1 山东大学 微电子学院，新一代半导体材料研究院，山东 济南 250100
2 广 东省科学院 半导体研究所，广东 广州 510650
3 山东浪潮华光光电子股份有限公司，山东 潍坊 261061
利用磁控溅射和金属有机化学气相沉积方法在c面蓝宝石衬底上生长了深紫外Al0.38Ga0.62N/Al0.55Ga0.45N多量子阱结构，并对其荧光（PL）谱进行了测量。其PL谱的激发密度依赖性测量结果表明，该量子阱的辐射过程包含了局域载流子的散射、极化场的屏蔽和局域态的填充效应；其PL谱的温度依赖性测量结果则表明，该量子阱的辐射过程包含了局域载流子的弛豫、局域载流子的热激发和自由载流子的常规热化效应。这个现象（即多种辐射复合过程的存在）在低温和弱激发测试条件下尤为显著，并且表现出该量子阱结构具有显著的局域深度非均一性和载流子的局域效果，是浅局域载流子的散射效应和深局域态的载流子填充效应共同作用所致。在较低的温度范围内，随着温度升高，该量子阱的辐射过程是由浅局域载流子的弛豫效应和深局域载流子的热激发效应共同作用的结果。这些行为被归因于阱宽起伏所诱发的局域深度的非均一性和载流子的局域效果。
深紫外LED AlGaN多量子阱 光致发光 载流子局域效应 deep-ultraviolet LED AlGaN multiple quantum well photoluminescence carrier localization effect
南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏 南京 210003
面向6G无线通信感知一体化技术，提出、制造并表征了基于GaN微环形状的多量子阱（MQW）二极管。基于二极管发光光谱和响应光谱重叠的物理现象，微环发光二极管（MR-LED）具有多功能性，可以同时发光探测，实现通信探测一体化。作为一个发光源，MR-LED能实现片外150 Mbit/s开关键控调制方式的数据传输。同时通过MATLAB软件处理，MR-LED能够实现光无线图像数据传输。作为接收端，无论MR-LED是否在发光状态，MR-LED在不同的偏置电压下都能检测自由空间光信号。MR-LED用于通信探测一体化，可实现空间全双工通信，促进微型高速可见光通信系统的发展。
光通信 多层量子阱二极管 微环发光二极管 同时发光探测 光学学报
2023, 43(21): 2106001
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
分析了多量子阱材料各参数对其TE模和TM模有效折射率的影响。结果表明: 阱数增多, 多量子阱有效折射率降低, 当量子阱数目大于3时, 其有效折射率的变化不明显。垒厚增加, 有效折射率略有降低。存在合适的张应变量使TE模和TM模有效折射率峰值波长接近的同时, 折射率差值整体最小, 偏振相关性最小。据此提出多量子阱材料有效折射率低偏振相关设计方法, 并设计出C波段内(1530~1565nm)折射率低偏振相关的InGaAs/InGaAsP多量子阱材料。研究结果有助于设计实用化的有效折射率低偏振相关量子阱材料。
多量子阱 折射率偏振相关 量子阱数 垒厚 应变 multiple quantum well polarization dependence of refractive index number of quantum wells barrier thickness strain
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 邵阳学院电气工程学院多电源地区电网运行与控制湖南省重点实验室，湖南 邵阳 422000
3 武汉飞思灵微电子技术有限公司，湖北 武汉 430040
硅基光子集成技术在众多领域已经取得了重大突破，但目前唯一能实现全部硅基集成有源器件且与互补金属氧化物半导体工艺兼容的材料是锗硅材料体系。Ge/SiGe多量子阱作为硅基光调制器在硅芯片上能实现短距离光互连，基于量子限制斯塔克效应的Ge/SiGe多量子阱调制器具有低功耗、低偏压、高速率的优点。总结了基于Ge/SiGe多量子阱调制器的研究现状和进展，讨论对比了Ge/SiGe多量子阱调制器的消光比、光损耗、偏置电压、电场、光调制器的调制带宽、暗电流等性能参数，展望了Ge/SiGe多量子阱调制器在集成光子学中的发展方向和面临的挑战。
光学器件 硅基光子学 SiGe调制器 Ge/SiGe多量子阱 量子限制斯塔克效应 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1900003
1 河南仕佳光子科技股份有限公司, 河南 鹤壁 458030
2 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
为了应对共封装光学(CPO)系统对硅光外置光源提出的高功率、低噪声、低功耗等要求, 设计了一种波长在1310nm附近的AlGaInAs多量子阱(MQW)高功率连续波(CW)分布反馈(DFB)激光器芯片。通过在有源层MQW的下方插入一层InGaAsP远场减小层, 实现光模场向n型包层下移, 减小远场发散角的同时降低了量子阱区的光限制因子和整体的光吸收损耗, 制作的激光器可以实现高斜率效率、非致冷高温高功率工作。测试结果显示, 该激光器在25℃下, 阈值电流为20mA, 斜率效率为0.46W/A, 输出功率为173mW@400mA; 当注入电流为300mA时, 激光器的水平和竖直发散角分别是15.2°和19.1°, 边模抑制比大于55dB, 洛伦兹线宽小于600kHz, 相对强度噪声(RIN)小于-155dB/Hz; 在85℃高温下, 激光器阈值电流为32mA, 输出功率达到112mW@400mA。
共封装光学 连续波 多量子阱 分布反馈激光器 co-packaged optics (CPO) continuous wave (CW) multiple quantum well (MQW) AlGaInAs AlGaInAs distributed feedback (DFB) laser
1 中国科学院半导体研究所 半导体照明研发中心, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
AlGaN基深紫外LED由于具有高调制带宽和小芯片尺寸, 在紫外光通信领域受到越来越多的关注。本研究通过改变生长AlGaN量子垒层的Al源流量, 生长了三种具有不同量子垒高度的深紫外LED, 研究了量子垒高度对深紫外LED光电特性和调制特性的影响。研究发现, 随着量子垒高度的增加, 深紫外LED的光功率出现先增加后减小的趋势, 量子垒中Al组分为55%的深紫外LED的光功率相比50%和60%的深紫外LED提升了近一倍。载流子寿命则出现先减小后增大的趋势, 且发光峰峰值波长逐渐蓝移。APSYS模拟表明, 随着量子垒高度增加, 量子垒对载流子的束缚能力增强, 电子空穴波函数空间重叠增加, 载流子浓度和辐射复合速率增加; 但进一步增加量子垒高度又会由于电子泄露, 空穴浓度降低, 从而辐射复合速率降低。量子垒中Al组分为55%的深紫外LED的-3 dB带宽达到94.4 MHz, 高于量子垒Al组分为50%和60%的深紫外LED。
紫外光通信 深紫外发光二极管 多量子阱层 调制带宽 发光功率 ultraviolet communication deep ultraviolet light-emitting diodes multiple-quantum-well layer modulation bandwidth optical power
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
