InP基MOCVD及MBE外延生长HBT的制备与分析

设计并研制了用于光电集成(OEIC)的InP基异质结双极晶体管(HBT),介绍了工艺流程及器件结构。分别采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)及分子束外延(MBE)生长的外延片,并在外延结构、工艺流程相同的条件下,对两种生长机制的HBT直流及高频参数进行和分析。结果表明,采用MOCVD生长的InP基HBT,直流增益为30倍,截止频率约为38GHz;MBE生长的HBT,直流增益达到100倍,截止频率约为40GHz。这表明,MBE生长的HBT外延层质量更高,在相同光刻条件下,所对应的HBT器件的性能更好。     

InGaP/GaAs HBT器件的制备及其特性

采用在发射区台面腐蚀时保留InGaP钝化层和去除InGaP钝化层的方法制备了两种InGaP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)器件,研究了InGaP钝化层对HBT器件基区表面电流复合以及器件直流和射频微波特性的影响.对制备的两种器件进行了对比测试后得到:保留InGaP钝化层的HBT器件最大直流增益(β)为130,最高振荡频率(fmax)大于53 GHz,功率附加效率达到61％,线性功率增益为23 dB;而去除InGaP钝化层的器件最大β为50,fnax大于43 GHz,功率附加效率为57％,线性功率增益为18 dB.测试结果表明,InGaP钝化层作为一种耗尽型的钝化层能有效抑制基区表面电流的复合,提高器件直流增益,改善器件的射频微波特性.     

InP基长波长单片集成光接收前端的设计和制备

叙述了利用InP基长波长pin光探测器和异质结双极晶体管(HBT)单片集成实现光接收前端的设计和制备方法.pin光探测器和HBT采用共享层结构,这样的结构不仅性能优于堆叠层结构,而且制备工艺兼容.制备的HBT截止频率达到30GHz,pin光探测器的3dB带宽达到了15GHz,集成光接收前端的3dB带宽达到3GHz,跨阻放大倍数达到800.     

基于InP/InGaAs HBT技术的单片集成长波长光接收OEIC

采用InP/InGaAs HBT与PIN光探测器单片集成方案,对光接收光电集成电路(OEIC)的外延材料结构和生长、电路设计、制作工艺和性能测试进行了研究.基于自对准InP/InGaAs HBT工艺,实现了1.55μm波长单片集成光接收OEIC.发射极尺寸2μm×8μm的InP/InGaAs HBT直流增益为40,截止频率和最高振荡频率分别为45和54GHz;集成InGaAs PIN光探测器在-5V下响应度为0.45A/W@1.55/μm,暗电流小于10nA,-3dB带宽达到10.6GHz;研制的HBT/PIN单片集成光接收OEIC在2.5和3.0Gb/s速率非归零223-1伪随机码传输工作时可以观察到张开的眼图,灵敏度≤-15.2dBm@BER=10-9.     

基于InP/InGaAs HBT技术的单片集成长波长光接收OEIC

采用InP/InGaAs HBT与PIN光探测器单片集成方案,对光接收光电集成电路(OEIC)的外延材料结构和生长、电路设计、制作工艺和性能测试进行了研究.基于自对准InP/InGaAs HBT工艺,实现了1.55μm波长单片集成光接收OEIC.发射极尺寸2μm×8μm的InP/InGaAs HBT直流增益为40,截止频率和最高振荡频率分别为45和54GHz;集成InGaAs PIN光探测器在-5V下响应度为0.45A/W@1.55/μm,暗电流小于10nA,-3dB带宽达到10.6GHz;研制的HBT/PIN单片集成光接收OEIC在2.5和3.0Gb/s速率非归零223-1伪随机码传输工作时可以观察到张开的眼图,灵敏度≤-15.2dBm@BER=10-9.     

