GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器外延材料PL谱研究

结合薛定谔方程和泊松方程,模拟计算得到GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器外延材料能带图,并对该材料进行光致荧光谱(PL)测量.结合理论计算,由材料吸收峰位置得到势垒高度以及势阱基态位置,采用传输矩阵法得到价带与导带基态能量,并由此推算出相应的红外探测响应波长.以傅里叶变换红外光谱仪对GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器器件进行光谱测量,测量结果表明,所采用的计算方法得出的理论结果与器件的光电流谱吻合较好,利用光荧光谱对外延材料进行测量,可以在器件工艺前,快速确定器件的探测波长,从而更加有效地开展器件的研究.     

GaAs／AlGaAs量子阱红外探测器的光荧光表征

对GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器器件进行显微荧光光谱（μ－PL）测量,光谱中表征势垒、势阱基态间光跃迁能量位置的荧光峰值接与势垒中Al含量相关,通过光谱实验上对势垒和量子阱带间跃迁能量的确定并结合有效质量理论的计算,获得了Al组分和阱宽值,并由此推算出相应的红外探测响应波长,与光电流谱的结果相比吻合良好,这种材料的测量结果有利于器件制备的材料筛选。     

Al组分对GaAs/AlxGa1－xAs 量子阱红外探测器峰值响应波长的修饰

为了确定量子阱红外探测器(QWIP)峰值响应波长与 势垒中Al组分的关系,建立微观结构表征与宏观特性的关系, 设计不同组分含量的实验样品,对样品进行相应的测试,分析探讨了Al组分与理论峰值波长 的关系。利用金属有机 物化学气相沉积(MOCVD)生长GaAs/AlxGa1－xAs量子阱材料,分别制备出势垒中Al组分为0.23、0.32的1#、2#样品。用傅里叶光谱仪分别对其进行77K液氮温度下 响应光谱测试及室温光致 荧光(PL)测试。响应光谱结果显示,1#、2#样品峰值响应波长分别为8.36、7.58μm,与由薛定谔 方程计算得到的峰值波长9.672、7.928μm 的误差分别为15.6%、4.6%。利用高分辩透射扫描电镜(HRTEM)对样 品进行分析发现,GaAs与AlGaAs 晶格的不匹配及量子阱材料生长过程精度控制不够是造成1#样品误差较大的主要原因,说明 势垒中Al组分x减小致 使量子阱中的子带间距离逐渐缩小,导致峰值响应波长红移。PL实验结果与理 论计算相符合,说明改变势垒中Al组分x可实现QWIP峰值波长的 微调。     

传输矩阵法在多量子阱红外探测器结构设计中的应用

采用传输矩阵法对多量子阱结构导带子能级位置进行理论计算,确定其量子阱宽度、势垒高度等物理参数.用MBE设备进行GaAs/AlGaAs 多量子阱红外探测器结构材料的生长.利用傅里叶变换红外光谱仪对所制作的器件进行了光谱测量,不同外延材料的对比实验结果表明,器件的峰值响应波长与理论计算结果吻合较好;由传输矩阵法计算确定的多量子阱导带子能级位置而推算得到的响应波长与实际器件的响应波长有良好的一致性.     

GaN基PIN紫外探测器的质子辐照效应

制备了GaN基PIN结构紫外探测器.用能量为2MeV的质子对器件依次进行注量为5×1014 cm-2和2×1O15 cm-2的辐照.通过测量辐照前后器件的Ⅰ-Ⅴ曲线和光谱响应曲线,讨论了不同注量的质子辐照对GaN基紫外探测器件性能的影响.Ⅰ-Ⅴ特性表明,辐照使器件的反向暗电流增大,正向开启电流减小,并减小了器件的响应率,使峰值响应波长向短波方向稍有移动.为分析器件的辐照失效机理,研究了质子辐照对GaN材料的拉曼散射谱(Raman谱)和光致发光谱(PL谱)的影响.拉曼散射谱表明,A1(LO)模式随辐照注量向低频移动,通过拟合A1(LO)谱形,得到辐照使材料的载流子浓度降低的结果.PL谱表明,辐照使主发光峰和黄光峰强度降低,并出现一些新的发光峰,分析认为这是由于辐照引起了N空位缺陷和其他一些缺陷的亚稳态造成.     

