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
朱旭愿 1,2,3剌晓波 1,2,3郭竟 1,2,3李振宇 1,2,3[ ... ]梁松 1,2,3,*
1 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
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 低维半导体材料与器件北京市重点实验室，北京 100083
研制了以InGaAlAs多量子阱为有源材料的InP基1.3 μm波段高速直接调制分布反馈（DFB）激光器，单片集成了与DFB激光器区具有相同量子阱材料的分布式布拉格反射器（DBR）反馈区。室温下DFB有源区长度为200 μm时器件的3 dB小信号直接调制带宽大于29 GHz。在速率为25 Gbit/s的非归零（NRZ）码数据调制下，光信号经10 km长的单模光纤传输后获得10-10误码率的功率代价在室温及80 ℃下均小于1 dB。激光器的有源区长度较大，有利于提高发光效率并且有助于减小电流热效应的不利影响。所研制的高速直接调制激光器是大容量短距光纤通信系统的理想光源，具有广阔的应用前景。
激光器 半导体激光器 高速直接调制 InGaAlAs/InP 量子阱 1.3 μm波段 中国激光
2023, 50(10): 1001001
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 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 太赫兹技术重点实验室，上海 200050
2 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
3 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
4 中国科学院大学，北京 100049
5 查尔姆斯理工大学 微技术与纳米科学系，哥德堡 SE-41296
本工作在GaP/Si衬底上基于In0.83Al0.17As异变缓冲层实现了InAs/In0.83Al0.17As量子阱的生长。研究了GaxIn1-xP和GaAsyP1-y递变缓冲层对量子阱结构材料性能的影响。采用GaxIn1-xP组分渐变缓冲层的样品X射线衍射倒易空间衍射峰展宽更小，表明样品中的失配位错更少。两个样品均在室温下实现了中红外波段的光致发光，而采用GaxIn1-xP组分渐变缓冲层的样品在不同温度下都具有更高的光致发光强度。这些结果表明在GaP/Si复合衬底上采用阳离子混合的渐变缓冲层对生长中红外InAs 量子阱结构具有相对更优的效果。
量子阱 GaP/Si 异变缓冲层 中红外 quantum wells GaP/Si metamorphic buffer mid-infrared
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 Laboratory of Solid-State Optoelectronics Information Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing00083, China
2 School of Electrical and Computer Engineering，University of Oklahoma，Norman 73019，USA
3 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering，University of the Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
4 Homer L. Dodge Department of Physics and Astronomy，University of Oklahoma，Norman 73019，USA
通过对两种结构参数与设计偏差较大的带间级联激光器（ICL）的研究，探讨了器件性能在结构变化下的耐受性。在300 K时，即使和4.6 μm的设计波长相比蓝移700 nm以上，激光器仍然性能良好，其阈值电流密度低至320 A/cm2。此研究为带间级联激光器在结构变化方面的耐受性提供了坚实的实验依据。
III-V族半导体 带间级联激光器 中红外 量子阱 II类异质结 III-V semiconductors interband cascade lasers mid-infrared quantum wells type-II heterostructures
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 山东大学(威海) 空间科学与物理学院， 山东 威海 264209
2 墨尔本大学 化学院， 澳大利亚 维多利亚 3010
3 山东大学(威海) 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
在15 nm GaAs/5 nm AlAs单量子阱的GaAs阱层中间，分别进行不同浓度剂量的铍受主的δ-掺杂。铍受主在量子阱层中的扩散浓度分布，由扩散方程数值解出。高温下扩散在GaAs阱层中的Be受主将发生电离，成为带负电荷的受主离子，同时也向量子阱价带的子带中引入空穴。带负电荷的扩散受主离子和价带子带中的空穴，它们都是带电粒子在GaAs阱层中按库伦定律激发电场。相比较而言，对于无掺杂同结构量子阱，在空穴的薛定谔中增加了一个额外的微扰势，从而使无掺杂的量子阱价带的子带有所改变。在有效质量和包络函数近似下，通过循环迭代方法,数值求解了既满足薛定谔方程又满足泊松方程的空穴波函数，找出了自洽、收敛的空穴子带的能量本征值。计算发现考虑到这种额外微扰势，重空穴基态子带hh的能量有一个电子伏特变化，并且随着掺杂受主剂量的增加，重空穴基态子带hh向着价带顶红移，计算结果与实验测量符合得很好。
掺杂剂量 δ-掺杂 GaAs/AlAs量子阱 受主的扩散分布 doping levels δ-doped GaAs/AlAs quantum wells acceptor diffused profiles
