,同时提升探测器的可靠性和长期稳定性,需要对II类超晶格红外探测器的GaSb衬底进行减薄处理。采用机械抛光法和机械化学抛光法实现II类超晶格探测器的GaSb衬底背面减薄,最后利用专用腐蚀液腐蚀的方法将GaSb衬底全部去除,使II类超晶格材料完全露出。扫描电镜测试表明,超晶格材料腐蚀阻挡层能起到较好的阻挡作用,材料表面光滑,衬底无残留。探测器性能测试结果表明,减薄后的探测器芯片性能未发生变化。
II类超晶格 锑化镓衬底 背面减薄 腐蚀 type-II superlattice GaSb substrate back-thinning etch
主要介绍了II类超晶格探测器芯片双波段背增膜在探测器中的作用及其膜系设计与制备工艺。该膜的作用是减小探测器芯片表面在响应波段(3~5 m及7~9 m)对红外光的反射率,增强芯片的光响应率,从而提高芯片性能。研究并解决了背增膜在设计与制备工艺中的主要技术问题。根据探测器的使用环境对薄膜进行了相应的牢固性实验及测试。结果表明,此薄膜的光谱响应率和牢固度能充分满足探测器的要求。目前这项背增透薄膜制备工艺已是II类超晶格探测器生产中不可缺少的工艺步骤,应用前景良好。
双色红外探测器 II类超晶格 锑化镓 背增膜 dual-band infrared detector type-II superlattice GaSb back-adding film
红外与激光工程
2021, 50(3): 20200224
中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室 北京 100083;中国科学院大学 材料科学与光电技术学院 北京 100049
2~4 μm波段是非常重要的红外大气窗口,工作在这个波段的激光器在气体检测,医疗美容和工业加工领域具有十分巨大的应用价值。锑化物半导体材料低维结构具有窄禁带直接跃迁发光的独特优势,是实现中红外波段半导体激光器的理想材料体系。近年来,国内外锑化物半导体激光器研究不断取得重要进展,先后实现了量子阱发光的波长拓展、大功率单管和阵列激光器的室温连续激射,也实现了多波段的单模激光器的室温连续工作。锑化物半导体低维材料组分复杂、界面钝化性质特殊,材料外延和工艺制备技术难度较大。文中从锑化物半导体激光器的基本原理出发,综述了国内外研究现状,介绍了锑化物材料低维结构激光器的设计方案、关键制备技术的主要进展,分析了今后该类激光器性能优化的重点研发方向等。
锑化镓 量子阱半导体激光器 红外激光器 GaSb quantum well semiconductor laser infrared laser 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201075
1 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
2 长春理工大学 科技部国家纳米操纵与制造国际联合研究中心, 吉林 长春 130022
针对当前2.0 μm GaSb基垂直腔面发射激光器发展中由于传统的P面分布布拉格反射镜(P-DBRs)带来的高电阻和严重光吸收这一瓶颈问题, 采用严格耦合波方法仿真设计了含高对比度亚波长光栅(HCG)的P面反射镜.实验结果表明, 这种制备工艺简单的反射镜在2.0 μm 中心波长附近, TM波入射时反射率超过99.5%的高反射带宽为278 nm, 反射率99.9%以上的高反射带宽达到148 nm, 完全能够满足VCSEL对谐振腔镜的要求, 且能有效避免因异质外延等造成反射镜衍射特性劣化等问题.
垂直腔面发射激光器 锑化镓 分布布拉格反射镜 高对比度亚波长光栅 vertical cavity surface emitting laser(VCSEL) gallium antimonide (GaSb) distributed Bragg reflectors (DBRs) high contrast subwavelength grating (HCG) 红外与毫米波学报
2019, 38(2): 02228
1 中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049,
基于InGaSb/AlGaAsSb材料体系, 制备出了一款高性能的镀膜激光器。为了性能对比, 同时制备了未镀膜激光器。未镀膜的器件在注入电流为3.0 A时, 室温连续模式下的输出功率达到300 mW, 最大插头效率为 8.3%。镀膜器件在注入电流为2.6 A时, 室温连续模式下的输出功率达到380 mW, 最大插头效率为15.6%; 另外, 在0.3~2.4 A的注入电流范围内, 镀膜器件的插头效率均大于10.0%, 激射波长均在2.0 μm附近。
激光器 红外 量子阱 锑化镓
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 长春 130022
利用时域有限差分法研究了Au纳米天线对GaSb纳米线的消光增强.通过分析不同形状Au纳米阵列的电场特性和光学特性, 发现三角形为最优结构, 并具有高强度共振吸收峰和高的电场增强倍数.分别对三角形尺寸和纳米线的间距进行调节, 结果表明:随着尺寸由70 nm增加到210 nm, 消光峰位从783 nm单调增加到1 638 nm, 峰位强度和电场增强倍数逐渐增加, 尺寸为210 nm时的增强倍数为70 nm时的6倍; 随着间距由80 nm增加到130 nm, 消光峰位从1 655 nm减小到1 460 nm, 峰位强度和电场增强倍数略微减小.因此可通过先调节间距再调节尺寸的方法来设计Au纳米天线结构.
时域有限差分法 锑化镓 金纳米天线 结构设计 结构调节 Finite difference time domain GaSb Au nano antenna Structual design Structural engineering
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
研究了一种2 μm波段GaSb基亚波长光栅反射镜,讨论了亚波长光栅的各参数对反射谱的影响。对于中心波长为2 μm的TM模式,反射镜具有大宽带和极高的反射率,反射带宽与中心波长之比大于26%(反射率大于99%),波长为1.895~2.08 μm时,反射率达到99.9%以上,带宽达185 nm,同时TE模的反射率低于垂直腔面发射半导体激光器的激射条件(反射率小于95%)。该结构的各个参数所允许的制作容差较大,有利于在垂直腔面发射半导体激光器上的单片集成。
光栅 反射镜 垂直腔面发射激光器 锑化镓 激光与光电子学进展
2017, 54(7): 070501
1 云南师范大学 太阳能研究所, 可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室, 云南省农村能源工程重点实验室, 云南 昆明 650500
2 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
3 中国科学技术大学 量子信息与量子科技前沿协同创新中心, 安徽 合肥 230026
系统地研究了随着GaSb薄膜生长温度的降低, Sb/Ga(V/III)比的变化对薄膜低缺陷表面质量的影响.为了获得良好表面形貌的GaSb外延层, 生长温度与V/III比均需要同时降低.当Sb源裂解温度为900℃时, 生长得到低缺陷表面的低温GaSb薄膜的最佳生长条件是生长温度为在再构温度的基础上加60℃且V/III比为7.1.
低缺陷 锑化镓 原子力显微镜 V/III比 low-defect GaSb AFM V/III
中国科学院半导体研究所 材料科学重点实验室, 北京100083
对不同条件下制备的锑化镓抛光晶片表面进行了TOF-SIMS测试比较。结果表明使用体积比为5∶1的HCl与CH3COOH的混合溶液清洗腐蚀(100)GaSb晶片表面, 可以有效地去除金属离子、含S离子和大部分有机物, 而使用 (NH4)2S/(NH4)2SO4混合溶液方法钝化表面,可以使表面大部分Ga和Sb元素硫化, 降低了表面态密度。分析比较了清洗和钝化工艺对晶片表面化学成分的影响。
锑化镓 表面氧化 钝化 GaSb TOF-SIMS TOF-SIMS surface oxidation passivation