AlGaInAs近红外半导体激光器外延结构的退化机理研究

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	AlGaInAs近红外半导体激光器外延结构的退化机理研究
	宋悦
学位类型	博士
导师	张立功 ; 秦莉
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	AlGaInAs应变量子阱铟离析载流子局域化中心热膨胀系数热处理
摘要	AlGaInAs材料体系作为有源区具有阈值电流密度低,调制速度以及外微分量子效率较高等优点,成为发射波长为1310 nm及1550 nm的半导体激光器不可或缺的选材,这一波段的半导体激光器在光纤通信和光纤传感器等领域都得到了越来越广泛的应用。近年来,随着半导体激光器输出功率的不断增大和性能的不断提高,其应用的市场也在不断地扩大,然而,器件的可靠性仍然是限制其应用的重要因素之一。尤其对于结构相对较为复杂的四元结构体系,其结构中的缺陷比二元及三元体系更复杂,此外,由于四元系长发射波长激光器各性能参数对温度比较敏感,其高温退化过程就显得更为显著。因此,对AlGaInAs量子阱半导体激光器进行深入、全面的失效机理研究进而提高其可靠性,依然是一个非常重要的研究课题。由于半导体激光器经过较长的工作时间后,通常会发生电流或者电压的过载、电流浪涌、热过载等现象,这些热效应会在器件的内部形成热量的累积,造成有源区中的局部温度过高进而形成缺陷。缺陷密度达到一定程度,就会影响半导体激光器的性能参数,使器件劣化,导致激光器发生退化甚至是失效。本文主要以Al_(0.07)Ga_(0.22)In_(0.71)As应变量子阱近红外半导体激光器的外延结构为研究对象,在170℃对其进行热处理,来加速其性能的老化过程,从而模拟器件经历了较长的工作时间后,其有源区的温升情况。研究了热处理时间对外延片的光学性能以及结构性能的影响;分析了有源区由于热效应所导致的组分变化情况以及组分的扩散过程;此外,还对组分变化引起的缺陷类型和缺陷的演变过程进行了表征,进而对其退化机理进行了探究。得到的实验结果主要有:1、采用空间高分辨阴极荧光技术(SRCL),研究了AlGaInAs应变量子阱(QW)外延结构由热处理诱导的微观结构改变和演化过程。发现AlGaInAs应变量子阱外延结构经过4小时170℃热处理,CL发光峰值能量的空间分布呈现出明显的离散化;确定了组分分布出现离析。其PL寿命比未处理样品的下降了近20倍。缺陷密度的增多以及组分的波动,In原子显著的层间扩散过程,都会使得晶格质量发生严重的恶化,这些因素很可能是导致PL寿命显著减小的重要原因。2、从空间高分辨光谱图中,明显的发现了量子阱层中热处理所导致的暗点型缺陷的存在,缺陷点处的发光峰位与正常区域的相比发生了蓝移,确定了缺陷富集区域所含有的In原子含量比周围区域的少;In原子在暗点附近的扩散过程是非对称的,且In原子的扩散过程主要发生在层间,较少数扩散过程发生在层内。3、在超低的温度下,对于不同热处理时间的四元AlGaInAs应变量子阱来说,其光致发光(PL)发光峰能量随着测试温度的升高表现出一个非典型的S型的变化规律,其半高宽则呈现出一个与传统规律相驳的非单调变化的规律;而且PL发光峰的半高宽和相对应温度下的发光峰能量之间呈现出一个高度的线性关联,这说明它们对影响因素的依赖关系是一致的;即:相邻外延层间热膨胀系数的差异所形成的应力以及较强的载流子局域化中心对光生载流子的俘获作用。4、发现了光生载流子从带尾态跃迁到局域化中心所需要的热激活能与热处理时间无关。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61545
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	宋悦. AlGaInAs近红外半导体激光器外延结构的退化机理研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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AlGaInAs近红外半导体激光器外延结（5747KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文