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光集成中等离子诱导与无杂质空位量子阱混杂技术的研究

作　者: 安宇鹏
导　师: 王一丁
学　校: 吉林大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 光集成感应耦合等离子增强量子阱混杂无杂质空位扩散点缺陷偏振光致发光扩散长度内建电场蓝移
分类号: TN304
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

半导体光集成技术能在同一基片上实现具有多种带隙的有源器件和无源器件的组合,这使其在器件集成占有非常重要的地位。其中量子阱混杂技术具有方法简单,易于实现,选择性强等特点,在光集成领域有着广阔的应用前景。量子阱混杂技术中的关键问题是对点缺陷移动的控制。本文研究了等离子增强混杂和无杂质空位扩散方法中点缺陷移动的关键性问题。分析了量子阱扩散的理论模型。得出V族元素和III族元素的扩散长度影响量子阱混杂过程。有利于优化量子阱混杂工艺。设计了偏振光致发光光谱的光学系统。首次在InGaAs/InP单量子阱结构的等离子增强混杂和无杂质空位扩散中,利用这个光学系统产生的偏振光光谱再加以理论分析,获得V族元素和III族元素的扩散长度,对于量子阱混杂过程中点缺陷移动的研究是十分有利的。首次引入材料顶层和绝缘层交界面处的内建电场这一理论,研究在InGaAs/InP单量子阱结构中等离子增强混杂和无杂质空位扩散中点缺陷的移动过程。利用无杂质空位扩散的方法制作了InGaAsP/InP和InGaAlAs/InP多量子阱结构的无源光器件与有源光器件的集成,并表征其性能。本文通过以上四个方面的工作,较为系统的研究了等离子增强混杂和无杂质空位扩散方法中点缺陷移动的关键性问题,为量子阱混杂技术的研究提供了实验依据与理论参考。

全文目录

提要  4-7
第1章绪论  7-18
  1.1 光集成简介  7-8
  1.2 单片光集成技术  8-11
  1.3 光集成的实现方法  11-16
  1.4 本论文的工作及创新点  16-17
  1.5 论文纲要  17-18
第2章量子阱混杂类型  18-25
  2.1 无杂质空位扩散(impurity-free vacancy disordering,IFVD)  18-20
  2.2 杂质诱导扩散(impurity induced disordering,IID)  20-21
  2.3 激光诱导扩散(laser induced disordering ,LID)  21-23
  2.4 等离子诱导量子阱混杂(plasma induced disordering)  23
  2.5 本章小结  23-25
第3章量子阱混杂技术理论模型  25-45
  3.1 量子阱混杂机制简介  25-26
  3.2 A_xB_(1-x)C 系统的扩散  26-27
  3.3 A_xB_(1-x)C_yD_(1-y)扩散系统  27-29
    3.3.1 A_xB_(1-x)C_yD_(1-y) 系统中仅有 III 族元素扩散的情况  28
    3.3.2 A_xB_(1-x)C_yD_(1-y) 中的 III 族和 V 族元素互混的情况  28-29
    3.3.3 A_xB_(1-x)C_yD_(1-y) 系统中 V 族元素扩散的情况  29
  3.4 A_xB_(1-x)C_yD_(1-y)系统的理论模型  29-37
    3.4.1 扩散长度相同的互混(LdIII = LdV; k=1)  31-32
    3.4.2 扩散长度不相同的互混(LdIII ≠LdV; k≠1)  32-37
  3.5 量子阱扩散的理论计算过程  37-43
    3.5.1 坐标系下的扩散计算  39
    3.5.2 扩散后的成分包络  39-40
    3.5.3 扩散后的势能分布  40-41
    3.5.4 扩散量子阱的数值计算  41-42
    3.5.5 InxGa1-xAsyP1-y 系统的材料参数  42-43
  3.6 本章小结  43-45
第4章基于 InGaAs/InP 单量子阱结构的等离子诱导混杂和无杂质空位混杂中点缺陷扩散过程的研究  45-74
  4.1 InGaAs/InP 单量子阱结构等离子刻蚀过程优化  46-48
  4.2 InGaAs/InP 单量子阱结构快速热退火过程优化  48-49
  4.3 InGaAs/InP 单量子阱结构的绝缘层沉积过程优化  49-51
  4.4 在 InGaAs/InP 单量子阱结构应用偏振光致发光光谱研究等离子增强混杂中点缺陷的移动  51-62
    4.4.1 偏振光致发光光谱方法概述  51-55
    4.4.2 利用偏振光致发光技术分析内建电场对点缺陷的影响  55-59
    4.4.4 利用偏振光致发光技术分析等离子轰击过程对点缺陷的影响  59-62
  4.5 在 InGaAs/InP 单量子阱结构应用偏振光致发光光谱研究无杂质空位扩散中点缺陷的移动  62-66
    4.5.1 利用偏振光致发光技术研究不同绝缘盖层对点缺陷的影响  62-64
    4.5.2 利用偏振光致发光技术研究内建电场对点缺陷移动的影响  64-66
  4.6 在InGaAs/InP 多量子阱结构中其他参量对无杂质空位扩散的影响  66-72
  4.7 本章小结  72-74
第5章 InGaAs/InP 与 InGaAlAs/InP 多量子阱结构的多模干涉器与电吸收调制器的单片集成  74-99
  5.1 InGaAsP/InP 多量子阱结构的等离子增强化学气相沉积过程优化  74-75
  5.2 InGaAsP/InP 多量子阱结构的绝缘层的反应离子刻蚀过程优化  75-76
  5.3 InGaAsP/InP 多量子阱结构的多模干涉仪 ( Multimode Interferometer, MMI)制作  76-77
  5.4 InGaAsP/InP 多量子阱结构的多模干涉器与电吸收调制器的制作  77-87
  5.5 InGaAsP/InP 与 InGaAlAs/InP 多量子阱结构集成器件的表征  87-98
    5.5.1 InGaAs/InP 与InGaAlAs/InP 多量子阱结构的多模干涉器的表征  88-90
    5.5.2 InGaAs/InP 与InGaAlAs/InP 多量子阱结构混杂直波导的表征  90-92
    5.5.3 InGaAs/InP 与InGaAlAs/InP 多量子阱结构电吸收调制器的表征  92-94
    5.5.4 InGaAs/InP 与InGaAlAs/InP 多量子阱结构“有源”部分确定的损耗  94-95
    5.5.5 InGaAs/InP 与InGaAlAs/InP 多量子阱结构MMI + EAMs 的表征  95-98
  5.6 本章小结  98-99
第6章总结  99-100
参考文献  100-111
攻读博士学位期间发表的学术论文  111-113
致谢  113-114
摘要  114-116
Abstract  116-118

光集成中等离子诱导与无杂质空位量子阱混杂技术的研究

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