基于非磁性材料Cr/Au的VCSEL欧姆接触特性
发布时间：2021-06-18 17:11
采用圆点传输线模型（CDTLM）,对基于非磁性材料Cr/Au的垂直腔面发射激光器（VCSEL）n型GaAs欧姆接触系统进行了研究。实验结果表明,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欧姆接触系统具有低的比接触电阻率,其值为2.5×10-6Ω·cm2。在高合金温度下,基于Cr/Au的欧姆接触系统性能得到了改善。将非磁性材料Cr/Au应用到整个VCSEL结构设计中,当工作温度从20℃升高到50℃时,VCSEL的阈值电流保持在0.65～1 mA,最大输出光功率达到1.71 mW。此外,运用电导数法深入分析了基于Cr/Au电极的VCSEL的可靠性,结果表明基于非磁性材料Cr/Au的VCSEL可以实现良好的金属-半导体界面状态,并具有低的阈值电流和较小的并联非线性电阻,从而获得了低的器件退化率和优异的热稳定性。
【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
比接触电阻率测试样品示意图
图4为VCSEL在20～50℃下测量的光功率-电流（P-I）曲线，其中，在20和50℃下分别测量了5次，测量的时间间隔为10 min。可以看出，在20℃下，VCSEL工作时的阈值电流和光功率几乎恒定，阈值电流为0.7 mA。当工作温度从20℃升高到50℃的过程中，器件的阈值电流均保持在0.65～1 mA，且在注入电流大于1.25 mA的条件下，器件在20～50℃内的输出功率均达到了0.1 mW以上，实现了较好的稳定输出。电导数技术[18,22-23]是一种优异的对器件可靠性进行评价的方法。半导体激光器的电导数表达式为IdV/dI，即电压V对电流I的微分与电流的乘积。图5(a）为半导体激光器等效电路图，图5(b）为其在理想情况下的简化图。图中D1和D2为理想二极管，Z1为理想齐纳二极管，R1和R2为串联电阻，R3为并联的分流电阻，Vz为稳定电压。图5 半导体激光器的等效电路
制备VCSEL所用的外延片结构由下至上依次为：在n型GaAs衬底生长34对n型（Si掺杂）Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As作为底部分布式布拉格反射镜（DBR），两对GaAs/Al0.3Ga0.7As(6 nm/8 nm）量子阱作为有源区，一层厚度为30 nm的高铝层（Al0.98Ga0.02As）作为氧化限制层，最上面为20对p型（C掺杂）Al0.9Ga0.1As/Al0.12Ga0.88As作为顶部DBR。图1为波长850 nm氧化限制型VCSEL的结构剖面示意图，其制备工艺过程如下：首先利用光刻对外延片进行图形化；然后使用甲醇、磷酸和双氧水体积比为1∶3∶1的DBR腐蚀液进行湿法腐蚀，腐蚀前腐蚀液需要在冰水混合物中冷却30 min以确保腐蚀速率，本次实验的台面形状为圆柱形台面，腐蚀深度不宜过深，但要保证充分露出氧化限制层；接下来进行湿氮氧化，氧化温度为400℃，使氧化层得到充分氧化，氧化孔直径为10μm；接着利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法淀积一层300 nm厚的SiO2作为钝化层，套刻去掉出光孔上方的SiO2；然后正面溅射Ti/Au(15 nm/300 nm）电极，背面溅射Cr/Au(50 nm/300 nm）电极；最后在快速退火炉中，分别在150、200、300、400和450℃下退火35 s，使金属与半导体之间由肖特基接触转变为欧姆接触。其中，VCSEL比接触电阻率测试样品是利用电子束蒸发工艺在约7×10-2 Torr(1 Torr=133.3 Pa）的压力下将Cr/Au和AuGeNi/Au两种金属沉积在衬底上制备的，其中Cr和AuGeNi的厚度为50 nm,Au厚度为300 nm。然后使用标准光刻技术来图形化测试样品，其图形如图2所示，6个圆环的内圆半径r0均为75μm，外圆半径r1～r6分别为80、86、93、101、110和120μm。刻蚀环槽后，样品在快速退火炉中分别在150、200、300、400和450℃下退火35 s。退火之后，测量出6个圆环宽度分别为5、11、18、26、35和45μm。图2 比接触电阻率测试样品示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]对抛式冷原子陀螺仪中原子运动轨迹的控制[J]. 熊宗元,姚战伟,王玲,李润兵,王谨,詹明生. 物理学报. 2011(11)