GaN基PIN紫外探测器的质子辐照效应

摘要：制备了GaN基PIN结构紫外探测器。用能量为2MeV的质子对器件依次进行注量为5×1014cm-2和2×1015cm-2的辐照。通过测量辐照前后器件的I-V曲线和光谱响应曲线，讨论了不同注量的质子辐照对GaN基紫外探测器件性能的影响。I-V特性表明，辐照使器件的反向暗电流增大，正向开启电流减小，并减小了器件的响应率，使峰值响应波长向短波方向稍有移动。为分析器件的辐照失效机理，研究了质子辐照对GaN材料的拉曼散射谱(Raman谱)和光致发光谱(PL谱)的影响。拉曼散射谱表明，A1(LO)模式随辐照注量向低频移动，通过拟合A1(LO)谱形，得到辐照使材料的载流子浓度降低的结果。PL谱表明，辐照使主发光峰和黄光峰强度降低，并出现一些新的发光峰，分析认为这是由于辐照引起了N空位缺陷和其他一些缺陷的亚稳态造成。     

MOCVD与MBE生长GaAs/AlGaAs量子阱材料的红外探测器特性比较*

用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长GaAs/AlGaAs量子阱材料,并制成红外探测器.测量了材料的光致发光光谱和探测器的光电流响应光谱及其它光电特性,峰值波长7.9μm,响应率达到6×103V/W,与分子束外延法(MBE)生长的材料和相关器件进行了比较,MOCVD法可满足量子阱材料和器件的要求.     

MOCVD与MBE生长GaAs/AlGaAs量子阱材料的红外探测器特性比较

用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长GaAs/AlGaAs量子阱材料,并制成红外探测器.测量了材料的光致发光光谱和探测器的光电流响应光谱及其它光电特性,峰值波长7.9μm,响应率达到6×103V/W,与分子束外延法(MBE)生长的材料和相关器件进行了比较,MOCVD法可满足量子阱材料和器件的要求.     

红外焦平面探测器性能参数测量中g因子的计算

介绍了红外焦平面探测器性能参数测量中g因子的计算公式。分析并推导出了在理想相对光谱响应情况下,光子探测器及热探测器在受到器件窗口材料所限时g因子的计算公式。举例说明了光子探测器在理想相对光谱响应情况下g因子的计算结果,并与通过实际光谱相对响应计算得到的g因子值进行了比较,它们之间的典型偏差小于5%。因此在一般的红外焦平面器件性能参数测量中,可以通过用理想情况下的g因子值取代实际情况下的g因子值来计算峰值探测率等参数。这种方法相对简单和快捷,且不需要进行实际的相对光谱响应测量。     

n-ZnO/p-Si异质结UV增强型光电探测器的研究

采用平面工艺,在p+-Si背底上电子束蒸发Al制作欧姆电极,在p-Si外延层上溅射掺Al的 ZnO薄膜,再蒸发Al作有源区欧姆电极,研制成n-ZnO/p-Si异质结UV(ultraviolet)增强型光电探测器。测试结果表明:器件明显增强了200～400 nm紫外光的响应,同时保持了传统的Si探测器对波长大于400 nm波段的光谱响应,在330,420,468、525 nm附近有四个明显的光谱峰值响应。器件光致发光谱(PL)在371 nm处有发光峰值。     

GaAs／AlGaAs量子阱红外探测器特性非对称性分析

在分子束外处生长量子阱材料过程中,分析了在不同的GaAs/AlGaAs异质结生长次序中Ga的解吸附速率不同和量子阱中掺杂的扩散造成量子阱结构的不对称,讨论了GaAs/AlGaAs最子红外探测器的性能参数相对于正负偏压的不对称性,并与金属有机化合物汽相沉淀法生长的最子阱材料和相应器件进行了比较,发现,采用分子束外延方法生长器件的不对称性更明显。     

衬底剥离的量子阱红外探测器研究

对用MBE生长的GaAs/A lGaAs量子阱材料进行了衬底剥离,在此基础上制备了单元器件并测量了器件的黑体响应率以及光电流响应.实验解决了衬底剥离及器件制备中的工艺问题,研究了衬底剥离对材料及器件性能的影响以及用这种方法制备器件的可行性.结果表明选择腐蚀法是一种有效的衬底剥离方法,用这种方法得到的多量子阱薄膜材料仍具有较好的红外探测性能,为进一步实验提供了依据.     

