128×1线列InGaAs短波红外焦平面的研究

报道了用分子束外延(MBE)方法生长的掺杂InGaAs吸收层PIN InP/InGaAs/InP双异质结外延材料,通过干法刻蚀和湿法腐蚀相结合制作台面、硫化和聚酰亚胺钝化、电极生长等工艺,制备了128×1台面正照射InGaAs探测器阵列.测试了器件的变温I-V、响应光谱和探测率,在278K时平均峰值探测率为1.03×1012cmHz1/2W-1.实现了128元InGaAs探测器阵列与CTIA结构L128读出电路相互连,经封装后,在室温(291K)时成功测出128元响应信号.焦平面响应的不均匀性为18.3%,并对不均匀性产生的原因进行了分析.     

256×1线列InGaAs短波红外焦平面的研究

利用分子束外延(MBE)方法生长的掺杂InGaAs吸收层PIN InP/InGaAs/InP双异质结外延材料,通过台面制作、硫化后覆盖聚酰亚胺钝化、电极生长等工艺,制作了台面构造的256×1正照射InGaAs探测器阵列。测试了器件的I-V特性与响应光谱,得出器件的暗电流Id、零偏压电阻R0、G因子;通过信号和噪声的测试,计算出了在278K时的平均峰值探测率为1.33×1012cmHz1/2W-1。256元InGaAs探测器阵列与CTIA结构L128读出电路相互连,经封装后成功制备256×1线列InGaAs短波红外焦平面,在室温(300K)时测得256元响应信号,其响应不均匀性为19.3%。     

碲镉汞材料少子寿命的微波反射光电导衰减测量

详细说明了用微波反射光电导衰减(μ-PCD)测量碲镉汞材料(MCT)中少数载流子寿命的原理。μ-PCD系统对样品少数载流子寿命的测量范围为20ns至3ms，测量温度可以从80K到325K变化，整个系统的测量由计算机控制自动进行，可以对样品进行X-Y平面扫描测量并进行结果数据分析。同时，还报道了用μ-PCD技术测量液相外延MCT薄膜材料少数载流子寿命的结果。     

InGaAs线列探测器的I-V特性研究

采用p-InP/n-InGaAs/n-InP外延异质结材料,制备了InGaAs线列台面探测器,并测试了器件的I-V曲线、响应率和噪声.通过拟合,I-V曲线得到了器件的理想因子和串联电阻,并分析了它们对器件响应率和噪声的影响.结果表明:InGaAs吸收层外延质量与器件的理想因子相关联,影响器件的噪声.但对器件的响应率影响不大.计算了无光照和有光照情况下串联电阻Rs取不同值时器件的I-V曲线,得到串联电阻较小时其作用可忽略,但串联电阻会表观上增大零偏电阻,且串联电阻越大,损失的光电流越多.实验结果证明该方法对改进器件性能有一定的参考意义.     

分子束外延生长的连续工作InGaAs/InP隐埋异质结激光器

人们对用于1.0～1.7μm波长光纤通信系统光源的以InGaAsP和InGaAs作有源层的半导体激光器已进行了广泛研究。本文报导一种采用分子束外延生长制备的InGaAs/InP隐埋异质结激光器,该激光器的隐埋层是用液相外延生长的。InGaAs/InP隐埋异质结激光器的结构如图1所示。该激光器是以掺Sn(100)InP为衬底,用分子束外延生长:(1) n-InP限制层;(2) 非掺杂(n-型)InGaAs有源层;(3) p-InP限制层。接着用液相外延生长隐埋层(p-InP层和n-InP层),再用分子束外延生长p-InGaAs顶层。在分子束外延生长     

256元InGaAs线列红外焦平面及扫描成像

报道了用分子束外延(MBE)方法生长掺杂InGaAs的PIN InP/InGaAs/InP外延材料,通过台面制作、硫化处理、ZnS/聚酰亚胺双层钝化、电极生长等工艺,制备了256元正照射台面InGaAs线列探测器,278K时平均峰值探测率为1.33×1012 cmHz1/2W-1.测试了不同钝化方式探测器典型Ⅰ-Ⅴ曲线和探测率,硫化可以减小探测器暗电流,ZnS/聚酰亚胺双层钝化效果最好.并对ZnS/聚酰亚胺双层钝化InGaAs探测器进行了电子辐照研究.256元InGaAs探测器阵列与两个CTIA结构128读出电路互连并封装,在室温时,焦平面响应率不均匀性为19.3%.成功实现了室温扫描成像,图像比较清晰.     

InGaAs焦平面探测器成像组件的设计与实现

针对InGaAs短波红外成像在军事装备、安全防范和工业检测等领域中的应用,提出了一种基于FPGA技术架构的InGaAs焦平面探测器组件的设计方案.讨论了InGaAs焦平面探测器的时序驱动、TEC温控、非均匀性校正、图像增强和自动曝光等关键技术的实现方法.经试验验证,依据该方案研制出的InGaAs焦平面探测器成像组件灵敏度高、对比度好、透雾效果明显.     