硕士论文
[1]795nm垂直腔面发射激光器研究[D]. 邵梦姣.浙江大学 2014
[2]激光光泵原子磁力仪的研究[D]. 耿毅.浙江大学 2014
[3]数字化铷光泵磁力仪的设计[D]. 杨月芳.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3237059
【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
比接触电阻率测试样品示意图
图4为VCSEL在20～50℃下测量的光功率-电流（P-I）曲线，其中，在20和50℃下分别测量了5次，测量的时间间隔为10 min。可以看出，在20℃下，VCSEL工作时的阈值电流和光功率几乎恒定，阈值电流为0.7 mA。当工作温度从20℃升高到50℃的过程中，器件的阈值电流均保持在0.65～1 mA，且在注入电流大于1.25 mA的条件下，器件在20～50℃内的输出功率均达到了0.1 mW以上，实现了较好的稳定输出。电导数技术[18,22-23]是一种优异的对器件可靠性进行评价的方法。半导体激光器的电导数表达式为IdV/dI，即电压V对电流I的微分与电流的乘积。图5(a）为半导体激光器等效电路图，图5(b）为其在理想情况下的简化图。图中D1和D2为理想二极管，Z1为理想齐纳二极管，R1和R2为串联电阻，R3为并联的分流电阻，Vz为稳定电压。图5 半导体激光器的等效电路
制备VCSEL所用的外延片结构由下至上依次为：在n型GaAs衬底生长34对n型（Si掺杂）Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As作为底部分布式布拉格反射镜（DBR），两对GaAs/Al0.3Ga0.7As(6 nm/8 nm）量子阱作为有源区，一层厚度为30 nm的高铝层（Al0.98Ga0.02As）作为氧化限制层，最上面为20对p型（C掺杂）Al0.9Ga0.1As/Al0.12Ga0.88As作为顶部DBR。图1为波长850 nm氧化限制型VCSEL的结构剖面示意图，其制备工艺过程如下：首先利用光刻对外延片进行图形化；然后使用甲醇、磷酸和双氧水体积比为1∶3∶1的DBR腐蚀液进行湿法腐蚀，腐蚀前腐蚀液需要在冰水混合物中冷却30 min以确保腐蚀速率，本次实验的台面形状为圆柱形台面，腐蚀深度不宜过深，但要保证充分露出氧化限制层；接下来进行湿氮氧化，氧化温度为400℃，使氧化层得到充分氧化，氧化孔直径为10μm；接着利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法淀积一层300 nm厚的SiO2作为钝化层，套刻去掉出光孔上方的SiO2；然后正面溅射Ti/Au(15 nm/300 nm）电极，背面溅射Cr/Au(50 nm/300 nm）电极；最后在快速退火炉中，分别在150、200、300、400和450℃下退火35 s，使金属与半导体之间由肖特基接触转变为欧姆接触。其中，VCSEL比接触电阻率测试样品是利用电子束蒸发工艺在约7×10-2 Torr(1 Torr=133.3 Pa）的压力下将Cr/Au和AuGeNi/Au两种金属沉积在衬底上制备的，其中Cr和AuGeNi的厚度为50 nm,Au厚度为300 nm。然后使用标准光刻技术来图形化测试样品，其图形如图2所示，6个圆环的内圆半径r0均为75μm，外圆半径r1～r6分别为80、86、93、101、110和120μm。刻蚀环槽后，样品在快速退火炉中分别在150、200、300、400和450℃下退火35 s。退火之后，测量出6个圆环宽度分别为5、11、18、26、35和45μm。图2 比接触电阻率测试样品示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]对抛式冷原子陀螺仪中原子运动轨迹的控制[J]. 熊宗元,姚战伟,王玲,李润兵,王谨,詹明生. 物理学报. 2011(11)
硕士论文
[1]795nm垂直腔面发射激光器研究[D]. 邵梦姣.浙江大学 2014
[2]激光光泵原子磁力仪的研究[D]. 耿毅.浙江大学 2014
[3]数字化铷光泵磁力仪的设计[D]. 杨月芳.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3237059
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