InP基PIN型探测器中接触层掺杂对In_(0.53)Ga_(0.47)As材料光致发光特性的影响

利用MOCVD在InP衬底上制备InP/In0.53Ga0.47As/InP双异质结PIN型材料,通过对本征层In0.53Ga0.47As材料的光致荧光谱研究,发现PIN结构中两侧InP材料的掺杂特性对中间In0.53Ga0.47As材料的光致发光特性有明显的影响。本文通过对两侧InP材料的变掺杂处理,实现了In0.53Ga0.47As材料光致发光特性的有效提高。     

波长扩展InGaAs探测器的量子效率优化

通过建立双异质结型InGaAs探测器光响应的理论模型,分别对正面和背面进光时InP基波长扩展In0.8Ga0.2As/In0.79Al0.21As PIN探测器结构参数与光响应特性的关系进行了研究,模拟结果与采用GSMBE方法研制器件的实测数据吻合较好.此外,还提出了两种改良的背照射InGaAs探测器结构,并对其光响应特性进行了模拟计算,还基于模拟结果对器件结构参数进行了优化设计.     

InGaAs短波红外探测器

与InP衬底晶格常数相匹配的In0.53Ga0.47As材料能够制作出高质量的光电探测器,可工作在室温或热电制冷条件下,光响应谱范围为0.92～1.7μm,具有高达80%以上的量子效率.通过对InGaAs探测器芯片平面和平台式结构的分析,以及InGaAs芯片和HgCdTe芯片的性能测试、比较,充分证明了InGaAs材料芯片的优越性及研制在室温下工作的高性能InGaAs探测器的可行性.对InGaAs芯片相对光谱特性的测试表明,InGaAs材料温度响应重复性较好.     

近红外InGaAs探测器台面结构对器件性能的影响

采用湿法腐蚀方式在PIN型InP/In0.53Ga0.47As/InP材料上制备了不同台面结构的正照射In0.53Ga0.47As探测器,通过比较不同结构器件的性能,如暗电流、信号、噪声,研究了器件性能跟器件结构之间的关系,并分析影响器件性能的因素。研究结果表明,探测器的暗电流、噪声与台面面积是成线性关系的,而信号与台面面积则不是线性关系。探测器的台面可分为光敏区和光敏区外部分,光敏区外部分对暗电流、噪声的贡献与光敏区是一致的,但对信号的贡献这两部分则是不一致的,这主要是由于衬底反射和器件之间的沟道光生载流子的侧向扩散所造成的。     

InP/GaAs异质外延及异变InGaAs光探测器制备

借助超薄低温InP缓冲层,在GaAs衬底上生长出了高质量的InP外延层,在InP外延层中插入了15周期In0.93Ga0.07P/InP应变层超晶格(SLS),进一步阻断了失配位错穿透到晶体表面,提高了外延层的晶体质量,这样2.5 μm厚InP外延层的双晶X射线衍射(DCXRD)ω扫描半高全宽(FWHM)值降低至219 arcsec,该InP外延层的室温光荧光(PL)谱线宽度仅为42 meV.在此基础上,只利用超薄低温InP缓冲层技术就在半绝缘GaAs衬底上成功地制备出了长波长异变In0.53Ga0.47As PIN光电探测器,器件的台面面积为50 μm×50 μm,In0.53Ga0.47As吸收层厚度为300 nm,在3 V反偏压下器件的3 dB带宽达到了6 GHz,在1 550 nm波长处器件的响应度达到了0.12 A/W,对应的外量子效率为9.6%.     

正照射延伸波长In0.8Ga0.2As红外焦平面探测器

为了研究延伸波长In0.8Ga0.2As PIN短波红外探测器的温度响应光电特性,采用闭管扩散的平面型器件工艺,在金属有机化学气相外延（MOCVD）外延生长的NIN型InAs0.6P0.4/In0.8Ga0.2As/InAs0.6P0.4 buf./InP材料上制备了正照射延伸波长2561线列InGaAs红外焦平面探测器,研究了探测器在不同温度下的I-V特性、光谱响应特性和探测率。结果表明,随着温度的降低,在小偏压下,器件的正向暗电流由产生复合电流为主逐渐变为以扩散电流为主。在260~300 K温度范围内,反向电流主要由扩散电流和产生复合电流组成,当温度低于180 K时,器件的反向电流主要为隧穿电流。室温下器件响应截止波长和峰值波长分别为2.57 m和2.09 m,峰值探测率为7.25108 cmHz1/2/W,峰值响应率为0.95 A/W,量子效率为56.9%。焦平面的峰值探测率在153 K达到峰值,约为1.111011 cmHz1/2/W,响应非均匀性为5.28%。     