近红外256×1元InGaAs焦平面探测器无效像元研究

采用分子束外延方法生长的PIN型InP/InGaAs/InP双异质结材料制备了正照射256×1元近红外探测器,并与128×1奇偶两路读出电路互连,制备了近红外256×1元焦平面探测器.针对近红外InGaAs焦平面探测器中的无效像元问题,通过光学显微镜、扫描电镜和电学测试将无效像元进行分类,并分析了无效像元产生的原因.研...     

InGaAs近红外线列焦面阵的研制进展

研制出光谱响应为0.9～1.7μm的256×1、512×1元InGaAs线列焦平面组件,和光谱响应延展至2.4μm的256×1元InGaAs线列焦平面组件.焦平面组件包括光敏芯片、读出电路、热电制冷器以及管壳封装.光敏芯片在Inp/InGaAs/InP(p-i-n)双异质结外延材料上采用台面结构实现,并与128×1或512×1元CTIA结构的读出电路耦合.焦平面器件置于双列直插金属管壳中,采用平行缝焊的方式进行封装.介绍了高均匀性长线列InGaAs焦平面组件的关键技术和主要性能结果,为更长线列焦平面组件的研制提供了坚实的基础.     

p＋-InP/n-InGaAs/n-InP双异质结结构的微波反射光电导衰减法表征及机理分析

采用微波反射光电导衰减法测量了P -InP/n-InGaAs/n-InP双异质结材料的非平衡载流子寿命分布,通过对非平衡载流子浓度在P n结中衰减过程的分析,建立了在此结构材料中微波反射光电导衰退法测试少子寿命与器件参数之间的联系,并且解释了寿命测试值随温度降低而减小的反常行为.     

p+ -InP/n-InGaAs/n-InP双异质结结构的微波反射光电导衰减法表征及机理分析

采用微波反射光电导衰减法测量了P+ -InP/n-InGaAs/n-InP双异质结材料的非平衡载流子寿命分布,通过对非平衡载流子浓度在P+n结中衰减过程的分析,建立了在此结构材料中微波反射光电导衰退法测试少子寿命与器件参数之间的联系,并且解释了寿命测试值随温度降低而减小的反常行为.     

短波红外InGaAs焦平面噪声特性

为研究铟镓砷焦平面的噪声特性,设计了两种不同吸收层掺杂浓度的InGaAs外延材料,采用标准工艺制备了平面型160×128元光敏芯片,并与相同结构的读出电路倒焊耦合形成160×128元焦平面,采用改变积分时间和改变器件温度的方法,测试焦平面的信号与噪声.通过研究不同材料参数、器件性能与焦平面噪声的关系,定量分析了短波红外InGaAs焦平面的噪声特性.结果表明,焦平面噪声主要来源于焦平面耦合噪声和探测器噪声,降低InGaAs外延材料吸收层的掺杂浓度,可以有效降低探测器电容,从而降低焦平面的耦合噪声;而探测器噪声由探测器暗电流和工作温度影响,该噪声在长积分时间下决定了焦平面的总噪声水平.实现低暗电流、低电容特性的光敏芯片是降低焦平面噪声的有效途径.     

LBIC技术研究InGaAs线列探测器串音及光敏感区

利用激光诱导电流技术研究了InGaAs台面探测器的相邻探测器间的串音和光敏感区。用分子束外延方法生长掺杂InGaAs的PIN InP/InGaAs/InP 外延材料，制备了256×1正照射台面InGaAs线列探测器。测试结果表明，InGaAs线列探测器相邻探测器间没有串音，虽然台面结构周围吸收层已被腐蚀，但因为少数载流子的侧向收集，扩大了有效光敏感区。     

短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展

短波红外InGaAs焦平面探测器具有探测率高、均匀性好等优点,在航天遥感、微光夜视、医疗诊断等领域具有广泛应用。近十年来,中国科学院上海技术物理研究所围绕高灵敏度常规波长（0.9～1.7 μm） InGaAs焦平面、延伸波长（1.0～2.5 μm） InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探测器取得了良好进展。在常规波长InGaAs焦平面方面,从256×1、512×1元等线列向320×256、640×512、4 000×128、1 280×1 024元等多种规格面阵方面发展,室温暗电流密度优于5 nA/cm2,室温峰值探测率优于5×1012 cm·Hz1/2/W。在延伸波长InGaAs探测器方面,发展了高光谱高帧频1 024×256、1 024×512元焦平面,暗电流密度优于10 nA/cm2和峰值探测率优于5×1011 cm·Hz1/2/W@200 K。在新型多功能InGaAs探测器方面,发展了一种可见近红外响应的InGaAs探测器,通过具有阻挡层结构的新型外延材料和片上集成微纳陷光结构,实现0.4～1.7 μm宽谱段响应,研制的320×256、640×512焦平面组件的量子效率达到40%@0.5 m、80%@0.8 m、90%@1.55 m;发展了片上集成亚波长金属光栅的InGaAs偏振探测器,其在0 °、45 °、90 °、135 °的消光比优于20:1。     

