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半导体光电子材料--从3D到0D,从经典应用到量子信息

半导体光电子材料--从3D到0D,从经典应用到量子信息

来源:
2017/11/01
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  本工作面向新一代光电信息系统,开发新型半导体光电功能材料的制备技术,满足半导体光电器件高速化、集成化、量子化的需求。材料制备采用了分子束外延(MBE)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、常压化学气相沉积(CVD)等精密技术;器件制备采用了标准半导体工艺、微纳加工技术等。用MBE制备了高密度1.3um-InAs/GaAs量子点材料;以此材料制成的1.3um激光器,单层增益达到7cm-1,直接调制速率>40Gbps,10-70℃输出稳定,最高工作温度200℃;此激光器已在光纤通信网中得到应用。用微探针氧化光刻结合原子氢辅助MBE或MOCVD,制备了位置可控量子点阵列;量子点最小间距50nm,定位精度3nm;为用于量子通信的集成单光子源,和全光量子计算回路提供了技术方案。用MOCVD制备了1.3-1.55um量子点单光子源,单光子纯度达到0.001量级;用此单光子源实现了120km光纤量子秘钥分发。基于MBE和MOCVD的结合,制备了InGaAs/GaAs/InGaP双量子阱激光器,实现了1.064um、500mW的强单模激射;借助倍频技术,制成了连续输出100mW的532nm纯绿色激光器,为激光显示的绿色光源提供了高效方案。用MOCVD制备了InGaAsP/InP雪崩光电探测器(APD)材料;以此制成的盖革模式APD,光子探测效率>25%,暗计数率<20kHz(与国际水平相当);制成了32×32单光子探测器阵列,使单光子焦平面探测器进一步国产化。用常压CVD制备了Si-APD外延材料;以此制成的APD器件,最高增益达800(世界最高),响应度300-600A/W,线列均匀性好,可用于激光3D成像雷达、激光制导引信等。综上,本文开展了半导体光电材料的研制,获得了从3D体结构到0D量子点的各种高性能材料,满足了从经典光电器件到量子信息系统的多方面需求。

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