InGaP/GaAs HBT器件研究中的几个重要问题

本文分析了InGaP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)微波器件研制中的一些重要问题,优化了发射结阻挡层厚度,解决离子注入实现器件隔离的问题,设计制备出发射极尺寸为(3μm×40μm)×3的HBT单管,并进行了测试。     

超高压SiGe HBT器件结构及制作工艺研究

介绍了一种超高压锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)的器件结构及制作工艺。该器件增大了N型赝埋层到有源区的距离,采用厚帽层锗硅基区及低浓度发射区的制作工艺,以提高SiGe HBT的击穿电压;在基区和发射区之间利用快速热处理提高工艺稳定性,并使HBT的电流增益(β)恢复到原来水平,以弥补厚帽层锗硅基区及低发射区浓度造成的电流增益降低。基区断开时,发射区到集电区的击穿电压(BVCEO)提高至10V,晶体管特征频率达到20GHz。     

热处理对Rubrene/C70有机太阳能电池性能的改善

制备了ITO/MoO3(6nm)/Rubrene(30nm)/C70(30nm)/BCP(6nm)/Al(150nm)的PN结构和ITO/MoO3(5nm)/Rubrene(25nm)/Rubrene:C70(5nm)/C70(25nm)/BCP(6nm)/Al(150nm)的PIN结构有机太阳能电池(OSCs)。通过对两种器件进行热处理,研究热处理对OSCs性能的影响。实验表明,在热处理后,PN结构和PIN结构器件的短路电流密度分别达到了3.526mA·cm-2和5.413mA·cm-2,功率转换效率分别达到了1.43%和2.09%。与未经过热处理的器件相比,PN结构和PIN结构器件的短路电流密度、填充因子、功率转换效率分别提高了19.0%、7.1%、28.3%和4.8%、20%、24.1%。可见,热处理可以提高Rubrene/C70OSCs的性能。     

C波段3.5W/mm,PAE＞40%的InGaP/GaAs HBT功率管

通过优化InGaP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)的材料结构和器件结构,采用BE金属自对准、发射极镇流和电镀空气桥等工艺技术,研制了C波段InGaP/GaAs HBT功率管.其击穿电压BVCBO大于31V,BVCEO大于21V;在5.4GHz时连续波(CW)饱和输出功率达到1.4W,功率密度达到3.5W/mm,功率附加效率(PAE)大于40%.     

C波段3.5W/mm,PAE＞40%的InGaP/GaAs HBT功率管

通过优化InGaP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)的材料结构和器件结构,采用BE金属自对准、发射极镇流和电镀空气桥等工艺技术,研制了C波段InGaP/GaAs HBT功率管.其击穿电压BVCBO大于31V,BVCEO大于21V;在5.4GHz时连续波(CW)饱和输出功率达到1.4W,功率密度达到3.5W/mm,功率附加效率(PAE)大于40%.     

Monolithically integrated long wavelength photoreceiver OEIC based on InP/InGaAs HBT technology

The epitaxial structure and growth, circuit design, fabrication process and characterization are described for the photoreceiver opto-electronic integrated circuit (OEIC) based on the InP/lnGaAs HBT/PIN photodetector integration scheme. A 1.55 μm wavelength monolithically integrated photoreceiver OEIC is demonstrated with self-aligned InP/lnGaAs heterojunction bipolar transistor (HBT) process. The InP/lnGaAs HBT with a 2 μm × 8 μm emitter showed a DC gain of 40, a DC gain cutoff frequency of 45 GHz and a maximum frequency of oscillation of 54 GHz. The integrated InGaAs photodetector exhibited a responsivity of 0.45 AAV at λ = 1.55 μm, a dark current less than 10 nA at a bias of -5 V and a -3 dB bandwidth of 10.6 GHz. Clear and opening eye diagrams were obtained for an NRZ 223-l pseudorandom code at both 2.5 and 3.0 Gbit/s. The sensitivity for a bit error ratio of 10-9 at 2.5 Gbit/s is less than -15.2 dBm.     