高性能InP/InGaAs宽光谱红外探测器

In P/In0.53Ga0.47As短波红外探测器是一种高性能的近室温工作器件,从200 K到室温下都能获得较好的器件性能,从而大大降低了对制冷的要求。为了充分利用目标在可见光和短波波段的光谱信息,通过特殊的材料结构设计和器件背减工艺,成功实现了320×256In P/In Ga As宽光谱红外探测器,能够同时对可见光和短波红外响应,并从77 K到263 K工作温度下实现了对人脸、计算机及室外2.3 km处的景物成像。测试样管平均峰值探测率为2×1012 cm Hz1/2/W,光谱响应为0.6~1.7μm,光谱响应测试和成像结果同时验证了In P/In Ga As宽光谱探测器对可见光信号的探测。相比标准的In P/In0.53Ga0.47As短波探测器,In P/In Ga As宽光谱探测器显示了可见/短波双波段探测的效果,大大丰富了探测目标的信息量,可显著提升对目标的识别率。     

气态源分子束外延8元In0.53Ga0.47As/InP光伏探测器阵列

采用气态源分子束外延(GSMBE)生长技术结合常规半导体工艺制成了正进光台面型8元In0.53Ga0.47As/InP光伏探测器阵列,并对其特性进行了测量,结果表明GSMBE生长的材料具有很好的均匀性.探测器阵列在室温下具有良好的性能,在-10 mV反偏下探测器的暗电流约173 pA,单元间的相对标准差为1.3%;器件的峰值探测率为4.7×1011 cm·Hz1/2/W,单元间的相对标准差为0.9%.     

可见增强的32×32元平面型InGaAs/InP面阵探测器

为了实现In Ga As探测器响应波段向可见增强,在传统的外延材料中加入一层In Ga As腐蚀阻挡层,制备了32×32元平面型In Ga As面阵探测器,采用机械抛光和化学湿法腐蚀相结合的方法,去除了In P衬底.结果表明,探测器的响应波段为0.5~1.7μm,室温下在波长为500 nm处的量子效率约为16%,850 nm处量子效率约为54%,1 550 nm处量子效率约为91%.暗电流大小与衬底减薄之前基本保持一致.理论分析了材料参数对器件量子效率的影响,为进一步优化可见波段探测器的量子效率提供了依据.     

InGaAs台面探测器的AIN钝化研究

首次介绍了采用AlN介质薄膜为钝化层的InGaAs台面型探测器(λ=2.4 μm).探测器采用分子束外延(MBE)方法生长的原位掺杂的PIN In0.78Ga0.22As/In0.78Ga0.22As/InxGa1-xAs/InP 外延材料.由于台面型器件的裸露面积较大,特另q是台面的成形工艺所带来的侧面损伤,加大了光生载流子的表面复合,使器件的暗电流、噪声等性能急剧下降.采用新的AlN钝化工艺,制备了8元正照射台面InGaAs探测器,室温下(T=300 K)电压为-0.5 V时.探测器的暗电流(ID)约为9×10-8 A,优值因子(R0A)大于30 Ωcm2,通过与其他钝化工艺所制备的器件的性能进行分析对比得出:AlN能有效地改善器件的表面状态,减小表面复合,从而降低了暗电流,提高了探测器的性能.     

InP衬底上Ga_(0.47)In_(0.53)As/InP液相外延生长

用液相外廷获得了与InP晶格匹配的Ga_(0.47),In_(0.53)As单晶外延层.本文叙述在(100)和(111)InP衬底上Ga_(0.47)In_(0.53)As/InP液相外延生长方法.用常规滑动舟工艺生长的这种外延层,其表面光亮,Ga的组分x=0.46～0.48,晶格失配率小于2.77×10~(-4),禁带宽度E_g=0.74～0.75eV.使用这种Ga_(0.47)In_(0.53)As/InP/InP(衬底)材料研制的长波长光电探测器,在波长为0.9～1.7μm范围内测出了光谱响应曲线,在1.55μm处呈现峰值.     

高量子效率InP/In0.53Ga0.47As/InP红外光电阴极模拟

将In0.53Ga0.47As吸收层设计为多个薄层,通过不同浓度掺杂实现吸收层杂质指数分布,建立了InP/In0.53Ga0.47As/InP红外光电阴极模型,在皮秒级响应时间的前提下模拟了吸收层厚度、掺杂浓度和阴极外置偏压对阴极内量子效率的影响,给出了光电子在吸收层和发射层的一维连续性方程和边界条件,计算了光电子克服激活层势垒发射到真空中的几率,进而获得阴极外量子效率随上述三个因素的变化规律,结果表明,吸收层掺杂浓度在1015~1018 cm-3范围内变化时,内量子效率变化很小;随着吸收层厚度在0.09~0.81 m内增大,内量子效率随之增大;随着外置偏压升高,内量子效率先增大后趋于平稳。文中给出一组既能获得高量子效率又能有快时间响应的阴极设计参数,理论上1.55 m入射光可以获得8.4%的外量子效率,此时响应时间为49 ps。     

Monolithically integrated In0.53Ga0.47As-PIN/InP-MISFET photoreceiver

In0.53Ga0.47As PIN photodiode and InP MISFET were monolithically integrated on an Fe-doped semi-insulating InP substrate. Photoreceiver sensitivities were measured at 100 Mbit/s NRZ pseudorandom signals.     

