[理学]05-半导体光电材料.ppt

半导体光电材料 半导体光电材料的发展 半导体激光器材料 新型半导体光电探测器材料 光电子集成电路及光子集成电路材料 2 半导体激光材料/分别限制（SCH） SCH：Separate confinement heterostructure 光和载流子分别限制 2 半导体激光材料/多量子阱结构 GRIN-SCH比SCH结构更能有效地约束载流子和光场，因此阈值电流更低。 低维(量子线和量子点) 2 半导体激光材料/量子线和量子点 2 半导体激光材料/量子线和量子点 量子线、量子点是利用分子束外延，半导体微细加工技术等手段制成的。 量子线中的电子在横向两个方向上的运动都受到限制，横向限制的尺度在100nm以下，电子只能在一个方向上自由运动。 量子点中，电子运动在三个方向上都受到限制。由于量子限制效应，原来电子运动的能带将会分裂成一系列分立的量子能级，态密度发生本质的变化。 因此，量子线和量子点中的电子运动分别具有一维和零维的特点。用量子线或量子点制成的激光器，预计阈值电流将进一步降低，达到μA量级，同时特征温度大大提高。 2 半导体激光材料/量子线和量子点激光器 量子点三个维度的尺寸都在100nm以下,其内部电子在各方向上的运动都受到局限. Wetting Layer 3D Island (a) (b) (c) InAs GaAs nm 2 半导体激光材料/量子线和量子点激光器 在量子阱中引入应变和补偿应变可以改善QW激光器的性能，出现了应变QW激光器和补偿应变QW激光器。 减小了空穴的有限质量，从而减小了价带间的跃迁，使QW激光器的阈值电流显著降低，量子效率和振荡频率再次提高。 价带间跃迁的减小和俄歇复合的降低而进一步改善了温度特性，实现了激光器无致冷工作。 在阱和垒中分别引入不同应变（张应变/压应变）实现应变补偿，不仅能改善材料质量，从而提高激光器的寿命。 2 半导体激光材料/应变QW激光器 在半导体激光器中，光学谐振腔通常采用两种方式形成： 用晶体天然的解理面形成法布里-珀罗谐振腔（F-P腔），当光在谐振腔中满足一定的相位条件和振幅条件时，建立起稳定的光振荡。这种激光器称为F-P腔激光器。 利用有源区一侧的周期性波纹结构提供光耦合来形成光振荡，如分布反馈（DFB）激光器和激光器。 2 半导体激光材料/分布反馈(DFB)式半导体激光器 DBR，Distributed Bragg Reflectors DFB，Distributed Feed Back 分布反馈(DFB)式半导体激光器是伴随光纤通信和集成光学回路的发展于1991年研制成功。 它是一种无腔行波激光器，激光振荡是由周期结构(或衍射光栅)形成光藕合提供。 DFB激光器与F-P激光器相比， 具有以下优点：  单纵模激光器 谱线窄，波长稳定性好 动态谱线好 线性好 2 半导体激光材料/分布反馈(DFB)式半导体激光器 * * 复习 1，IC器件进行平坦化所需的CMP技术主要针对哪些材料。 金属导电层材料：Cu、W ； 氧化物绝缘介质材料：SiO2，低k绝缘材料 ； 阻挡层(Ta、TaN)； 浅沟道隔离（SiO2,Si3N4）； 贵金属和多晶硅等。 复习 平坦化技术 光刻 刻蚀。 2，IC制造工艺中几大关键技术？ 半导体光电材料是一门发展极为迅速的边缘学科，同时也是一门实践性很强的应用学科。半导体光电材料是光电信息技术的重要基础和组成部分。 通过了解当今材料科学和工程的新概念、新理论、新技术、新工艺，把握材料科学与工程的前沿及必威体育精装版动向。 材料类型主要包半导体光电功能材料、低维功能材料（薄膜、异质结构、超晶格）。 半导体光电材料 半导体光电材料 了解半导体激光器的理论基础 光电子集成电路的基本知识 重点： 半导体光电材料 基本要求 1 半导体光电材料的发展 光电材料是由光的基本粒子—光子—扮演主要角色的材料。 发光二极管（LED） 激光（LD） 光探测器 太阳能电池 将电能转化为光能 将光能转化为电能 半导体器件物理 半导体光电子学的产生可以追述到19世纪，那个时候人们就发现了半导体中的光吸收和光电导现象。 上个世纪60年代得到飞速发展，这主要归因于半导体激光器（LD）的出现。1962年第一台半导体激光器诞生，是由美国GE公司的霍尔(Hall)研制成的。 这一时期的半导体激光器的特点是：同质结材料，激光器的阈值电流密度特别高，只能在液氮温度（77k）或更低的温度下状态脉冲工作，没有任何实用价值。 1 半导体光电材料的发展 世界上第一只半导体激光器是1962?年问世的同质结型激光器。 在同一种材料上制作的pn结二极管。在正向大电流注人下，电子不断地向p区注人，空穴不断地向