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微缺陷诱导的半导体激光器腔面热效应研究

微缺陷诱导的半导体激光器腔面热效应研究

作者：温盛宇太原理工大学

学位级别：硕士

在激光器的生产加工过程中,会不可避免给腔面带来微缺陷,如划痕,裂纹以及凹槽等。这些微缺陷的存在,会诱导激光在腔面产生调制作用,激光会在缺陷处重新分布,在缺陷处反射叠加增强,形成强烈的聚焦,使得腔面温度在缺陷处急剧增强,对腔面... 详细信息

在激光器的生产加工过程中,会不可避免给腔面带来微缺陷,如划痕,裂纹以及凹槽等。这些微缺陷的存在,会诱导激光在腔面产生调制作用,激光会在缺陷处重新分布,在缺陷处反射叠加增强,形成强烈的聚焦,使得腔面温度在缺陷处急剧增强,对腔面造成熔化,气化等现象,最终对材料造成激光烧蚀现象。激光器的持续工作,腔面气化造成的损伤会进一步扩展。本文通过理论推导,数值模拟和实验仿真对微缺陷诱导的砷化镓腔面的损伤扩展进行了研究。本文以热传导原理为基础,做了以下相关研究:以热传导模型为基础建立了砷化镓腔面的温度场模型。通过对激光与砷化镓材料的相互作用的物理机理进行研究和总结,建立了激光辐照砷化镓材料的温度场模型;以移动网格技术为基础对砷化镓腔面微缺陷诱导的损伤扩展进行了相关研究。激光器在长时间辐照带有微缺陷的砷化镓腔面后,腔面的温度会在缺陷处急剧升高,砷化镓腔面产生熔化和气化现象,导致初始缺陷进一步扩展,形成损伤扩展。通过相变原理对温度变化过程中产生的熔化气化现象进行监控,实现对损伤扩展的监控和研究。为激光对砷化镓腔面烧蚀的仿真建模和研究做出准备。为分析不同初始缺陷的尺寸对损伤扩展的影响,通过应用COMSOL Multiphysics仿真建模软件,建立了激光对带微缺陷的砷化镓腔面辐照的有限元仿真模型。在仿真建模中,首先选择瞬态研究开始进入建模界面,选择的物理场为“固体传热”,定义砷化镓的相关参数,定义激光热源,相关的中间变量以及应用到的因变量,分别将初始缺陷设置为锥形,柱形以及球形。最后对建立的模型进行网格划分以及分析研究。仿真建模完成后,通过修改初始微缺陷的参数,如宽度,深度以及缺陷的类型,对不同尺寸的初始缺陷以及相同尺寸不同类型的初始缺陷对损伤扩展的影响进行了定量研究分析。研究结果表明,损伤扩展深度同初始缺陷的深度成正比,同时与初始缺陷的宽度成反比。同时,初始微缺陷的上表面积越大,损伤扩展的深度也越大。为分析砷化镓腔面气化前的损伤状态,以温度场和应力场为基础建立了多物理场耦合机制,对缺陷诱导的砷化镓腔面的热应力损伤进行了研究与分析。并对不同尺寸和不同形状的初始微缺陷诱导的热应力进行了热应力损伤模拟研究。研究结果表明,腔面最大热应力和热形变均位于缺陷边缘,而不是光斑中心。同时,热应力导致的形变量同初始缺陷的宽度,体积以及光斑半径成反比,同初始缺陷的深度以及激光功率成正比。

