采用圓點(diǎn)傳輸線模型（CDTLM）,對基于非磁性材料Cr/Au的垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）n型GaAs歐姆接觸系統(tǒng)進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在400℃下退火35 s后,基于非磁性材料Cr/Au （50 nm/300 nm）的n型GaAs歐姆接觸系統(tǒng)具有低的比接觸電阻率,其值為2.5×10-6Ω·cm2。在高合金溫度下,基于Cr/Au的歐姆接觸系統(tǒng)性能得到了改善。將非磁性材料Cr/Au應(yīng)用到整個(gè)VCSEL結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,當(dāng)工作溫度從20℃升高到50℃時(shí),VCSEL的閾值電流保持在0.65～1 mA,最大輸出光功率達(dá)到1.71 mW。此外,運(yùn)用電導(dǎo)數(shù)法深入分析了基于Cr/Au電極的VCSEL的可靠性,結(jié)果表明基于非磁性材料Cr/Au的VCSEL可以實(shí)現(xiàn)良好的金屬-半導(dǎo)體界面狀態(tài),并具有低的閾值電流和較小的并聯(lián)非線性電阻,從而獲得了低的器件退化率和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。 

【文章來源】：微納電子技術(shù). 2020,57(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

比接觸電阻率測試樣品示意圖

圖4為VCSEL在20～50℃下測量的光功率-電流（P-I）曲線，其中，在20和50℃下分別測量了5次，測量的時(shí)間間隔為10 min�？梢钥闯觯�20℃下，VCSEL工作時(shí)的閾值電流和光功率幾乎恒定，閾值電流為0.7 mA。當(dāng)工作溫度從20℃升高到50℃的過程中，器件的閾值電流均保持在0.65～1 mA，且在注入電流大于1.25 mA的條件下，器件在20～50℃內(nèi)的輸出功率均達(dá)到了0.1 mW以上，實(shí)現(xiàn)了較好的穩(wěn)定輸出。電導(dǎo)數(shù)技術(shù)[18,22-23]是一種優(yōu)異的對器件可靠性進(jìn)行評價(jià)的方法。半導(dǎo)體激光器的電導(dǎo)數(shù)表達(dá)式為IdV/dI，即電壓V對電流I的微分與電流的乘積。圖5(a）為半導(dǎo)體激光器等效電路圖，圖5(b）為其在理想情況下的簡化圖。圖中D1和D2為理想二極管，Z1為理想齊納二極管，R1和R2為串聯(lián)電阻，R3為并聯(lián)的分流電阻，Vz為穩(wěn)定電壓。圖5 半導(dǎo)體激光器的等效電路

制備VCSEL所用的外延片結(jié)構(gòu)由下至上依次為：在n型GaAs襯底生長34對n型（Si摻雜）Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As作為底部分布式布拉格反射鏡（DBR），兩對GaAs/Al0.3Ga0.7As(6 nm/8 nm）量子阱作為有源區(qū)，一層厚度為30 nm的高鋁層（Al0.98Ga0.02As）作為氧化限制層，最上面為20對p型（C摻雜）Al0.9Ga0.1As/Al0.12Ga0.88As作為頂部DBR。圖1為波長850 nm氧化限制型VCSEL的結(jié)構(gòu)剖面示意圖，其制備工藝過程如下：首先利用光刻對外延片進(jìn)行圖形化；然后使用甲醇、磷酸和雙氧水體積比為1∶3∶1的DBR腐蝕液進(jìn)行濕法腐蝕，腐蝕前腐蝕液需要在冰水混合物中冷卻30 min以確保腐蝕速率，本次實(shí)驗(yàn)的臺面形狀為圓柱形臺面，腐蝕深度不宜過深，但要保證充分露出氧化限制層；接下來進(jìn)行濕氮氧化，氧化溫度為400℃，使氧化層得到充分氧化，氧化孔直徑為10μm；接著利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）法淀積一層300 nm厚的SiO2作為鈍化層，套刻去掉出光孔上方的SiO2；然后正面濺射Ti/Au(15 nm/300 nm）電極，背面濺射Cr/Au(50 nm/300 nm）電極；最后在快速退火爐中，分別在150、200、300、400和450℃下退火35 s，使金屬與半導(dǎo)體之間由肖特基接觸轉(zhuǎn)變?yōu)闅W姆接觸。其中，VCSEL比接觸電阻率測試樣品是利用電子束蒸發(fā)工藝在約7×10-2 Torr(1 Torr=133.3 Pa）的壓力下將Cr/Au和AuGeNi/Au兩種金屬沉積在襯底上制備的，其中Cr和AuGeNi的厚度為50 nm,Au厚度為300 nm。然后使用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)來圖形化測試樣品，其圖形如圖2所示，6個(gè)圓環(huán)的內(nèi)圓半徑r0均為75μm，外圓半徑r1～r6分別為80、86、93、101、110和120μm。刻蝕環(huán)槽后，樣品在快速退火爐中分別在150、200、300、400和450℃下退火35 s。退火之后，測量出6個(gè)圓環(huán)寬度分別為5、11、18、26、35和45μm。圖2 比接觸電阻率測試樣品示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]對拋式冷原子陀螺儀中原子運(yùn)動(dòng)軌跡的控制[J]. 熊宗元,姚戰(zhàn)偉,王玲,李潤兵,王謹(jǐn),詹明生.  物理學(xué)報(bào). 2011(11)

碩士論文
[1]795nm垂直腔面發(fā)射激光器研究[D]. 邵夢姣.浙江大學(xué) 2014
[2]激光光泵原子磁力儀的研究[D]. 耿毅.浙江大學(xué) 2014
[3]數(shù)字化銣光泵磁力儀的設(shè)計(jì)[D]. 楊月芳.哈爾濱工程大學(xué) 2012



本文編號：3237059