非故意掺杂吸收层InP/InGaAs异质结探测器研究

为了获得低噪声铟镓砷（InGaAs）焦平面,需要采用高质量的非故意掺杂InGaAs（u-InGaAs）吸收层进行探测器的制备。采用闭管扩散方式,实现了Zn元素在u-InGaAs吸收层晶格匹配InP/In_0.53Ga_0.47As异质结构材料中的P型掺杂,利用扫描电容显微技术(SCM)对Zn在材料中的扩散过程进行了研究,结果表明,随着扩散温度和时间增加,p-n结结深显著增加,u-InGaAs吸收层材料的扩散界面相比较高吸收层浓度材料（5×1016 cm?3）趋于缓变。根据实验结果计算了530 ℃下Zn在InP中的扩散系数为1.27×10?12 cm2/s。采用微波光电导衰退法(μ-PCD)提取了InGaAs吸收层的少子寿命为5.2 μs。采用激光诱导电流技术(LBIC)研究了室温下u-InGaAs吸收层器件的光响应分布,结果表明:有效光敏面积显著增大,对实验数据的拟合求出了少子扩散长度L_D为63 μm,与理论计算基本一致。采用u-InGaAs吸收层研制的器件在室温(296 K)下暗电流密度为7.9 nA/cm2,变温测试得到激活能E_a为0.66 eV,通过拟合器件的暗电流成分,得到器件的吸收层少子寿命τ_p约为5.11 μs,与微波光电导衰退法测得的少子寿命基本一致。     

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%。     

正、背照InGaAs探测器的性能对比研究

为了验证利用台面结制作背照射器件的可行性,利用分子束外延(MBE)方法生长的掺杂InGaAs吸收层PIN InP/InGaAs/InP双异质结外延材料,通过台面制作、钝化、电极生长、背面抛光等工艺,制备了8元台面InGaAs探测器,并测试了正照射和背照射时,器件的I-V、信号和响应光谱.测试结果表明,正照射和背照射情况下,器件的响应信号差别不大,正照射下器件的平均峰值探测率为4.13×1011cmHz1/2W-1,背照射下器件的平均峰值探测率为4×1011cmHz1/2W-1,但背照射情况下器件的响应光谱在短波方向有更好的截止.     

InGaAs四象限探测器

采用InP/InGaAs/InP双异质结结构研制了对人眼安全的1.54～1.57 μm InGaAs四象限探测器.对器件结构设计和材料选择进行了讨论.在对响应时间、象限串扰、暗电流和响应度等参数进行计算与分析的基础上,优化了器件结构参数.实验结果表明,器件响应度达到0.90 A/W,响应时间为2 ns,暗电流低于5 nA,象限串扰达到1%(象限间隔20 μm),象限均匀性为4%.     

正照射与背照射InGaAs探测器的性能对比研究

首先介绍了InGaAs台面探测器的研究进展，然后为了验证利用台面结制作背照射器件的可行性，利用分子束外延(MBE)方法生长的掺杂InGaAs吸收层PIN InP／InGaAs／InP双异质结外延材料，通过台面制作、钝化、电极生长、背面抛光等工艺，制备了8元台面InGaAs探测器，并测试了正照射和背照射时，器件的I-V、信号和响应光谱。测试结果表明，正照射和背照射情况下，器件的响应信号差别不大，正照射下器件的平均峰值探测率为4．1×1011cm·Hz1/2·W-1，背照射下器件的平均峰值探测率为4．0×1011cm·Hz1/2·W-1，但背照射情况下器件的响应光谱在短波方向有更好的截止。     

一种可见光波长拓展型InGaAs焦平面探测器

背照结构的InGaAs焦平面器件,受其衬底InP的阻挡,对可见光无响应.针对宽光谱探测的应用需求,研制了 一种像元间距为25 μm、阵列规模为640×512的InGaAs焦平面探测器.通过在倒焊互连工艺后,对器件进行干法、湿法相结合的减薄抛光工艺,所得探测器阵列(PDA)芯片最终保留厚度约5 μm,实现了对400～1 700 nm光谱范围内可见光和短波红外光的同时响应,峰值探测率高于8×1012 cm·Hz1/2·W-1,峰值外量子效率超过85％,响应非均匀性优于6％,器件成像效果良好.