关键词：微缺陷腔面损伤损伤扩展激光烧蚀热传导原理移动网格热应力损伤

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半绝缘砷化镓单晶中AB微缺陷的定量研究

兵器材料科学与工程 1995年第3期18卷 37-41,46页

作者：齐芸馨姜春香电子工业部第四十六研究所

研究了５０．８ｍｍ液封直拉非掺杂半绝缘砷化镓单晶中ＡＢ微缺陷的显微特征，率先提出了一种定量表征微缺陷的新方法，揭示了ＡＢ微缺陷在单晶各部位的分布规律。

关键词：微缺陷砷化镓单晶半导体材料定量分析

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大直径FZSi中的微缺陷研究

人工晶体学报 2002年第6期31卷 595-598页

作者：张维连赵红生孙军生张恩怀陈洪建高树良刘涛胡元庆李颖辉郭丽华河北工业大学半导体材料研究所天津300130 天津半导体材料厂天津300130

经过化学—机械抛光后 ,用常规的检验旋涡缺陷的方法没有观察到旋涡缺陷的FZSi片 ,用高温热氧化法有时则可以观察到明显的旋涡状分布的条纹图形。使用FTIR、XPS、SEM能谱分析等手段的测量结果表明 ,这种旋涡状分布的图形与晶体中的掺杂... 详细信息

经过化学—机械抛光后 ,用常规的检验旋涡缺陷的方法没有观察到旋涡缺陷的FZSi片 ,用高温热氧化法有时则可以观察到明显的旋涡状分布的条纹图形。使用FTIR、XPS、SEM能谱分析等手段的测量结果表明 ,这种旋涡状分布的图形与晶体中的掺杂剂 (磷、硼 )和杂质氧、碳以及重金属杂质没有明显的依赖关系 ,它是硅中点缺陷在晶体径向截面上呈不均匀条纹状分布的结果。本文对大直径FZSi中的旋涡缺陷的形成机理和消除方法进行了初步的探讨。

关键词：热对流点缺陷单晶大直径FZSi 微缺陷研究

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大直径SI-GaAs中的位错和微缺陷

Journal of Semiconductors 2007年第Z1期28卷 133-136页

作者：赵彦桥刘彩池郝秋艳孙卫忠河北工业大学信息功能材料研究所天津300130 河北工业大学信息功能材料研究所天津300130 河北工业大学信息功能材料研究所天津300130 河北工业大学信息功能材料研究所天津300130

利用化学腐蚀法对直径150mm LEC SI-GaAs单晶片进行腐蚀,并用金相显微镜对腐蚀后的样品进行检测.在样品中发现了不同形貌的位错和微缺陷,其中球形微缺陷和胞状位错尤为常见.本文对样品中缺陷的类型、密度和分布等情况进行了描述和讨论.

关键词： SI-GaAs 化学腐蚀法位错微缺陷

热带雨林环境中锗基底薄膜微缺陷对减反射膜环境稳定性的影响

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红外技术 2016年第12期38卷 1073-1077页

作者：王乔方任跃字正华王贵全刘剑张宏坤杨玉萍彭代东孙娟王茜昆明物理研究所云南昆明650223 昆明北方红外技术股份有限公司云南昆明650217 国营第二九八厂云南昆明650114

采用投样试验的方法,在锗基底上镀制红外减反射膜样品,将样品放置在西双版纳热带雨林环境进行试验,通过傅里叶红外光谱仪、扫描电镜等测量手段,分析了试验前后样品的变化特性,对镀膜样品在热带雨林环境中的稳定性进行了研究。实验发现,... 详细信息

采用投样试验的方法,在锗基底上镀制红外减反射膜样品,将样品放置在西双版纳热带雨林环境进行试验,通过傅里叶红外光谱仪、扫描电镜等测量手段,分析了试验前后样品的变化特性,对镀膜样品在热带雨林环境中的稳定性进行了研究。实验发现,在热带雨林环境中薄膜微缺陷的腐蚀、扩展是导致薄膜失效的主要原因。

关键词：锗基底减反射膜热带雨林环境微缺陷环境稳定性

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区熔硅近表面洁净区和体内微缺陷的形成

Journal of Semiconductors 2002年第4期23卷 382-387页

作者：李传波李怀祥刘桂荣郭成花张华薛成山北京100083 北京科技大学冶金学院山东师范大学半导体研究所山东师范大学半导体研究所济南250014

中子辐照区熔 (氢 )硅片经退火后在近表面形成洁净区 ,在硅片内部形成体内微缺陷 .微缺陷的形成与中子辐照造成的损伤及单晶硅内氢杂质的催化加速有关 ,还与后续退火条件有关 .第一步退火的温度对微缺陷的尺度有很大的影响 ,中低温要比... 详细信息