用于光电集成的InP基HBT新结构

对用于光电集成(OEIC)的InP基异质结双极性晶体管(HBT)进行了分析,提出了一种新的集电区外延结构,该结构是在单HBT(SHBT)的集电区与次集电区间加入特定厚度与掺杂浓度的p-InGaAs层和n-InP层,既适用于集成光探测器,又较好地解决了SHBT反向击穿电压低、传统双HBT(DHBT)电子堆积效应等问题,并具有外延层生长简单、集电区电子漂移速率高等优点.     

超宽带高饱和单行载流子光探测器研究 （特邀）

超宽带单行载流子（UTC）光电探测器因其仅需快速的电子输运过程,较传统PIN探测器具有明显宽带优势,是6G宽带无线通信、太赫兹成像、超宽带噪声发生器等亚太赫兹频段系统中的核心光电子器件之一。面向亚太赫兹频段光电转换需求,针对UTC探测器中大带宽与高饱和功率之间的矛盾问题,分别研究并突破了光生载流子高速输运机理、感性共面波导器件（CPW）结构等关键技术,研制成功带宽106 GHz、饱和输出功率7.3 dBm的双漂移层结构MUTC探测器芯片,和带宽超过150 GHz的超宽带MUTC探测器芯片。     

一种具有平顶陡边响应的长波长光探测器

在PIN型光探测器的基础上制备了一种适用于波分复用系统的具有平顶陡边响应的长波长光探测器。利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)设备在GaAs衬底上二次外延生长了具有台阶结构的GaAs/AlGaAs滤波腔和InP基PIN光探测器。高质量的GaAs/InP异质外延采用了低温缓冲层生长工艺;具有台阶结构的Fabry-Pérot(F-P)滤波腔采用了纳米量级台阶的制备方法。通过理论计算优化了实现平顶陡边光谱响应特性的器件结构;并通过实验成功制备出了具有平顶陡边响应性能的光探测器,器件的工作波长位于1 549nm,峰值量子效率大于25%,0.5dB光谱响应线宽为3.9nm,3dB光谱响应线宽为4.2nm,响应速率达到17GHz。     

带复合掺杂层的InP基HBT新结构

对用于光电集成(OEIC)的InP基异质结双极性晶体管(HBT)进行了分析,提出了一种新的集电区外延结构,该结构在集电极区和次集电区之间插入一层特定厚度的P-InGaAs和两层特定厚度但不同掺杂浓度的n-InP层,从仿真结果出发对各种不同结构做出分析,发现这种新结构克服了双异质结双极晶体管的电流阻挡效应,同时很好地解决了传统的双HBT(DHBT)的电子堆积效应和SHBT反向击穿电压低的问题.     

50 GHz InGaAs edge-coupled PIN photodetector

An edge-coupled PIN photodetector with an InGaAs absorber layer has been designed and fabricated. Values of bandwidth at 1530 nm, with and without bias, have been measured as 50 GHz and 20 GHz, respectively. The external quantum efficiency is as high as 40% using a standard 12 mu m radius lens-ended single-mode fibre.<>     

谐振腔增强型光探测器的高速响应性能研究

高速长波长光探测器是高速光纤通信系统和网络的关键器件，它要求光探测器具有宽的频率响应带宽和高量子效率。常用的PIN光探测器由于量子效率和高速性能均受到吸收层厚度的牵制，使得二者相互制约，成为一对矛盾。谐振腔增强型(RCE)光探测器为这一矛盾的解决提供了有效的方案。基于谐振腔增强型光探测器的实际设计和制作模型，分析了器件吸收层中的光场分布，并将其运用于载流子的连续方程，从理论上详细地分析了器件的高速响应特性，给出了计算结果。针对研制的高速长波长谐振腔增强型光探测器，进行了理论分析和实际器件测试的结果比较，得到了比较一致的结果。     

Improved very-high-speed packaged InGaAs PIN punch-through photodiode

We describe the fabrication and characterisation of an improved, coaxially packaged, back-illuminated mesa PIN photodetector utilising an InGaAs absorbing layer on an InP substrate. The measured 3 dB bandwidth is 22 GHz.