Excess-noise and receiver sensitivity measurements of In0.53Ga0.47As/InP avalanche photodiodes

We report the results of excess-noise and normalised receiver sensitivity measurements for In0.53Ga0.47As/InP avalanche photodiodes for use in the ?=0.95 ?m to 1.65 ?m spectral region. The excess-noise measurements are consistent with a hole-to-electron ionisation rate ratio in InP of ~ 0.4. The receiver sensitivity, measured at 45 Mbit/s and 10?9 bit-error-rate, was ?53.2 dBm at a gain of 20 assuming unity quantum efficiency for the detector. This sensitivity is the highest reported at ?=1.3 ?m and represents an improvement over a PIN detector using the same amplifier.     

High-gain In0.53Ga0.47As:Fe photoconductive detectors

Photoconductive detectors were fabricated on semi-insulating liquid phase epitaxial In0.53Ga0.47As/InP doped with Fe for the first time. Their performance characteristics have been compared with identical devices made from Zn-doped p-In0.53Ga0.47As/InP. Internal optical gains up to 10 were measured in the Fe-doped devices. The bias and intensity-dependent gain characteristics of these devices are discussed.     

InGaAs/InP量子线的子带结构和光学增益

采用有效质量理论 6带模型 ,计算了 In0 .53Ga0 .4 7As/ In P量子线的光学性质 ,具体计算了In0 .53Ga0 .4 7As/ In P量子线的能带结构、态密度、载流子浓度、光学跃迁矩阵元和光学增益谱 ,并把量子线的光学增益谱和量子阱的光学增益谱作了比较。     

正面入射In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP光电PIN管量子效率研究

本文建立正面入射型In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP光电PIN二极管量子效率理论分析模型;分析了提高量子效率的途径:减小结深,改善表面状况对提高器件量子效率有显著作用。应用于器件制作,使器件量子效率在无防反射涂层时可达60％左右,有防反射涂层时高达85％。     

InP基功率HEMT结构材料分子束外延生长研究

从 3个层面研究了分子束外延 Al0 .48In0 .52 As/ Ga0 .47In0 .53As/ In P功率 HEMT结构材料生长技术。首先 ,通过观察生长过程的高能电子衍射 (RHEED)图谱 ,确立了 Ga0 .47In0 .53As/ In P结构表面层的 MBE RHEED衍射工艺相图 ,据此生长的单层 Si-doped Ga0 .47In0 .53As(40 0 nm) / In P室温迁移率可达 6960 cm2 / V· s及电子浓度 1 .3 3 E1 7cm- 3。其次 ,经过优化结构参数 ,低噪声 Al0 .48In0 .52 As/ Ga0 .47In0 .53As/ In P HEMT结构材料的 Hall参数达到μ30 0 K≥ 1 0 0 0 0 cm2 / V· s、2 DEG≥ 2 .5 E1 2 cm- 2 。最后 ,在此基础之上 ,降低 spacer的厚度、在 Ga0 .47In0 .53As沟道内插入 Si平面掺杂层并增加势垒层的掺杂浓度获得了功率 Al0 .48In0 .52 As/ Ga0 .47In0 .53As/ In PHEMT结构材料 ,其 Hall参数达到μ30 0 K≥ 80 0 0 cm2 / V· s、2 DEG≥ 4 .0 E1 2 cm- 2 。     

High quantum efficiency and narrow absorption bandwidth of thewafer-fused resonant In0.53Ga0.47As photodetectors

We demonstrate greater than 90% quantum efficiency in an In_0.53Ga_0.47As photodetector with a thin (900 Å) absorbing layer. This was achieved by inserting the In_0.53 Ga_0.47As/InP epitaxial layer into a microcavity composed of a GaAs/AlAs quarter-wavelength stack (QWS) and a Si/SiO₂ dielectric mirror. The 900-Å-thick In_0.53 Ga_0.47As layer was wafer fused to a GaAs/AlAs mirror, having nearly 100% power reflectivity. A Si/SiO₂ dielectric mirror was subsequently deposited onto the wafer-fused photodiode to form an asymmetric Fabry-Perot cavity. The external quantum efficiency and absorption bandwidth for the wafer-fused RCE photodiodes were measured to be 94±3% and 14 nm, respectively. To our knowledge, these wafer-fused RCE photodetectors have the highest external quantum efficiency and narrowest absorption bandwidth ever reported on the long-wavelength resonant-cavity-enhanced photodetectors