光电子学(第四章11)讲义.pptVIP

湖南大学 物理与微电子科学学院，王玲玲 2016 年 3 月;问题一：光纤的损耗有哪几种? ;问题二：什么是光纤的色散？ ;问题三：光纤的色散有哪几种？哪些属于模内色散？哪些属于模间色散？单模光纤与多模光纤分别由什么为主？ ;问题四：材料色散主要由什么决定？ ;问题五：波导色散主要由什么决定？ ;问题六：模间色散主要由什么决定？ ;;第十五讲要点 ;20世纪60年代早期光波导现象，理论发展，装置问世。 但：有些装置未经受t考验，性能差淘汰； 有些局限，或仅应用潜在可能。 ;4-1光在介质分界面上反射与折射;基片正确定向，抛光和表面净化，波导材料薄层附加到基片表面。 非晶材料， 直接沉积任何基片上； 结晶层无应力外延生长技术附加到结晶基质上。;Si 基铁电光波导示意图;4-1光在介质分界面上反射与折射;Si 基铁电光波导示意图;① 沉 积 ② 外延生长 ;基片在镀膜材料附近，镀膜室充P 10-3-10-2乇Ar2； ;A、化学汽化沉积（CVD）——非真空镀膜： 熔炉，一大气压热气体混合物从基片上方流过，化学反应，生成需化合物，渐沉积在基片表面； 基片按不同方位放置，取决气流方向//还是?竖直，与加热方式有关。 ;4-1光在介质分界面上反射与折射;4-1光在介质分界面上反射与折射;4-1光在介质分界面上反射与折射;4-1光在介质分界面上反射与折射;非晶膜沉积随机，无固定晶态结构。 Ⅲ-V半导体光电装置要求膜层分子有序排列，外延法生长。 外延生长思想： 基片有序生长模板，膜与基片参数匹配； 生长材料与基片相同化学成分——同质外延； 两种材料不同化学成分——异质外延。 ;外延生长可基于蒸汽或液体。 后者可基片Tm实现。 5%As+95%Ga混合88℃（GaAsTm1238℃）熔融， 一个As与一个Ga结合，生成GaAs，基片表面外延生长。 Ga/As熔融过程变，开始比值高。GaAs基片持续生长GaAs模， 工作TGaAsTm，不伴随基片熔化。 基于液态外延生长术——液相外延（LPE），有缺点，性能更好气相外延（VPE）取代。 ;B、分子束外延（MBE）——超高真空汽化低温过程 过程：加热几个装生长材料成分熔炉（电子束加热），汽化，发射原子飞行过程结合形成新分子束，被基片表面吸收。 控制不同材料蒸汽速率，膜生长慢（0.01-0.03μm/h）； 优点：低温，膜与基片间不扩散， 适用生长应变多量子阱（MQW）； MBE（分子束外延）起源MQW。 ;量子阱：2种不同半导体相间排列成，明显量子限制效应电子或空穴势阱。 特征： 量子阱宽度限制（足够小形成），载流子波函数一维向局域化。 三明治结构，中间薄层半导体膜，外侧两隔离层。 ;InAsP MQW PL强度与阱数关系 ;InAsP/InP/InGaP/InP/GaInAsP应变补偿MQW（应变多量子阱）激光器 ;有些位置空出，杂质原子乘虚入，占据——补空式（a）； 无空位，杂质原子通过晶格间隙扩散进基片——填隙式（b）； 两种都向基片内扩散——向内扩散。 ;基片原子沿与杂质原子反方向扩散——向外扩散。;交换过程：基片和某种材料熔融物。 某种活泼离子在基片中浓度比熔融物中高； 另种活泼离子在熔融物中浓度比基片中高。 基片浸入熔融物，低T（200-400℃），两种离子相对扩散，基片和熔融物成分交换。 二者极化率差引起n变，用于制造波导。 ;掩模对离子起挡板作用， 离子通过开槽运动，开槽区： Na+脱离基片向熔液扩散； Ag+向基片扩散，取代Na+位置。轻Na+被重Ag+取代基片窄条n?，形成条纹通道波导。 外加E强化Ag+向基片扩散，缩短t，得较深均匀扩散。;离子注入——用于半导体掺杂。原理： 离子进基片，不同方式高真空进行，装置复杂昂贵。 离子源熔融炉，静电法抽取离子束，含不同离子， 注入元素单电荷离子，有双电荷和杂质离子。 对电荷或原子重量敏感滤波器（质量或维恩Wien过滤器）， 选种离子，选出离子束被高压（100-1000kV）加速，离子高速打击基片，进入。 ;膜层制好，成形，去除不需材料——刻蚀。 去除或刻蚀，依据纯物理或化学过程