长波长多量子阱红外焦平面成像技术及其应用

介绍了长波长多量子阱焦平面红外热成像的发展概况,论述了多量子阱焦平面阵列的主要结构：超晶格多量子阱红外探测器及读出电路。分析了它们的结构特点及工作原理,文中就QWIP FPA的主要性能进行了讨论。最后概括了近年来QWIP FAP技术的研究进展与应用,表明了它具有广阔的应用前景。     

GaAs/AlGaAs quantum well infrared photodetector with low noise

A novel kind of multi-quantum well infrared photodetector（QWlP） is presented. In the new structure device,a p-type contact layer has been grown on the top of the conventional structure of QWlP,then a small tunneling current is instead of the large compensatory current,which made the device low dark current and low noise characteristics. The measured result of dark current is consistent with the calculated result, and the noise of the new structure QWIP is decreased to one third of the conventional QWlP.     

低噪声GaAs/A1GaAs多量子阱红外探测器

提出了一种新结构的多量子阱红外探测器（QWIP）。在常规多量子阱结构的基础上加入P型欧姆接触层,实现以小的隧道电流代替原有的大的补偿电流,从而减小器件的暗电流实现低噪声器件。对器件暗电流的理论计算与实验曲线符合的很好。制备了新结构器件,其噪声只是同结构的常规QWIP的1／3。     

320×256 GaAs/AlGaAs长波红外量子阱焦平面探测器

量子阱红外探测器(Quantum well infrared photodetector, QWIP)已经经历了20多年的深入研究,各种QWIP器件,包括量子阱红外探测器焦平面阵列(FPA)的研制也已经相当成熟。但是在国内,受制于整体工业水平, QWIP焦平面阵列器件的研制仍然处于起步阶段。研制了基于GaAs/ AlxGa1-xAs 材料、峰值响应波长为9.9 m的长波320256 n型QWIP焦平面阵列器件,其像元中心距25 m, 光敏元面积为22 m22 m。GaAs衬底减薄后的QWIP焦平面阵列,与Si基CMOS读出电路(ROIC)通过铟柱倒焊互连,并且在65 K工作温度下进行了室温环境目标成像。该焦平面器件的规模和成像质量相比之前国内报道的结果都有较大提高。焦平面平均峰值探测率达1.51010 cmHz1/2/W。     

High-frequency performance of single quantum well infraredphotodetectors at high power densities

The high-frequency properties of quantum well infrared photodetectors (QWIP's) based on a double-barrier single QW structure are studied theoretically. An analytical model of the QWIP is developed. The model takes into account the main processes responsible for the QWIP operation, namely, the electron tunneling from the emitter, capture of the electrons into the QW, their photoexcitation from the QW, and electron drift or ballistic transport across the QWIP structure. Analytical expressions for the QWIP responsivity as functions of the modulation frequency of infrared radiation, its power density, and the QWIP structural parameters are obtained from the rigorous self-consistent small-signal analysis. It is shown that there are two distinct ranges where the frequency dispersion of the responsivity is strong. At low frequencies, the responsivity dispersion is associated with the inertia of the process of recharging of the QW while at very high frequencies the dispersion is due to the electron transit-time effect. The influence of the electron transit-time effect on the QWIP admittance is also evaluated. The derivation of the QWIP high-frequency performance and, in particular, the estimates of 3-dB bandwidth show that the QWIP's have a great potential for devices utilizing both infrared radiation and millimeter or submillimeter wavelength microwave signals     

Integrated quantum well intersub-band photodetector and lightemitting diode

The authors propose and demonstrate the integration of a quantum well intersub-band photodetector (QWIP) and a light emitting diode (LED) for making large two-dimensional focal plane arrays for thermal imaging applications. The newly developed QWIP technology is combined with the well established LED technology both based on GaAs and related epitaxially grown alloys, such as AlGaAs and InGaAs     

单轴压应变量子阱红外探测器吸收波长的研究

研究了单轴压应力对GaAs/AlGaAs/GaAs量子阱红外探测器(QWIP)吸收波长的影响。以量子阱电子干涉方法以及单轴压应力作用下量子阱应变理论为基础,分析了GaAs/AlGaAs/GaAs量子阱导带中子能级与应变的关系。理论上计算了单轴应力下四个QWIP吸收波长与应变的关系。结果表明,E1与E<1>能级之间的吸收波长和E(1)与EF能级之间的吸收波长随应变的增大而减小的幅度比E1与EF能级之间的吸收波长和E(0)与E1能级之间吸收波长随应变的增大减小的幅度大。     

MODIFICATION OF ABSORPTION SPECTRUM OF GaAs/AlGaAs QUANTUM WELL INFRARED PHOTODETECTOR BY POSTGROWTH ADJUSTMENT

IntroductionSince 1980s,the infrared detector based on inter-subband transitions in quantum well(QW)systems,called the quantum well infrared photoconductor(QWIP),has been studied and developed extensivelyand successfully[1].Quantumwell intermixing(QWI)tec…