中子辐照区熔 (氢 )硅片经退火后在近表面形成洁净区 ,在硅片内部形成体内微缺陷 .微缺陷的形成与中子辐照造成的损伤及单晶硅内氢杂质的催化加速有关 ,还与后续退火条件有关 .第一步退火的温度对微缺陷的尺度有很大的影响 ,中低温要比高温所形成的微缺陷小 .在退火过程中微缺陷有一个生长过程 ,110 0℃退火 2 h微缺陷已达最大 .硅片表面的粗糙度影响表面洁净区的形成 ,洁净区出现在未抛光面 ,双面抛光硅片不会形成表面洁净区 .

关键词：区熔硅微缺陷洁净区中子辐照掺杂

Bi（2223）／Ag超导带材的微结构和微缺陷

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稀有金属 1996年第5期20卷 373-382页

作者：王敬刘安生王晓华周贻茹曾荣邵贝羚袁冠森北京有色金属研究总院

对银包套Ｂｉ（２２２３）带材的微结构和微缺陷的研究现状和发展作了简要的评述。目前对微结构和微缺陷的研究有三个主要方面：①影响带材性能的关键组织因素；②通过对微结构的研究弄清超导体中主要相和缺陷的形成机理；③与带材中超... 详细信息

对银包套Ｂｉ（２２２３）带材的微结构和微缺陷的研究现状和发展作了简要的评述。目前对微结构和微缺陷的研究有三个主要方面：①影响带材性能的关键组织因素；②通过对微结构的研究弄清超导体中主要相和缺陷的形成机理；③与带材中超导电流穿透模式相关的微观组织结构研究。

关键词：铋-2223 银超导体带材微结构微缺陷

半绝缘砷化镓(SI-GaAs)单晶中的微缺陷的研究

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稀有金属 2004年第3期28卷 547-550页

作者：王海云张春玲唐蕾刘彩池申玉田徐岳生覃道志河北工业大学材料学院信息功能材料研究所天津300130 空军天津航空装备技术训练基地天津300131

砷化镓 (GaAs)为第二代半导体材料 ,GaAs衬底质量直接影响器件性能。利用JEM 2 0 0 2透射电子显微镜 (TEM)及其主要附件X射线能量散射谱仪 (EDXA) ,对半绝缘砷化镓 (SI GaAs)单晶中微缺陷进行了研究。发现SI GaAs单晶中的微缺陷包含有... 详细信息

砷化镓 (GaAs)为第二代半导体材料 ,GaAs衬底质量直接影响器件性能。利用JEM 2 0 0 2透射电子显微镜 (TEM)及其主要附件X射线能量散射谱仪 (EDXA) ,对半绝缘砷化镓 (SI GaAs)单晶中微缺陷进行了研究。发现SI GaAs单晶中的微缺陷包含有富镓沉淀、富砷沉淀、砷沉淀、GaAs多晶颗粒和小位错回线等。还分析了微缺陷的形成机制。

关键词：砷化镓半导体材料 SI-GaAs 单晶微缺陷小位错回线沉淀成核中心

扫描隧道显微镜研究GaAs（100）表面微缺陷

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稀有金属 1995年第3期19卷 224-227页

作者：陈坚邦刘鸿飞北京有色金属研究总院

扫描隧道显微镜研究ＧａＡｓ（１００）表面微缺陷陈坚邦，刘鸿飞（北京有色金属研究总院１０００８８）关键词：扫描隧道显微镜，微缺陷，抛光工艺（一）引言随着半导体器件向高速度、高集成度方向迅速发展，微电子技术从微米技术进入... 详细信息

扫描隧道显微镜研究ＧａＡｓ（１００）表面微缺陷陈坚邦，刘鸿飞（北京有色金属研究总院１０００８８）关键词：扫描隧道显微镜，微缺陷，抛光工艺（一）引言随着半导体器件向高速度、高集成度方向迅速发展，微电子技术从微米技术进入到纳米技术，从而对作为衬底的半导体...

关键词： STM 微缺陷半导体砷化镓